DE2924237A1 - Metallpulver fuer filterzwecke und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
Metallpulver fuer filterzwecke und verfahren zur herstellung desselbenInfo
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Description
Firma METALLURGICAL INTERNATIONAL, INC. Tinton Falls, New Jersey 07724 / U.S.A.
Metallpulver für Filterzwecke und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung betrifft ein Metallpulver für Filterzwecke und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Mit einem solchen Metallpulver können Filterpackungen geschaffen werden, die insbesondere für die Filtrierung von
flüssigem Polymer bei der Herstellung von synthetischen Fasern nützlich sind. Die Filtrierung flüssiger Polymere ist
allgemein bekannt und beispielsweise in der US-PS 38 96 028 ausführlich beschrieben.
Nach dem Stand der Technik können verschiedene Filtermedien, wie z.B. Silicasand, Metallspäne und Metallpulver, verwendet
werden. Silicasand ist dabei das bevorzugte Filtermedium.
Silicasand weist eine Reihe von Nachteilen auf. Er ist extrem brüchig, so dass sich feine Teilchen bilden können, die dazu
neigen, die öffnungen im Fasergespinst zu verstopfen. Ausserdem
weist bei gleichem Volumen Silicasand eine wesentlich kleinere wirksame Oberfläche als ein pulverisiertes Metall
auf. Ferner neigt Silicasand eher dazu, bei Druckausübung im Filterbett zu zerbrechen bzw. zu zerbröseln, als sich zu
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verformen, wodurch im Anwendungsfall die Bildung feinster Teilchen begünstigt wird.
Metallspäne haben eine geringere Filterwirkung als Silicasand oder Metallpulver, was daran liegt, dass die Späne kaum
Oberflächenunregelmassigkeiten aufweisen. Darüberhinaus neigen
die Späne dazu, bei Gebrauch zu brechen oder sich zu deformieren.
Nach dem Stand der Technik wird im Hinblick auf eine bequemere Handhabung das Metallpulver gesintert, um es in eine Filterform
zu bringen. Dadurch kann jedoch die Filterwirksamkeit herabgesetzt werden, indem die für die Filtrierung wirksame
Oberflächengrösse der einzelnen Teilchen reduziert wird. Darüberhinaus
ist das Pressen und Sintern äusserst kostspielig. Hinsichtlich des Kostenfaktors ist dabei noch die Tatsache zu
berücksichtigen, dass der schnelle Verlust an Filterleistung durch Verstopfen der Zwischenräume eine Wiederaufbereitung
durch Ausbrennen des polymeren Schlammes erforderlich macht, was seinerseits zur Folge haben kann, dass die Filterleistung
weiter herabgesetzt wird. Aus diesen Gründen musste daher das gesinterte Metallpulver oftmals bereits nach viermaligem Gebrauch
ausgetauscht werden.
Feinpulverisiertes Metall, das unter speziellen Bedingungen hergestellt worden ist, hat eine äusserst unregelmässige Oberfläche,
wodurch die Filterleistung erhöht wird. Bekannte Metallpulverfilter,
die aus losem rostfreiem Stahlpulver hergestellt werden, zeigen jedoch bei Druck nicht die nötige
mechanische Festigkeit, die erforderlich ist, um ihre Dichte innerhalb der für eine optimale Filterwirkung einzuhaltenden
Grenzen aufrechtzuerhalten. Folglich musste das Metallpulver gesintert werden, um ein bestimmtes Mass an mechanischer Festigkeit
zu erreichen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Metallpulverzusammensetzung
für Filterzwecke zu schaffen, die für eine optimale Filterleistung sowohl das erforderliche Schüttgewicht
als auch eine erhöhte Kompressionsfestigkeit aufweist und deren Teilchen überhaupt nicht oder nur in geringem Umfange unter
den Betriebsdrücken verformt werden oder zusammenbrechen.
Diese Eigenschaften können erfindungsgemäss erzielt werden,
indem der prozentuale Anteil an Silizium, Magnesium und Kohlenstoff in der der Zerstäubungseinrichtung zuzuführenden
Schmelze erhöht wird und indem der Schnittwinkel der zur Zerstäubung verwendeten Wasserstrahlen mit dem geschmolzenen
Metallstrom gesteuert wird.
Aufgrund der hier offenbarten chemischen Zusammensetzung wird die mechanische Festigkeit des Metallpulverfilters erhöht,
ohne dass eine Versprödung auftritt oder die Erzeugung einer unregelmässigen Oberflächenform während der Zerstäubung bzw.
Pulverisierung nachteilig beeinflusst wird.
Die Metallpulverzusammensetzung gemäss der Erfindung besteht
im wesentlichen aus (a) einer auf Eisen basierenden Legierung, die etwa 0,6 bis 4 Gew.-% Silizium und 0,08 bis 0,18 Gew.-%
Kohlenstoff enthält und ein Schüttgewicht von etwa 1,6 bis 2,3 g/cm3 aufweist. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur
Herstellung eines Metallpulvers durch Zerstäubung mit Hilfe von Wasser wird (a) ein Schmelzstrom aus einer auf Eisen basierenden
Metallegierung mit etwa 0,6 bis 4 Gew.-% Silizium und etwa 0,08 bis 0,18 Gew.-% Kohlenstoff mit Wasserstrahlen
beschossen, die den Metallstrom unter einem Winkel von etwa 25 bis 45 ° an einem gemeinsamen Punkt schneiden.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt sich das für Filtrierzwecke geeignete Metallpulver wie
folgt zusammen:
Bestandteile
Gew.-% | bis | 0,18 |
0,08 % | bis | 0,90 |
0,30 % | bis | 4,00 |
0,60 % | bis | 15,00 |
10,00 % | bis | 22,00 |
17,00 % | bis | 3,00 |
" 2,00 % | ||
Rest | ||
Kohlenstoff Magnesium Silizium Nickel Chrom Molybdän Eisen
Im Hinblick auf eine maximale Filterwirkung sollte die obengenannte
Zusammensetzung ein Schüttgewicht von 1,6 g/cm3 bis 2,3 g/cm3 aufweisen.
Der folgende Test kann zur Bestimmung der Kompressionseigenschaften
der Zusammensetzung vorgenommen werden. 10 cm3 des zerstäubten Metallpulvers werden in eine zylindrische Form
mit einem Durchmesser von 3,8 cm*eingegeben. Die Metallpulverfüllung
wird dann mit einem Stempel mit einem Druck von 690 bar (10.000 lbs./in.3) zusammengedrückt, wobei die axiale
Bewegung des Stempels in cm gemessen wird. Die Kompressibilität bedeutet hier die Bewegung des Stempels in cm bei einem
Druck von 690 bar. Es wurde herausgefunden, dass das Metallpulver eine Kompressibilität (wie oben definiert) von 3 bis
4 mm (0,120 bis 0,160 in.) haben sollte.
Die optimale Verteilung der Teilchengrösse des Filtermediums hängt von dem jeweiligen, zu filtrierenden Material ab sowie
von anderen Betriebskenndaten des Filterprozesses. Bei grober Filtrierung sollte im allgemeinen die Maschengrösse 30 bis 60
*(1,5 in.)
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(30 bis 60 mesh, US Standard) und bei besonders feiner Pulverisierung
50 bis 100 (50 bis 100 mesh, US Standard) betragen.
Insbesondere wird folgende Metallpulverzusammensetzung bevorzugt:
Bestandteile Gew.-%
Kohlenstoff 0,14 %
Magnesium 0,60 %
Silizium 1,00 %
Nickel 12,00 %
Chrom 19,00 %
Molybdän 2,20 %
Eisen Rest
Das bevorzugte Schüttgewicht bei obiger Zusammensetzung beträgt
2 g/cm3, während die bevorzugte Kompressibilität 3,5 mm (0,14 inch) bei einer Teilchengrossenverteilung von 50 bis
-100 Maschen beträgt. Bei einer gröberen Fraktion von 30 bis 60 Maschen sollte jedoch das Schüttgewicht vorzugsweise 1,85
g/cm3 betragen, während die Kompressibilität vorzugsweise dann 4 mm (0,15 in.) beträgt. Wenn man das bevorzugte Schüttgewicht
und die bevorzugte Kompressibilität, die oben angegeben sind, für die 50 bis 100 Maschen-Fraktion in der 30 bis
60 Maschen-Fraktion erhöhen würde, würde die Ausbeute sehr klein werden. In diesem Zusammenhang sollte bedacht werden,
dass bei jeder Zusammensetzung und bei jedem vorgegebenen Satz an Betriebsparametern für die Zerstäubung die Grosse der
erzeugten Partikel einen grossen Bereich überstreicht. Der Teilchenanteil mit der gewünschten Grosse wird dann von dem erzeugten
Material entnommen, wobei die zu grossen und die zu kleinen Teilchen in den Prozess zurückgeleitet werden. Bei
der obigen, bevorzugten Zusammensetzung und bei optimalen
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Betriebsparametern ist die Ausbeute des Anteils mit einer Maschengrösse von 50 bis 100 und mit dem gewünschten Schüttgewicht
und der gewünschten Kompressibilität am grössten.
Das Verfahren und die Vorrichtung zur Pulverisierung von Metall mit Hilfe von Wasser ist bekannt und braucht nicht näher
beschrieben zu werden. Zwei Betriebsparamter sind im Hinblick
auf die Eigenschaften des erzeugten Produktes wesentlich. Der wichtigste Parameter ist der Schnittwinkel der Wasserstrahlen
mit dem Strom des geschmolzenen Metalls. Die hier angegebenen Daten sind bei Verwendung eines ringförmigen Wasserverteilungsrohres
mit einer Vielzahl von Wasserdüsen erzielt worden, die umfangsmässig in gleichem Abstand zueinander
um die vertikale Achse des Ringkörpers, durch den der Strom aus geschmolzenem Metall aufgrund der Schwerkraft nach
unten fliesst, angeordnet sind. In dem verwendeten Ringkörper waren 8 Wasserdüsen vorhanden, von denen jede eine kreisförmige
öffnung mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 4 mm (1/8 bis 5/32 in.) aufwies. Der Düsendurchmesser scheint jedoch
nicht so kritisch zu sein wie der Schnittwinkel zwischen den Wasserstrahlen und dem Schmelzstrom.
Es wurde herausgefunden, dass das Schüttgewicht von dem Schnittwinkel der Wasserstrahlen mit der Metallschmelze
gemäss folgender Gleichung abhängt:
(1) 4 AD = -3.1 A (Sin Θ/2)
wobei Δ AD die Änderung des Schüttgewichtes
und θ der eingeschlossene Winkel zwischen den
Wasserstrahlen und dem Schmelzstrom am
Sehn ittpunkt
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Es wurde ausserdem herausgefunden, dass das Schüttgewicht eine Funktion der Gewichtsprozente an Silizium und Magnesium
gemäss folgender Gleichung ist:
(2) ^ AD = -1.8 ( & Si)+0.16(>^Mn) ,
wobei A AD die Änderung des Schüttgewichtes,
j\ Si die Gewichtsprozentänderung von Silizium
in der Zusammensetzung
und AMn die Gewichtsprozentänderung von Magnesium
in der Zusammensetzung
Die obigen Formeln gelten für die angegebenen Bereiche, solange alle übrigen Faktoren in der Zusammensetzung und die
Betriebskenndaten bei der Zerstäubung konstant gehalten werden .
Es wurde herausgefunden, dass der eingeschlossene Winkel etwa zwischen 25 und 45 °, vorzugsweise bei 38 ° liegen sollte.
Der Wasserdruck in dem Verteilungsrohr sollte etwa zwischen 15 und 30 bar (200 bis 400 lbs/in.3) liegen, wenn grobe Teilchen
mit einer Maschengrösse von 30 bis 60 erzeugt werden sollen, und etwa zwischen 30 und 50 bar (400 bis 700 lbs/in.2),
wenn relativ feine Teilchen mit einer Maschengrösse von 50 bis 100 Maschen erzeugt werden sollen. In diesen Fällen ist
die Ausbeute am grössten. Vorzugsweise sollte im Falle der groben Teilchen ein Druck Von etwa 20 bar (300 lbs./in.2)
und im Falle der feinen Teilchen ein Druck von etwa 40 bar (600 lbs./in.2) angewendet werden.
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Den amerikanischen Massangaben 30, 50, 60 und 100 Maschen
bzw. mesh entsprechen in Deutschland die folgenden Werte für die lichte Maschenweite: 0,59 mm, 0,30 mm, 0,25 mm
und 0,15 mm.
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Claims (1)
19.715 40/ei PATENTANWÄLTE
Dr. rer. nafc DIETER LOUIS
DlpL-Phys. CLAUS PBHLAU
DlpWne.FRANZ LGHHENTZ
NORNBERQ KESSLERPLATZ 1
Firma METALLURGICAL INTERNATIONAL, INC. Tinton Falls, New Jersey 07724 / U.S.A.
Patentansprüche:
1. Metallpulver, dadurch gekennzeichnet, dass es im wesentlichen aus einer auf Eisen basierenden Legierung mit
etwa 0,6 bis 4,0 Gew.-% Silizium und etwa 0,08 bis 0,18 Gew.-% Kohlenstoff besteht und ein Schüttgewicht von etwa
1,6 bis 2,3 g/cm3 aufweist.
2. Metallpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Pulver eine Kompressibilität von etwa 3 bis mm (0,12 bis 0,16 in.) aufweist.
3. Metallpulver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass es etwa 0,3 bis 0,9 Gew.-% Magnesium enthält.
4. Metallpulver nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es etwa 10 bis 15 Gew.-% Nickel,
etwa 17 bis 22 Gew.-% Chrom und etwa 2 bis 3 Gew.-% Molybdän enthält, wobei der Rest Eisen ist.
5. Metallpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Grossenverteilung der Teilchen
etwa im Bereich von 30 bis 100 Maschen (US Standard) liegt.
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6. Metallpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grössenverteilung der Teilchen
etwa im Bereich von 30 bis 60 Maschen (US Standard) liegt.
7. Metallpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grössenverteilung der Teilchen
etwa im Bereich von 50 bis 100 Maschen (US Standard) liegt.
8. Metallpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgewicht sich in Abhängigkeit
von dem Gehalt an Silizium und Magnesium in etwa nach folgender Formel ändert:
J\ AD = (-) 1.8 (^ Si) +0.16 (/\ Mn)
wobei ^ AD die Änderung des Schüttgewichtes
^Si die Gewichtsprozentänderung von Silizium
und ^Mn die Gewichtsprozentänderung von Magnesium
ist.
9. Metallpulver, dadurch gekennzeichnet, dass es im wesentlichen aus einer auf Eisen basierenden Legierung mit etwa
0,14 Gew.-% Kohlenstoff, 0,6 Gew.-% Magnesium, 1,0 Gew.-% Silizium, 12 Gew.-% Nickel, 19 Gew.-% Chrom, 2,2 Gew.-%
Molybdän besteht, wobei der Rest Eisen ist.
10. Metallpulver nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Schüttgewicht von etwa 2,0 g/cm3, eine Kompressibilität
von etwa 3,5 mm (0,14 in.) und bei den Teilchen eine Grössenverteilung im Bereich von etwa 50
bis 100 Maschen (US Standard) aufweist.
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11. Metallpulver nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass das Schüttgewicht etwa 1,85 g/cm3 und die Kompressibilität etwa 4 mm (0,15 in.) beträgt und bei den Teilchen die Grössenverteilung im Bereich von etwa 30 bis 60 Maschen (US Standard) liegt.
dass das Schüttgewicht etwa 1,85 g/cm3 und die Kompressibilität etwa 4 mm (0,15 in.) beträgt und bei den Teilchen die Grössenverteilung im Bereich von etwa 30 bis 60 Maschen (US Standard) liegt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Metallpulvers durch Zerstäubung
mit Hilfe von Wasser, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Strom aus einer geschmolzenen, auf Eisen basierenden Metallegierung mit etwa 0,6 bis 4 Gew.-% Silizium und etwa 0,08 bis 0,18 Gew.-% Kohlenstoff mit Wasserstrahlen beschossen wird, die den Strom an einem gemeinsamen
Punkt unter einem Winkel von etwa 25 bis 45 ° schneiden.
dass ein Strom aus einer geschmolzenen, auf Eisen basierenden Metallegierung mit etwa 0,6 bis 4 Gew.-% Silizium und etwa 0,08 bis 0,18 Gew.-% Kohlenstoff mit Wasserstrahlen beschossen wird, die den Strom an einem gemeinsamen
Punkt unter einem Winkel von etwa 25 bis 45 ° schneiden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallpulver ein Schüttgewicht von etwa 1,6 bis 2,3
g/cm3 aufweist, das von dem Schnittwinkel nach folgender Formel abhängt:
g/cm3 aufweist, das von dem Schnittwinkel nach folgender Formel abhängt:
4 AD = (-) 0.31 <ÖL (Sin θ/2(
wobei ^ AD die Änderung des Schüttgewichtes
und θ der Schnittwinkel
und θ der Schnittwinkel
ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die geschmolzene Legierung etwa 0,3 bis 0,9
Gew.-% Magnesium enthält.
Gew.-% Magnesium enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die geschmolzene Legierung etwa 10 bis 15 Gew.-% Nickel, 17 bis 22 Gew.-% Chrom und 2 bis 3 Gew.-%
Molybdän enthält, wobei der Rest Eisen ist.
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16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittwinkel etwa 38 ° beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wasserstrahlen unter einem Druck von etwa 15 bis 50 bar (200 psi bis 700 psi) austreten
und der Durchmesser der Öffnungen etwa zwischen bis 4 mm (1/8 bis 5/32 in.) liegt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wasserdruck auf etwa 15 bis bar (200 bis 400 psi) begrenzt ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdruck auf etwa 30 bis
bar (400 bis 700 psi) begrenzt ist.
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Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: METALLURGICAL INDUSTRIES, INC., TINTON FALLS, N.J. |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |