DE2936691A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von insbesondere sphaerischen teilchen oder fasern bestimmter abmessungen aus einer schmelze - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von insbesondere sphaerischen teilchen oder fasern bestimmter abmessungen aus einer schmelze

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Tokuyoshi Nagoya Aichi Yamada
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Itoh Metal Abrasive Co Ltd
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von insbesondere sphärischen Teilchen oder Fasern bestimmter Abmessungen aus einer Schmelze Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von insbesondere sphärischen Teilchen oder Fasern bestimmter Abmessungen aus einer Schmelze, einer Flußmittelschmelze bzw. einem Schmelzfluß (flux) oder einer Schlackeschmelze, wobei insbesondere dünne, film- oder schichtförmige Ströme einer Schmelze aus Metallen, metallurgischen Schlacken oder Flußmitteln auf einer flachen Drehscheibe gebildet und diese Schichtströme vom Umfang der Scheibe mit hoher Geschwindigkeit in einen bestimmten freien Raum geschleudert werden.
  • Für die Herstellung von etwa sphärischen Teilchen oder Fasern mit rundem Querschnitt durch Aufbringen einer Schmelze auf die Oberfläche eines rotierenden Körpers sind bereits zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden.
  • Die meisten bisherigen Verfahren und Vorrichtungen können dabei je nach der Schmelzenart in zwei Kategorien eingeteilt werden, nämlich einmal bezüglich der Herstellung sphärischer oder kugelförmiger Teilchen und zum anderen bezüglich der Herstellung von Fasern aus leicht verglasbaren, nicht-metallischen Schmelzen.
  • Ein Beispiel.. für diese bisherigen Verfahren findet sich in der US-PS 3 660 544, die sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigen bzw. Kugelteilchen (Schrot) aus Ferrolegierungen bezieht. Dabei wird eine Drehtrommel mit einer nach unten konvexen Bodenfläche um eine zentrale oeffnung herum und einem rotierenden Prallstock (anvil) verwendet, der einen zentralen konischen Vorsprung und eine radial davon abgehende, nach oben konkave Oberseite aufweist, wobei dieser Prallstock konzentrisch unter der Trommel angeordnet ist und der Spalt zwischen konkaver und konvexer Fläche auf einer festen Größe gehalten wird. Der Prallstock wird dabei gegenläufig zur Trommel in Drehung versetzt und Metallschmelze wird durch die Trommelöffnung auf den konischen Mittelvorsprung des Prallstocks aufgebracht und beim Durchgang durch den genannten Spalt granuliert, wobei das so gebildete Granulat vom Umfang des Prallstocks ausgetragen wird und in ein Wasserbad hineinfällt.
  • Dieses bisherige Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, daß innere Flüsgigkeitsreibung und eine intensive Kühlwirkung unweigerlich zu einem Aufplatzen oder Aufbrechen des Metallschmelzenstroms führen, wenn die Schmelze den Spalt zwischen den beiden gekrümmten, gegenläufig rotierenden Flächen passiert. Infolgedessen können keine Teilchen gleichmäßiger Form und Größe erhalten werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschaltung der Mängel des Stands der Technik durch Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vor- /zur Herstellung richtung von speziell sphärischen Teilchen oder Fasern runden Querschnitts aus Schmelzen, Schlacken oder Flußmitteln bzw. Schmelzflüssen unter GewäIirleitutg gleichmäßiger Form und Abmessungen der Teilchen bzw.
  • Fasern.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur IIerstellun<j von insbesondere sphärischen Teilchen oder Fasern mit speziell festgelegten Abmessungen aus einer Schmelze erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schmelze über eine an der Unterseite eines Zwischenbehälters befestigte Leitung mit einer vorbestimmten Durchsatzmenge auf eine rotierende Drehscheibe aufgegeben wird, daß zumindest im Bereich des Umfangs der Drehscheibe ein Dünnschicht- oder -filmstrom der Schmelze mit vorbestimmter Dicke gebildet wird, wobei dem Dünnschichtstrom durch entsprechende Wahl des Durchmessers und der Drehzahl der Drehscheibe unter Berücksichtigung der kinematischen Viskosität der Schmelze über seine Gesamtdicke hinweg sowohl eine tangentiale als auch eine radiale Geschwindigkeitskomponente erteilt wird, daß der Dünnschichtstrom vom Umfang der Drehscheibe aus in einen Raum abgeschleudert wird, wobei sich der Dünnschichtstrom unter Verlust der tangentialen Geschwindigkeitskomponente und unter der zusätzlichen Wirkung der Oberflächenspannung in freie, lineare Ströme bzw. Strahlen eines festen Radius auftrennt, und daß diese linearen Strahlen unter Bildung von Fasern mit einem speziell festgelegten Durchmesser oder unter Bildung sphärischer Teilchen eines bestimmten Radius durch Aufbrechen der linearen Strahlen aufgrund der Verringerung der Raumbewegungsgeschwindigkeit und aufgrund der Wirkung der Oberflächenspannung zum Erstarren gebracht werden, so daß sphärische Teilchen eines bestimmten Durchmessers entstehen.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollte der Auslaß einer Leitung zum Aufbringen der Schmelze auf das Zentrum der Drehscheibe vorzugsweise so festgelegt sein, daß der Abstand zwischen dem Auslaß und der Scheibenoberfläche, d.h. ho, im Bereich von rO/2 bis (ru/2 + 2) mm liegt, wobei.rO den Radius des Leitungsauslasses in mm bedeutet.
  • Zur Herstellung von sphärischen bzw. Kugelteilchen (Schrot) nach der Erfindung werden vorzugsweise zusätzlich Gas(strahl Uströme entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der freien linearen, vom Drehscheibenumfang herabgeschleuderten Schmelzenströme eingeleitet, und zwar in einem Raum niedrigerer Temperatur und bei atmosphärischem oder höherem Druck.
  • Für die Faserherstellung werden vorzugsweise zusätzliche Gasströme in der Bewegungsrichtung der freien linearen, vom Umfang der Drehscheibe herabgeschleuderten Schmelzenströme in einem Raum höherer Temperatur und bei atmosphärischem oder niedrigerem Druck eingeleitet.
  • Bei der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens muß eine Drehscheibe zur Behandlung der Schmelze eine solche Konstruktion besitzen, daß die Scheibenplatte aus einem Block eines Feuerfestmaterials, wie Schmelzsiliziumoxid bzw. Hartfeuerporzellan (fused silicon), Graphit, Siliziumkarbid oder -nitrid, Zirkon, Schamotte, Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid besteht, die Bodenfläche dieses Blocks mit einer wärmeisolierenden Feuerzi.egelschicht verbunden ist, deren Unterseite wiederum mit einer Matte aus einem wärmeisolierenden Fasermaterial verbunden ist, wobei dieser Block, die Feuerziegelschicht und die genannte Matte in einen Halter aus warmfestem Stahl in Form eines seitlichen Rings und einer Bodenplatte eingesetzt sind und wobei der seitliche Ring an seiner Innenfläche in regelmäßigen Abständen eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, während der Block in seiner UmfangsfAäche mit einer Vielzahl von diesen Vorsprüngen komplcmentären Nuten versehen ist. Der Block wird dabei mit gegenseitigem Eingriff zwischen den Vorsprüngen und den Nuten in den Halter eingesetzt, und der Spalt zwischen Halter und Block wird mit einem form-oder gießbaren Feuerfestmaterial ausgefüllt; auf diese Weise werden Scheibenblock, Feuerziegelschicht, Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial und Halter einheitlich zu einer Rotoreinheit miteinander verbunden.
  • Der genannte Block besteht vorzugsweise aus einem kurzen Oberteil zylindrischer Form, einem kegelstumpfförmigen Mittelteil mit sanft abfallender Kegel fläche und einem kegelstumpfförmigen Unterteil mit steil abfallender Seitenwand, in welcher in regelmäßigen Abstand den die genannten Nuten vorgesehen sind.
  • Die Höhe des Zylinderteils beim genannten, bevorzugten Scheibenblock kann 1 - 2 mm betragen, während das Gefälle der Kegelfläche des Mittelteils 12 - 350 und das Gefälle der Seitenwand des Bodenteils 60 - 800 betragen können.
  • Wenn in spezieller Ausführungsform der Erfindung die Scheibenplatte notwendigerweise aus einem Feuerfestmaterial der vorher angegebenen Klasse, mit Ausnahme von Schmelzsiliziumoxid (Hartfeuerporzellan) und Graphit, besteht, sollte der Scheibenblock vorzugsweise ein kombinierter bzw. Verbundblock aus einem ausgewählten Feuerfestmaterial, einem diesen umgebenden Block aus Schmelzsiliziumoxld (f used silica) und erforderlichenfalls einer Bodenplatte aus einem neutralen Feuerfestmaterial sein. Der Mittelblock weist einen kurzen zylindrischen Oberteil mit einer Höhe von 1 - 2 mm auf, während sein Unterteil ein Zylinder mit regelmäßigem Mehreckquerschnitt ist. Der umschließende Block aus Schmelzsiliziumoxid besitzt eine Zentralbohrung mit demselben Mehreckquerschnitt wie beim Unterteil des Mittelblocks. Die Bodenplatte aus neutralem Feuerfestmaterial ist erforderlichenfalls an der Bodenfläche des Mittelblocks angebracht (stuck). Der zusammengesetzte bzw. Verbundblock wird durch Einsetzen des Mittelblocks und der neutralen Feuerfestplatte in die Bohrung des umschließenden Blocks aus Schmelzsiliziumoxid gebildet.
  • Die erfindungsgemäß für die Herstellung von sphärischen Teilchen oder Fasern zu verwendende Schmelze besteht hauptsächlich aus einem Material wie Metall, Flußmittel und Schlacke. Die Schmelzentemperatur wird vorzugsweise zwischen der Schmelztemperatur und einer um etwa 1000C darüber liegenden Temperatur gehalten. Die praktischen Arbeitstemperaturen werden somit in erster Linie unter Berücksichtigung der Schmelztemperaturen bestimmt. Für metallische Werkstoffe, wie Eisen und Stahl, wird eine Schmelzentemperatur von 1200 - 18000C bevorzugt, während die Schmelzentemperatur für geschmolzene Flußmittel bei 600 - 13000C und beispielsweise für die Herstellung von Schlackenwolle aus geschmolzenen Schlacken bei 1100 - 18000C liegt.
  • Für die Lösung der Erfindungsaufgabe müssen die folgenden Faktoren zweckmäßig eingestellt werden: 1. Kinematische Viskosität der Schmelze, 2. Oberflächenspannung der Schmelze, 3. Drehzahl der Drehscheibe, 4. effektiver Durchmesser der Drehscheibe, 5. Durchsatz- oder Strömungsmenge der Schmelze aus dem Leitungsauslaß, 6. Abstand zwischen Leitungsauslaß und Drehscheibe, 7. Durchmesser des Leitungsauslasses und 8. Zusammensetzung der Schmelze.
  • Erfindungsgemäß wird die kinematische Viskosität der 2 Schmelze im Bereich von 0,001 - 10 cm /s eingestellt.
  • Bei einer kinematischen Viskosität von über 10 cm2/s ist kein gleichmäßiger Fallstrom durch eine Leitung mehr möglich. Wenn jedoch die Schmelze mit einem wesentlich über Atmosphärendruck liegenden Druck beaufschlagt wird, kann eine Viskosität von mehr als 10 cm2/s zulässig sein. Andererseits lassen sich außerordentlich niedrige kinematische Viskositäten von unter 0,001 cm²/s nur mit übermäßig hohen Temperaturen erreichen, was als unwirtschaftlich angesehen werden kann. Bei hoher kinematischer Viskosität kann die Schmelze im allgemeinen leicht in Form von ununterbrochenen, fadenförmigen Produkten, d.h. Fasern, erstarren, während sich feine Teilchen leicht mit niedriger kinematischer Viskosität der Schmelze erzielen lassen.
  • Die Oberflächenspannung der Schmelze liegt vorteilhaft im Bereich von 10 - 400 Dyn.cm²/g. Oberflächenspannung und Dichte sind der Schmelze eigene Eigenschaften. Im Fall von Schmelzen und Werkstoffen, wie Eisen- und Nichteisenmetallen, metallurgischen Flußmitteln, Schlacken usw., liegen die genannten Verhältnisse im oben angegebenen Bereich.
  • Erfindungsgemäß sind Durchmesser und Drehzahl der Drehscheibe, auf welche die Schmelze aufgegeben wird, wesentliche Faktoren, die eine enge Beziehung zur genannten kinematischen Viskosität und Oberflächenspannung der Schmelze selbst besitzen. Die Drehzahl der Drehscheibe liegt vorzugsweise bei bei 3000 - 30 000 U/min.
  • Bei einer Drehzahl von unter 3000 U/min ist die entstehende Fliehkraft zu gering, um einen ausreichend dünnen Fllm-oder Schichtstrom auf der Drehscheibe zu bilden. Je höher die Drehzahl ist, utso besser werden die Ergebnisse; die obere Drehzahlgrenze von 30 000 U/min ist jedoch für die Erzielung des erfindungsgemäß angestrebten Ergebnisses ausreichend. Drehzahlen über dieser oberen Grenze können unweigerlich zu schwierige mechanische Bedingungen zur Folge haben und zu aufwendige mechanische Konstruktionen erfordern.
  • Der Durchmesser der Drehscheibe aus Feuerfestmaterial wird unter Berücksichtigung ihrer Drehzahl und der kinematischen Viskosität der Schmelze bestimmt. Erfindungsgemäß soll die über eine Leitung auf das Zentrum der Drehscheibe aufgegebene Schmelze zu einer Radialströmung gezwungen werden, so daß sie eine dünne Strömungsschicht vorbestimmter Dicke am Rand der Drehscheibe bildet. Diese Dicke bestimmt sich als Funktion der kinematischen Viskos tät der Schmelze, der Drehzahl der Drehscheibe, des Durchmessers derselben und der Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze aus dem Leitungsauslaß, so daß diese Dicke entsprechend den physikalischen Eigenschaften der Schmelze gewählt wird.
  • Die verwendete Drehscheibe besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von 50 - 200 mm. Eine Vorrichtung zum Antreiben der Drehscheibe von mehr als 200 mm Durchmesser mit einer Drehzahl von 3000 U/min oder mehr wirft zahlreiche konstruktive Schwierigkeiten auf, während es bei einem Drehscheibendurchmesser von weniger als 50 mm schwierig ist, eine ausreichend große Fliehkraft zur Bildung des dünnen Schmelzenstroms der erforderlichen Dicke zu erzeugen. Mit dem Scheibendurchmesser ist der effektive Durchmesser des Scheibenoberteils aus dem genannten, in die Rotoreinheit eingebauten Feuerfestblock, nicht aber der Durchmesser des den Block halternden Metallhalters gemeint.
  • Die Geschwindigkeit der Schmelze beim Austritt aus dem Leitungsauslaß liegt vorzugsweise bei 5 - 500 cm/s, je nach der kinematischen Viskosität der Schmelze. Mit zunehmender Viskosität der Schmelze wird deren Austrittsgeschwindigkeit unter demselben statischen Schmelzendruck niedriger und umgekehrt. Diese Austrittsgeschwindigkeit der Schmelze beeinflußt auch die Dicke des auf dem Umfangsrand der Drehscheibe gebildeten dünnen Schmelzenstroms.
  • Der Innendurchmesser rO (mm) des verwendeten Leitungsauslasses liegt vorzugsweise im Bereich von 3 - 30 mm. Bei einem größeren Innendurchmesser als 30 mm kann zuviel Schmelze auf die Drehscheibe strömen, so daß an deren Umfangsrand, bei vorgegebenen Größen von Scheibendurchmesser und -drehzahl, eine zu dicke Schmelzenschicht entsteht. Wenn andererseits der Innendurchmesser des Leitungsauslasses zu klein ist, wird der Abstand h0 (mm) zwischen dem Auslaß und der Drelischeibe aufgrund der angegebenen, bevorzugten Beziehung (ru/2) < h c (ru/2)+2 = 0= zu klein, und die Einstellung dieses Spalts wird ziemlich schwierig. Der Grund für die bevorzugte Wahl dieses Bereichs des Abstands ho ist folgender: Wenn der Abstand ho kleiner ist als pro/2 mm, neigt die Schmelze zu einem Anstauen (swell) und zu einer Behinderung der gleichmäßigen Strömung auf der Drehscheibe; wenn dagegen der Abstand ho größer ist als t(rO/2)+2 § mm, trifft der frei aus dem Auslaß herausfallende Strom unmittelbar auf die Scheibenoberfläche auf, wobei ungünstige Turbulenz in der dünnen Schmelzenschicht hervorgerufen und die tierstellung von Kugelteilchen oder Fasern speziell festgelegter Abmessungen schwierig wird.
  • Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt zur Verdeutlichung der Art und Weise, auf welche sich die über eine Leitung auf das Zentrum einer Drehscheibe aufgegebene Schmelze ausbreitet und auf der Drehscheibe einen dünnen Schmelzenstrom bzw.
  • -film mit Grenzschicht bildet, Fig. 2A und 2B eine schematische Aufsicht bzw. eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung der Art und Weise, auf welche sich eine dünne Schmelzenschicht einer vorbestimmten Dicke, die vom Umfangsrand der Drehscheibe herabgeschleudert wird, unmittelbar nach dem Abschleudern in lineare Ströme oder Strahlen eines vorbestimmten Radius aufteilt, die ihrerseits zu sphärischen Tropfen mit bestimmtem Radius aufbrechen, Fig. 3 einen schematischen lotrechten Schnitt zur Veranschaulichung der Abhängigkeit von Flugweite oder Raumbewegung und Größe sowohl der linearen Ströme als auch der anschließend entstehenden sphärischen Tropfen, bei sonst gleichen Bedingungen, von der Drehzahl der Drehscheibe, Fig. 4A bis 4D schematische Aufsichten auf die Schmelzenströme nach Fig. 3 bei jeweils verschiedenen Drehzahlen der Drehscheibe, Fig. 5A und 5B einen schematischen lotrechten Schnitt bzw. eine schematische Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung sphärischer Teilchen, bei welcher zusätzlich Gasströme in waagerechter Richtung entgegenge-.setzt zu den linearen Schmelzenstrahlen eingeblasen werden, Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer erz in dungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Fasern mit zusätzlicher Gleichstrom-Gasströmunq, Fig. 7 einen lotrechten Schnitt durch einen erz in dungsgemäß verwendbaren Rotor, Fig. 8A und 8B eine Aufsicht bzw. eine lotrechte Schnittansicht des Rotors nach Fig. 7, Fig. 9A und 9B den Fig. 8A und 8B ähnelnde Darstellungen einer anderen Ausführungsform des Rotors, Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem mittleren Durchmesser von Stahlteilchen und der Drehzahl der Drehscheibe, Fig. 11A und 11B , graphische Darstellungen der Beziehung zwischen dem Teilchendurchmesser bzw. dem Faserdurchmesser und der Drehscheiben-Drehzahl bei jeweils gleichem Flußmittel, und Fig. 12 den Fig. 11A und 11B ähnelnde graphische Darstellungen für andere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • In den Figuren, in denen einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, sind eine Leitung 1, eine Drehscheibe 2, ein dünner Schmelzenstrom 3, lineare Schmelzen-Strahlen 4, sphärische Tropfen 5, ein Zwischenbehälter 6, eine Gasringleitung 7, eine Leitplatte 8, ein Ringschlitz 9, ein Gestängemechanismus 10, ein Scheibenblock 11 aus Schmelzsiliziumoxid oder Graphit, ein Mittelblock 11a aus einem speziellen Feuerfestmaterial, ein umschließender bzw. Ring- oder Außenblock 11b aus Schmelzsiliziumoxid, in der Seitenwandfläche eines der Blöcke vorgesehene Nuten 11c, ein Seitenring 12 eines Halters, ein Vorsprung 12a an der Innenfläche des Seitenrings, eine Bodenplatte 13 des Halters, ein von der Bodenplatte nach unten abgehender kurzer Schenkel oder Flansch 14, eine Nabe 15, eine wärmeisolierende Feuerziegelschicht 16, eine Matte 17 aus einem wärmeisolierenden Fasermaterial, ein gieß- oder formbares, feuerfestes Füllmaterial 18, eine Platte 19 aus neutralem Feuerfestmaterial, ein Erstarrungskammer-Gehäuse 20 und ein Antriebsmechanismus 21 dargestellt.
  • Im folgenden sind anhand der Figuren die Ergebnisse von erfindungsgemäß durchgeführten Untersuchungen beschrieben.
  • Fig. 1 veranschaulicht die Bedingungen, unter denen sich bei Aufgabe einer. Schmelze über eine Leitung 1 mit einem Auslaß mit einem Radius rO bei konstanter Zufuhrgeschwindigkeit UO auf eine Drehscheibe 2, die sich mit fester Winkelgeschwindigkeit Co(rad/s) dreht, unter Bildung eines stabilen dünnen Schmelzenstroms bzw. Dünnschichtstroms (thin film stream) 3 die Filmdicke h und die Geschwindigkeitsverteilung in diesem Strom 3 in Abhängigkeit vom Radius r der Drehscheibe ändern. Wenn sich die Schmelze einer idealen Flüssigkeit nähert, kann der lotrechte Strom mit der Geschwindigkeit UO ohne jede Turbulenz in einen Dünnschichtstrom umgesetzt werden, sofern die lotrechte volumetrische Strömungsmenge Jrr 2U über die Querschnittsfläche #ro² gleich der horizontalen volumetrischen Strömungsmenge 2 #rohoUo aus der zylindrischen Auslaßöffnung mit dem Radius rO und der Höhe ho ist, d.h. wenn der Abstand ho zwischen dem Leitungsauslaß und der Scheibenoberfläche so gewählt ist, daß er der Kontinuitätsbedingung (condition of continuity) genügt, die sich durch folgende Gleichung bestimmt: ho = ro/2 ........ (1) Zur besseren Verdeutlichung beträgt das Verhältnis zwischen der lotrechten Koordinate gemäß Fig. 1 und der radjalen Koordinate r 5:1.
  • Wenn eine viskose Flüssigkeit auf eine flache Platte aufströmt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Plattenoberfläche aufgrund von Strömungs- oder Flüssigkeitsreibung stark ab, und es entsteht eine sog.
  • Genzschicht. Bei niedrigerer Winkelgeschwindigkeit ergibt sich dabei eine laminare Grenzschicht, während bei höherer Winkelgeschwindigkeit eine turbulente Grenzschicht entsteht. Wenn die Scheibe gemäß Fig. 1 stillsteht, entsteht eine Grenzschicht nur aufgrund der Radialströmung mit der Anfangsgeschwindigkeit Uo, doch wenn sich die Drehzahl auf über 500 U/min erhöht, beruht die Grenzschichtbildung auf der Drehscheibe hauptsächlich auf der Drehbewegung, während der Beitrag der anfänglichen Radialgeschwindigkeit Uo vernachlässigbar klein wird. Bei der Erfindung ist die Grenzschicht aufgrund der Scheibendrehung von großer Bedeutung. Die Reynoldsche Zahl Re für eine auf der sich drehenden Scheibe gebildete Grenzschicht ergibt sich nach folgender Gleichung Re = #R²/# worin 9 (c ß s) die kinetische Viskosität der Schmelze und R (cm) den Radius der Drehscheibe bedeuten.
  • Eine turbulente Grenzschicht bildet sich unter folgenden Bedingungen: Re = #R²/# # 1 x 105 ...... (2) während eine laminare Grenzschicht unter den folgenden Bedingungen entsteht: Re = #R²/# < 6 x 104 ....... (2') Bei Reynoldschen Zahlen zwischen den Größen nach den beiden genannten Gleichungen ergibt sich ein Ubergangsbereich. Die Dicke 6 (cm) der turbulenten Grenzschicht und die Dicke ' (cm) der laminaren Grenzschicht bestimmen sich nach folgenden Gleichungen (3) bzw. (3'): # = 0,526 (#/#) 1/5r3/5 ......(3) #' = 3,38 (#) 1/2 ....... (3') # Gemäß den obigen Gleichungen vergrößert sich die Dicke der turbulenten Grenzschicht mit der Radialkoordinate r, während die Dicke der laminaren Grenzscliicht nicht von dieser Radialkoordinate r abhängig ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird entweder die turbulente oder die laminare Grenzschicht ausgenutzt.
  • Im folgenden ist die der Erfindung zugrundeliegende Theorie für den Fall einer turbulenten Grenzschicht erläutert.
  • Wenn eine Position oder Stelle in einer turbulenten Grenzschicht mit einer Dicke von 6 durch eine Ordinate z dargestellt wird, deren Ursprung auf der Scheibenoberfläche liegt, bestimmen sich die Tangential-Geschwindigkeitskomponente e und die Radial-Geschwindigkeitskomponente Ur an einem (bestimmten) Punkt für den Schnitt (section) O # z # # durch folgende Gleichungen: Ue = 1 (4) 1 -Ur #r = 0,162 (z/#)1/7 (1 - z/#) ......(5) Wenn somit die Dicke des Dünnschichtstroms in einer Position der Radialkoordinate r durch h (cm) angegeben wird, lassen sich die Mittelwerte der Geschwindigkeitskomponenten U8 und Ur nach folgenden Gleichungen berechnen: In diesen Gleichungen bedeuten U und Ur die Mittelwerte von U# bzw. Ur. Der zweite Ausdruck nach Gleichung (7) e r sollte nur hinzugefügt werden, wenn die Gesamtfilmdicke h größer ist als die Dicke 6 der Grenzschicht, d.h. h6, und wenn die Strömung im Bereich (h-6) nur eine gleichmäßige Anfangsgeschwindigkeit UO besitzt. Die resultierende mittlere Geschwindigkeit U in der Position der Radialkoordinate r und die Richtung 0 (Winkel zwischen Ú und Ue) der Geschwindigkeit U ergeben sich nach folgenden Gleichungen: 1/2 U = (Ur² + U#²) ...... (8) # = tan-1 Ur ......(9) U# Die Dicke h des Film- bzw. Schichtstroms in der Position der Radialkoordinate r kann empirisch nach folgender Gleichung bestimmt werden: Der zweite Ausdruck von Gleichung (10) wird nur hinzugefügt, wenn, wie im Fall von Gleichung (7), h > # zutrifft.
  • Die 6-r-Kurve, die h-r-Kurve, die Größen von Ue, Ur, Ue, Ur, U und # in einer Position einer willkürlich gewählten Radialkoordinate r gemäß Fig. 1 können auf der Grundlage der Gleichungen (2) bis (10) berechnet werden, wenn die Winkelgeschwindigkeit S, die volumetrische Strömungsmenge der Schmelze j; r02U0 und die kinematische Viskosität der Schmelze # vorgegeben sind. Im Fall von r=R1 ist die Dicke 6, 1 der Grenzschicht kleiner als die Dicke h1 des Schichtstroms, weshalb der Anteil von (h1 - 61) nur eine Radialgeschwindigkeit besitzt, welche der Anfangsgeschwindigkeit U gleich ist. In der Grenzschicht mit der 0 Dicke 6 1 besitzt die Flüssigkeit dagegen zwei Geschwindigkeitskomponenten, d.h. eine radiale Geschwindigkeitskomponente U r und eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente Ue, wobei auf der Scheibenoberfläche Ur=0 und U# = Maximum darstellen. Die Strömungsrichtung sollte bzw. muß der Richtung der resultierenden Geschwindigkeit U gleich sein, d.h. der Richtung des resultierenden Vektors der mittleren Radialgeschwindigkeitskomponente Ur und der mittleren Tangentialgeschwindigkeitskomponente Ue. Diese Richtung wird gemäß Fig. 1 durch den Winkel 0 zwischen U und U8 angegeben. Im Fall von r=R2 ist die Bedingung h2 > 62 noch gültig. Im Fall von r=R3 und r=R4 ergeben sich jedoch die Bedingungen h3 < d3 und h4< 64. Infolgedessen ist (dabei) der gesamte Dünnschichtstrom in der Grenzschicht enthalten. Die Grenzschichtdicke nimmt mit sich vergrößernder Radialkoordinate r zu, wobei sich auch die Radialgeschwindigkeitskomponente r und die Tangentialgeschwindigkeitskomponente Ue entsprechend vergrößern.
  • In diesem Fall ist jedoch die Vergrößerung bzw. Zunahme von Ue wesentlich aufwendiger.
  • Die Richtung der Geschwindigkeit U nähert sich somit derjenigen der mittleren Tangentialgeschwindigkeitskomponente Ue, und der Winkel 0 wird kleiner. Wenn sich somit die Größen der Winkelgeschwindigkeit X W und der Radialkoordinate r vergrößern, wird die Dicke h des Dünnschichtstroms kleiner, wobei der gesamte Dünnsc}1ichtstrom eine turbulente Grenzschicht bildet und vom Umfangsrand der Scheibe mit einer hohen Geschwindigkeit U, unter einem kleinen Winkel k gerichtet, abgeschleudert wird.
  • Die Oberfläche des Schmelzenstroms wird jedoch durch die Oberflächenspannung o (Dyn/cm) beeinflußt, so daß es unmöglich ist, den Zustand einer unendlichen Dünnschicht aufrecht zu erhalten. Fig. 2 veranschaulicht die Art und Weise, auf welche ein Dünnschichtstrom 3 mit einer Geschwindigkeit Ú und einer Dicke h vom Rand einer den Radius R besitzenden Scheibe unter einem Winkel X zur Tangentialrichtung abgeschleudert wird. Der Dünnschichtstrom 3 teilt sich dabei unmittelbar nach dem Abschleudern in freie, lineare Ströme bzw. Strahlen 4 mit einem Radius r c auf. Diese linearen Strahlen 4 werden weiterhin zu sphärischen Tröpfchen 5 mit dem Radius rs aufgelöst. Die Bedingung für den Dünnschichtstrom mit der Oberfldchenspannung C (Dyn/cm) und der Dicke h (cm) für die Auftrennung in lineare Ströme oder Strahlen mit dem Radius rc (cm) bestimmt sich durch folgende Gleichung: rc = a/t p worin #p (Dyn/cm²) den Druckunterschied zwischen Innen-und Außenseite der Linearstrahlfläche bedeutet.
  • Wenn der Dünnschithtstrom in Form einer Grenzschicht mit mittleren Geschwindigkeitskomponenten Ue und U mit der resultierenden Geschwindigkeit U in einen Raum geschleudert wird, wird die Flüssigkeitsreibung zwischen Scheibe und Strom bzw. Strahl plötzlich aufgehoben, so daß die Geschwindigkeitskomponenten Ue und Ur mit der Richtung senkrecht zur Raumgeschwindigkeit U ausgeglichen sein bzw. werden müssen; dies bedeutet, daß gemäß Fig. 2 die Größe -V=-Urcosi durch die Größe V=Uesini ausgeglichen werden muß. Unter Berücksichtigung der Drehung des freien, linearen Strahls läßt sich der Druckunterschied np gemäß obiger Gleichung durch die Summe aus einem mittleren statischen Druck rc#g (Dyn/cm²) und einem dynamischen Druck V²#/2 (Dyn/cm²) bestimmen, wobei (g/cm³) die Dichte der Schmelze und.g (cm/s2) die Gravitationskonstante bedeuten.
  • Allgemein gesagt, kann ein Dünnschichtstrom in Form einer turbulenten Genzschicht bei einer Drehung mit hoher Drehzahl erzeugt werden, bei der sich eine große mittlere Tangentialgeschwindigkeitskomponente Ue ergibt, während die Dicke h dieses Schichtstroms sehr klein ist. Unter diesen Bedingungen ist die Größe von rc#g wesentlich -2 kleiner als die Größe von V2P/2, so daß die Näherung # p=rc#g+v²#/2#v²p/2 akzeptiert werden kann. Die Bedingung für die Bildung des linearen Stroms bzw. Strahls mit dem Radius rc läßt sich daher wie folgt ausdrUcken: # 2# ...... (11) rc = rc#g + (oU#²sin²#/2) # pU²sin2# Wenn sich der Dünnschichtstrom mit der Dicke h am Rand der Scheibe (Radius R) tatsächlich in n Linearströme bzw.
  • Strahlen mit dem Radius rc aufteilt, muß außerdem die Gesamtquerschnittsfläche 2 Rh des Dünnschichtstroms praktisch der GesAmtsumme der Querschnitte n #r²c der Linearstrahlen entsprechen, nämlich n #r²c # 2# Rh c Außerdem kann die gesamte Umfangslänge zur des Dünnschichtstroms nicht kleiner sein als die Gesamtsumme 2rcn aus den Linearstromdurchmessern, nämlich 2rcn#2#R Aus den beiden obigen Bedingungen läßt sich folgende Beziehung ableiten: rc # 2h/# ..... (12) Wenn die Bedingung gemäß der Beziehung (12) erfüllt ist, kann die Bildung von linearen Strömen bzw. Strahlen gemäß Gleichung (11) in der Praxis erfolgen.
  • Bei einer Schmelze mit niedriger kinematischer Viskosität kann die Auftrennung des Dünnschichtstroms in lineare Strahlen bereits bei niedriger Drehzahl erfolgen, und zwar bereits auf der rotierenden Drehscheibe (vgl. die Darstellungen für = 1 in Fig. 3 und 4). Wenn die Bedingungen nach Gleichungen (11) und (12) auf der Drehscheibe erfüllt sind,ist die mittlere Tangentialgeschwindigkeitskomponente U normalerweise klein, während der Winkel # nahezu 90° beträgt. In diesem Fall sind die Bedingungen Uesini=Ue und Ur =U anwendbar, und die Bildung von linearen Strahlen mit großem Radius rc kann stattfinden. Die auf diese Weise auf der Drehscheibe gebildeten linearen Strahlen können sich nur durch radiales Abrollen auf der Drehscheibe weiterbewegen.
  • Obgleich auf der Drehscheibe lineare Strahlen mit großem Radius rc gebildet werden, vergrößert sich die Radialkoordinate r bei der Verlagerung dieser Radialstrahlen in Richtung auf den Scheibenumfang, wobei die Komponente UesinX ebenfalls groß wird. Dabei kann die Erscheinung beobachtet werden, daß sich die dem Scheibenumfang nähern-/Gleichung den linearen Strahlen gemäß (11i weiter in lineare Ströme oder Strahlen mit kleinerem Radius rc aufteilen, um dann als lineare Strahlen verschiedener Radien in den Raum abgeschleudert zu werden. Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen lassen sich also keine linearen Ströme oder Strahlen fester Größe erzielen.
  • Auch bei ziemlich hoher Drehzahl ist die mittlere tangentiale Geschwindigkeitskomponente U e an Stellen einer kleinen Radialkoordinate r, d.h. in der Nähe des Scheibenmittelpunkts, immer noch klein. Dies kann auf die Bedingungen Uesin0YUe und UrsU zurückgeführt werden, wobei sich gemäß Gleichungen (11) und (12) dicke Linearstrahlen in der Nähe des Scheibenmittelpunkts ergeben.
  • Bei der Annäherung dieser Strahlen an den Scheibenumfang steigt jedoch die mittlere tangentiale Geschwindigkeitskomponente Ue schnell an, während die Dicke h kleiner wird, so daß es unmöglich wird,beiden Gleichungen (11), (12) gleichzeitig zu genügen, und die linearen Strahlen auf der Scheibe zu einem Dünnschichtstrom umgeformt werden (vgl. Darstellung für # = #2 in Fig. 3 und 4).
  • In diesem Fall kann der Dünnschichtstrom mit fester Dicke h vom Scheibenumfang herabgeschleudert werden, wobei sich freie lineare Ströme bzw. Strahlen eines bestimmten Radius rc gemäß Gleichungen (11) und (12) bilden können.
  • Wenn die Drehzahl der Drehscheibe ausreichend hoch ist, ist ihre Gesamtoberfläche mit einem Dünnschichtstrom als Grenzschicht bedeckt, so daß sich die freien linearen Strahlen mit dem festen Radius rc bilden können (vgl.
  • Darstellung für # = #3 in Fig. 2, 3 und 4).
  • Bezüglich der Auftrennung oder Aufteilung des Dünnschichtstroms in Linearstrahlen werden die Größen der Dünnschichtdichte a, der mittleren Tangentialgeschwindigkeitskomponente Ue und der Richtung der resultierenden Geschwindigkeit s6 durch vorgegebene Größen der Winkelgeschwindigkeit O auf der Scheibe, der kinematischen Viskosität 9 der Schmelze und des Scheibenradius R bestimmt.
  • Der Radius rc den Linearstrahls kann dann durch Einsetzen dieser Größen in Gleichung (11) berechnet werden. Falls die Schichtdicke h jedoch genügend klein ist, um der Beziehung (12) zu genügen, kann die Schichtauftrennung tatsächlich stattfinden. Bezüglich der weiteren Auftrennung der freien linearen Strahlen 4 mit dem Radius rc zu sphärischen Tropfen 5 läßt sich folgendes sagen: Wenn das Kugelteilchenvolumen (4/3) #r³ größer ist als s das Volumen des linearen Strahlanteils mit einer Länge 2rs, d.h. #r²2r, kann die Bildung der sphärischen bzw. c s Kugelteilchen tatsächlich stattfinden. Diese Bedingungen lassen sich wie folgt ausdrücken: Der Radius r5 der sphärischen Tropfen, die durch Aufbrechen der linearen Strahlen mit festem Radius rc gebildet werden, ist daher stets größer als der Radius rc, wobei Formel (13) den Mindestdurchmesser der Kugelteilchen angibt.
  • Die Bedingungen für die Bildung der Kugelteilchen mit dem Radius rs (cm) lassen sich durch folgende Gleichung als Funktion der Oberflächenspannung o«Dyn/cm) und des Druckunterschieds zwischen Innen- und Außenseite der Kugeltropfenfläche #p(Dyn/cm²) ausdrücken: rs = 2#/#p worin der Druckunterschied ßp der Summe aus dem mittleren statischen Druck rs#g(Dyn/cm²) und dem dynamischen Druck po2'2 aufgrund der Geschwindigkeit U des freien Linearstrahls entspricht. Der Mindestradius des bzw. jedes Kugelteilchens wird gemäß Gleichung (13) zu rs.min = rc bestimmt. Wenn sich daher die Geschwindigkeit U aufgrund des Reibungswiderstands in einem Umgebungsgas auf die Größe Us verringert, wird nach folgender Gleichung ein sphärisches Tröpfchen mit vorgegebenem Radius rs gebildet: 2# 4# rs = ...... (14) rs#g+(#U²s/2) = #U²s Das in der Position der Geschwindigkeitsänderung U + Us gebildete Kugelteilchen setzt seine Raumbewegung mit der Anfangsgeschwindigkeit Us fort.
  • Anhand der Fig. 3 und 4 ist nunmehr die Art und Weise beschrieben, auf welche die Bewegungen des Dünnschichtstroms auf der Drehscheibe, der linearen Strahlen und der sphärischen Tröpfchen entsprechend der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit a, variieren, wenn die Schmelze über die Leitung 1 mit fester Ausstoßgeschwindigkeit gleichmäßig auf die Drehscheibe 2 eines festgelegten Radius R aufgegeben wird. Die Strömungslinien für # = 0, Fall #2 #2 und in in der lotrechten Schnittansicht gemäß Fig. 3 entsprechen den Strömungslinien für die betreffenden Größen von (» in der Aufsicht gemäß Fig. 4. Wenn die Drehscheibe stillsteht (UJ=0) und die Schmelze mit ausreichend hoher Durchsatzmenge zugeführt wird, fließt die Schmelze vom Scheibenumfang in Form dreier Film- bzw. Schicht ströme herab. In diesem Fall hängen die mittlere tangentiale Geschwindigkeitskomponente Ue=O und der Radius des linearen Stroms rc nach Gleichung (11) nur vom statischen Druck ab. Da sich der statische Druck an der Schicht mit der Dicke des Schichtstroms ändert, wird letzterer unter Bildung von Löchern örtlich aufgebrochen, um sich weiter zu dicken linearen Strahlen oder Strömen verschiedener Radien aufzuteilen. Die Bewegung der dicken Filme und der linearen Strahlen geht schnell in eine Fallbewegung unter Schwerkraftwirkung über. Gemäß Gleichungen (13) und (14) werden die dicken linearen Ströme oder Strahlen mit unterschiedlichen Radien zu großen sphärischen Tropfen verschiedener Radien rs aufgebrochen. Infolge des Vorhandenseins von Gravitation ergibt sich außerdem zusätzlich zur mittleren radialen Geschwindigkeitskomponente Ur eine vertikale Geschwindigkeitskomponente Uy. Diese kann ebenfalls zu einer Erhöhung der resultierenden Geschwindigkeit Ú führen, so daß die sphärischen Teilchen mit großem Radius r während ihrer Raum- bzw. Fallbewegung 5 weiter zu kleineren sphärischen Tröpfchen aufgebrochen werden, wodurch der Bedingung (14) genügt wird. Dabei wird es unmöglich, lineare Strahlen oder sphärische Teilchen mit bestimmten Abmessungen zu erhalten. Solange der Radius R und die Winkelgeschwindigkeit t, vergleichsweise klein sind, treten unvermeidbar ähnliche Erscheinungen auf.
  • Die Erfindung befaßt sich nicht mit diesen Erscheingungen, die bei vergleichsweise kleinen Größen des Radius R und ziemlich kleinen Größen der Winkelgeschwindigkeit W auftreten.
  • Bei niedriger Drehzahl der Drehscheibe (# = #1) ist die mittlere tangentiale Geschwindigkeitskomponente Ue immer noch klein, und der Winkel Q liegt gemäß Gleichung (11) dicht bei 900. Infolgedessen bilden sich auf der Drehscheibe lineare Ströme oder Strahlen mit großem Radius rc. Wenn sich diese linearen Ströme zum Umfang der Scheibe weiterbewegen, nimmt die Größe von sin4 zu, wobei sich von ihnen lineare Ströme oder Strahlen mit kleinem Radius rc abtrennen, bevor der Scheibenumfang erreicht ist. Demzufolge werden vom Scheibenumfang freie lineare Strahlen verschiedener Radien abgeschleudert, die sich längs verschiedener Strömungslinien bewegen. Diese Bewegung kann nach Gleichung (13) und (14) auch von einer änderung des Kugelteilchenradius begleitet sein.
  • Auch bei ziemlich hoher Drehzahl der Drehscheibe (t = @2) sind die Bedingungen in der Nähe des Scheiben zentrums ähnlich wie bei einer Drehscheibe kleinen Radius, bei der sich eine kleine mittlere Tangentialgeschwindigkeitskomponente U8 und ein großer Winkel 0 ergeben, wobei nach Gleichung (11) lineare Strahlen mit großem Radius rc auf der Scheibe entstehen. Mit einer Vergrößerung der Radialkorrdinate r. vergrößert sich jedoch die Größe Uesin0, so daß lineare Strahlen mit kleinerem Radius rc entstehen.
  • Wenn sich diese Strahlen oder Ströme weiter dem Scheibenumfang annähern <r + R), werden die Bedingungen nach Gleichungen (11) und (12) nicht mehr erfüllt, so daß ein Dünnschichtstrom mit turbulenter Grenzschicht entsteht. Dieser Dünnschichtstrom wird vom Scheibenrand in den freien Raum hinausgeschleudert, wobei er sich nach den Bedingungen gemäß Gleichungen (11) und (12) in freie lineare Strahlen eines festen Radius aufteilt. Diese freien linearen Strahlen werden gemäß Gleichungen (13) und (14) zu sphärischen Tröpfchen mit festem Radius weiter aufgebrochen.
  • Bei ausreichend hoher Drehzahl der Drehscheibe <>= (tr 03) bildet sich auf der gesamten Drehscheibenoberfläche ein Dünnschichtstrom in Grenzschichtform. Dieser Dünnschichtstrom, der unter einem kleinen Winkel 0 mit hoher Geschwindigkeit vom Scheibenrand herabgeschleudert wird, teilt sich in freie lineare Strahlen eines festen Radius auf, die dann zu sphärischen Tröpfchen eines festen Radius aufbrechen.
  • Wie erwähnt, ist es zur Erzeugung linearer Strahlen oder sphärischer Tröpfchen einer festen Größe nötig, zumindest in der Nähe des Scheibenumfangs einen Dünnschichtstrom mit bzw. als Grenzschicht auszubilden; zu diesem Zweck muß die Drehscheibe bei konstanter Strömungsmenge mit ziemlich hoher Winkelgeschwindigkeit rotieren. Außerdem ist es zur Erzeugung linearer Strahlen eines ziemlich großen, festen Radius rc nder sphärischer Tröpfchen eines ziemlich großen, festen Radius rs erforderlich, ein unregelmäßiges Aufbrechen der linearen Ströme oder Strahlen auf der Drehscheibe zu verhindern. Zur Erfüllung dieser Bedingungen empfiehlt es sich, eine Scheibe mit vergleichsweise kleinem Radius R mit hoher Drehzahl in Drehung zu versetzen, wie dies aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgehen dürfte. Beim bisherigen Verfahren, bei dem eine vergleichsweise niedrige Drehzahl von z.B. 1500 bis 5000 bzw. 500 U/min bei einem Scheibendurchmesser von 50 bis 200 mm angewandt wird, ist es schwierig, eine turbulente Grenzschicht sowie lineare Strahlen oder sphärische Tröpfchen eines festen Radius zu bilden.
  • In Fig. 3 sind die Rechteckkoordinatenachsen mit einem Ausgangspunkt bzw. Ursprung O' am Drehscheibenumfang gesetzt.
  • Die horizontale Richtung eines linearen Schleuderstrahls mit dem Winkel 0 ist die x-Achse, während die vertikale Abwärtsrichtung auf der y-Achse liegt. Die Geschwindigkeit des linearen Strahls oder des sphärischen Teilchens an einem beliebigen Punkt in der x-y-Ebene ist mit u bezeichnet, während ihre Geschwindigkeitskomponenten in x- und y-Richtung mit ux bzw. u bezeichnet sind und der y Winkel zwischen u und um mit « angegeben ist. Die Anfangsgeschwindigkeit am Ursprung 0' bei der genannten zweidimensionalen Bewegung entspricht der Geschwindigkeit U gemäß Gleichung (8). Die Bewegungsgleichung ist nachstehend angegeben, worin d (cm) (=2ru) den Durchmesser 5 des sphärischen Teilchens, e (s) die verstrichene Zeit, g eine Gravitationskonstante und ç (g) den durch das umgebende statische Strömungsmittel mit der Dichte pf (g/cm3) hervorgerufenen Widerstand bedeuten: 3 #ds³ dux # 6 . d# = - (#cos α)g ..... (15) #ds³ duy #ds³ # . = (#-#f)g - (#sinα)g 6 d# 6 In dieser Gleichung lassen sich ux=u cosc; , uy=u#sin α , u2=u2+uy sowie der Widerstand durch die nacistehende Gleichung bestimmen, sofern die Querschnittsfläche des Teilchens gleich Ap(= JrdS/4) ist und der Widerstandskoeffizient CD entspricht: u² # = CD#Ap of ......(16) 2g Der Widerstandskoeffizient CD ist eine dimensionslose Zahl, die sich durch die Reynoldsche Zahl Re=dsu/ # bestinunt (#f = kinematische Viskosität des statischen Strömungsmittels). Die Größen von CD für technische Berechnung sind bekanntlich eine Funktion von Re in verschiedenen einfachen festen Formen. Bezüglich der Raumgeschwindigkeit des linearen Strahls mit der Radius rc läßt sich der auf sein vorderstes Ende einwirkende Widerstand angenähert nach Gleichung (16) bestimmen, wenn dieses vorderste Ende bzw. die Spitze gemäß Gleichung (13) als Kugel mit dem Radius r= #3/2#rc vorausgesetzt wird. Die c analytische Lösung von Gleichung (15) ist nicht möglich, weil sich der Winkel ot zeitabhängig und der Widerstandskoeffizient CD mit der Geschwindigkeit u ändern. Eine Lösung kann jedoch nach dem sogenannten sukzessiven Näherungsverfahren erreicht werden. Nach diesem Verfahren können nämlich, sofern die Anfangsgeschwindigkeit (u)e=0=U vorgegeben ist, die änderungen der Geschwindigkeit (ux, uy, u) und der Position (x, y) im Zeitverlauf ermittelt werden. Die Position, in welcher sich der lineare Strahl in sphärische Tröpfchen auftrennt, kann als der Punkt bestimmt werden, an welchem die Geschwindigkeit u auf die Größe U gemäß 5 Gleichung (14) abfällt. Die Bewegungsbahnen und die Positionen zur Bildung sphärischer Tröpfchen (vgl. Fig. 3 und 4) lassen sich somit durch Lösung von Gleichung (15) quantitativ bestimmen.
  • Das für die Drehung der Drehscheibe benötigte Drehmoment T (kg-m) läßt sich anhand des Radius R (m) der Drehscheibe, der Gravitationskonstante g (m/s2), der Dichte der Schmelze p (kg/m3) und des Reibungskoeffizienten C; nach folgender Gleichung berechnen: T = Cf#²R5 # # ...... (17) Die für den Antrieb der Drehscheibe mit einer Drehzahl N (U/min) erforderliche Leistung H (in PS) bestimmt sich daher nach folgender Gleichung: 2N H = 60 # T/75 ...... (18) Wenn sich auf der rotierenden Drehscheibe eine turbulente Grenzschicht bildet, kann der in Gleichung (17) enthaltene Widerstandskoeffizient Cf als Funktion der Reynoldschen Zahl Re=R2 / nach folgender Gleichung abgeschätzt werden: Cf = 0,0728 ...... (19) (Re)1/5 Drehmoment T und Leistung H lassen sich somit nach Gleichungen (17) bis (19) berechnen, sofern Winkelgeschwindigkeit # , Radius R, kinematische Viskosität 4 und Dichte p bekannt sind.
  • Gleichungen .z4) bis (16) und Gleichung (19) sind auf eine sich unter den Bedingungen nach Gleichungen (2) und (3) auf der Drehscheibe bildende turbulente Grenzschicht anwendbar. Gemäß Gleichung (3) vergrößert sich die Dicke 6 der turbulenten Grenzschicht proportional zu r 3/5 Allgemein gesagt, können daher Schmelzen mit niedrigeren Werten # der kinematischen Viskosität stabile Dünnschichtströme mit turbulenter Grenzschicht auf der Scheibenoberfläche nahe des Scheibenumfangs bilden, wenn die Reynoldsche Zahl Re= #R²/# durch Anwendung höherer Drehzahlen auf die Größen im Turbulenzströmungsbereich vergrößert wird. Im Fall von Schmelzen mit hoher kinematischer Viskosität -3 können andererseits die Dicken #' der laminaren Grenzschichten, unabhängig von Radialkoordinate, auch bei niedriger Drehzahl ziemlich groß werden. Bei vergleichweise niedrigen Drehzahlen, d.h. innerhalb des laminaren Grenzschichtbereichs der genannten Reynoldschen Zahl, können daher auf der Drehscheibe stabile Dünnschichtströme mit Grenzschichten geformt werden.
  • Im Fall von Dünnschichtströmen mit laminarer Grenzschicht bestimmen sich dip Geschwindigkeitskomponenten Ue und r nicht durch Gleichungen (4) und (5), sondern durch die folgenden Gleichungen, wobei in den Gleichungen (6), (7) und (10) die Dicke #' anstelle der Dicke & eingesetzt werden muß: U# = {1 - (z) }² ...... (4') #r # Ur = 1,315 {(z)-2(z)²+(z)³ ...... (5) #r # #' #' Der Widerstandskoeffizient Cf gemäß Gleichung (17) muß ebenfalls anstelle von Gleichung (19) durch die folgende, für die laminare Strömung geltende Gleichung bestimmt werden: Cf - 1,935 (19') 1/2 Auch bei der Bildung von Schicht strömen mit laminarer Grenzschicht gemäß Gleichungen (2') und (3') können daher theoretische Berechnungen auf ähnliche Weise wie für die turbulente Grenzschicht vorgenommen werden.
  • Die Theorie bezüglich der Bildung der linearen Strahlen oder Ströme und der sphärischen Tröpfchen ist vorstehend unter der Voraussetzung erläutert, daß die Schmelze ohne Erstarrung stets auf konstanter Temperatur bleibt und die Umgebungsatmosphäre ein statisches Gas mit fester Temperatur und festem Druck ist. Wenn dabei die linearen Strahlen bestimmter Größe im nicht aufgebrochenen Zustand erstarren, lassen sich lange Fasern einer bestimmten Größe bzw. Dicke erzielen, während im Fall der Erstarrung der Schmelze nach dem Auf trennen bzw. Aufbrechen jedes linearen Strahls zu sphärischen Tröpfchen einer bestimmten Größe sphärische Teilchen mit bestimmten Abmessungen erhalten werden.
  • Wenn eine hohe Temperatur besitzende Schmelze mittels einer Drehscheibe verarbeitet wird, führt der Temperaturanstieg des Umgebungsgases zu einer Konvektionsströmung und zu einer nachfolgenden Änderung der Eigenschaften dieses Gases. Diese Erscheinung kann von einer Änderung des Widerstands gemäß Gleichung (16) begleitet sein.
  • Wenn ein Gas mit bestimmter Temperatur in Form von Gasstrahlen mit der Geschwindigkeit Uf parallel, aber entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der genannten freien, linearen Schmelzenstrahlen eingeblasen wird, erhöht sich der Widerstand gemäß Gleichung (16) auf eine Größe, welche einer Schmelzengeschwindigkeit von u+u anstatt einer solchen von u entspricht. Dieser Widerstand erhöht sich auch bei Verringerung der Gastemperatur oder Erhöhung des Gasdrucks, d.h. bei Vergrößerung der Gasdichte Pf Durch diese Widerstandsvergrößerung ergibt sich eine Verkürzung der Zeit für den Abfall der Anfangsgeschwindigkeit des linearen Strahls (u)e=0=U für die Tröpfchenbildungsgeschwindigkeit U 5 nach Gleichung (14). Hiermit werden die Bildung der sphärischen Tröpfchen beschleunigt und ihre Bewegungsstrecke verkürzt. Bei Anwendung einer vernünftigen bzw. zweckmäßigen Gasströmung lassen sich auch die Snderungen der Eigenschaften des Gases in erheblichem Maße unterdrücken.
  • Wenn andererseits ein Gas mit vorbestimmter Temperatur in Form von Gasstrahlen oder -strömen mit der Geschwindigkeit Uf und parallel zur Bewegungsrichtung der freien linearen Schmelzenströme eingeblasen wird, wird der Widerstand 0 gemäß Gleichung (16) auf eine Größe reduziert, welche der Schmelzengeschwindigkeit u-u anstelle einer solchen von u entspricht. Dieser Widerstand verringert sich auch bei Erhöhung der Gastemperatur bzw. Reduzierung des Gasdrucks, d.h. bei Abnahme der Gasdichte Pf. Diese Widerstandsverringerung führt zu einer Verzögerung der Verringerung der Anfangsgeschwindigkeit U des linearen Strahls und trägt zur Verhinderung der Bildung von sphärischen Tröpfchen bei.
  • Die Bewegungsrichtunder mit hoher Geschwindigkeit vom dem Scheibenumfang unter Winkel 0 abgeschleuderten linearen Strahlen geht allmählich von einer waagerechten Bewegung in eine lotrechte Fallbewegung über. Zur Gewährleistung einer Obereinstimmung der Gasstromrichtung mit der Schmelzenstromrichtung muß daher der horizontale Parallel-oder Gegenstrom des Gases in einem Bereich erfolgen, in welchem noch eine nahezu horizontale Bewegung der Schmelzenströme bzw. -strahlen stattfindet. Bei dem bisherigen Verfahren unter Verwendung von Rotationskörpern werden häufig Gase in wahllosen Richtungen eingeblasen. Dies kann jedoch lediglich zu einem unregelmäßigen Abtrennen linearer Strahlen (Fasern) oder einem unregelmäßigen Abbrechen sphärischer Tröpfchen (Teilchen) führen. Bei Anwendung eines Gasstroms beim erfindungsgemäßen Verfahren müssen daher Richtung und Geschwindigkeit des Gasstroms zweckmäßig so gewählt werden, daß sie eine erfolgreiche Steuerung des Widerstands nach Gleichungen (15) und (16) zulassen.
  • Im allgemeinen können Silikatschmelzen aufgrund ihrer hohen ViskositXtwund ihrer niedrigen Oberflächenspannungswerte einfach zu stabilen, feinen, linearen Strahlen verformt und in Form von Fasern zum Erstarren gebracht werden.
  • Andererseits neigen Metallschmelzen mit niedrigen Viskositäts- und hohen Oberflächenspannungswerten zur Bildung ziemlich dicker linearer Strahlen. Bei den üblicherweise angewandten Kühlgeschwindigkeiten können lineare Metallschmelzenstrahlen außerdem leicht zum Erstarren gebracht werden, nachdem sie während der Bewegung durch den freien Raum in sphärische Tröpfchen aufgebrochen worden sind.
  • Aus diesem Grund lassen sich die bisherigen Verfahren ziemlich genau in zwei Kategorien einteilen, nämlich in Verfahren zur Herstellung von Fasern aus leicht verglasbaren, nicht-metallischen Schmelzen und in Verfahren zur Herstellung von sphärischen oder kugelförmigen Teilchen aus Metallschmelzen. Im Fall von Silikatschmelzen kann jedoch die Viskosität durch Erwärmung auf höhere Temperatur ebenfalls verringert werden, während der Widerstand mittels eines Gegenstroms heißen Gases erhöht werden kann.
  • Hierdurch kann eine Verzögerung der Erstarrung hervorqerufen und die Bildung von sphärischen Tröpfchen aus Silikatschmelzen gewährleistet werden. Andererseits kann auch bei Metallschmelzen die Oberflächenspannung durch Erwärmung auf höhere Temperaturen oder durch Zugabe von die Oberflächenspannung erniedrigenden Elementen, wie S, Se, Sb, La, Ce, B, Sn, 0, usw., beträchtlich herabgesetzt werden.
  • Wenn kalte Gasströme parallel zu den linearen Schmelzenströmen geleitet werden, werden ebenfalls der Widerstand herabgesetzt und die Erstarrung beschleunigt. Unter diesen Bedingungen können Metallschmelzen in Form von Fasern zum Erstarren gebracht werden.
  • Die vorstehend umrissenen Erfindungsprinzipien lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1) Für eine vorgegebene Strömungsmenge der Schmelze, werden Radius R und Winkelgeschwindigkeit W der Drehscheibe unter Berücksichtigung der kinematischen Viskosität3 so gewählt, daß sich am Drehscheibenumfang ein DUnnschichtstrom mit Grenzschicht einer spezifisch festgelegten Dicke h bildet.
  • 2) Wenn der Dünnschichtstrom vom Drehscheibenumfang herabgeschleudert wird, bilden sich unter der Wirkung der Oberflächenspannung freie lineare Ströme bzw. Strahlen eines festen Radius rc, der durch die genannte spezifische Dicke h bestimmt wird.
  • 3) Die linearen Strahlen mit dem Radius rc brechen zu sphärischen Tröpfchen eines festen Radius rs, der durch den Strahlradius rc bestimmt wird, unter der Wirkung des durch das Umgebungsgas hervorgerufenen Widerstands Q) auf.
  • 4) Zur Beschleunigung der Bildung der sphärischen Tröpfchen und zur Verkürzung der Raumbewegungsstrecke des Strahls bzw. der Tröpfchen sollte der Widerstand dadurch vergrößert werden, daß horizontale Gasströme genau entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der linearen Strahlen eingeblasen werden oder aber die Gastemperatur verringert oder der Gasdruck erhöht wird. Zur Verhinderung eines Abbrechens der Fasern sowie einer Bildung von sphärischen Teilchen sollte der Widerstand dadurch herabgesetzt werden, daß waagerechte Gasströme genau in Bewegungsrichtung der linearen Strahlen eingeblasen werden oder die Gastemperatur erhöht bzw. der Gasdruck erniedrigt wird.
  • 5) Alle vorgenannten Maßnahmen lassen sich quantitativ durch theoretische Berechnungen bestimmen.
  • Die Erfindung beruht auf der vorstehend beschriebenen Theorie und umfaßt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung væn sphärischen Teilchen oder Fasern ganz bestimmter, festgelegter Abmessungen sowie Rotoreinheiten zur Durchführung des genannten Verfahrens.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Herstellung von sphärischen Teilchen muß zur Bildung eines stabilen Dünnschichtstroms auf der Drehscheibe ohne jede Turbulenz die Bedingung nach Gleichung (1) gebührend berücksichtigt werden. Insbesondere muß dabei der Auslaß einer Leitung zur Abgabe der Schmelze auf den Mittelpunkt der Drehscheibe, vorzugsweise auf die eingangs genannte Weise, festgelegt werden. Anderenfalls ergeben sich die eingangs genannten nachteiligen Bedingungen.
  • Bei der Herstellung von sphärischen Teilchen ist es möglich, die Bildung sphärischer Tröpfchen zu beschleunigen, die Faserbildung zu verhindern und die Strecke der freien Raumbewegung zu verkürzen, indem ein Gas mit atmosphdrischem oder höherem Druck sowie mit Raumtemperatur oder niedriger Temperatur entgegengesetzt zu den vom Scheibenumfang herabgeschleuderten linearen Strahlen eingeblasen wird. Fig. 5 veranschaulicht eine beispielhafte Vorrichtung für eine derartige Gaseinblasung. Das über eine Gasringleitung 7 zugeführte Gas wird über einen Ringschlltz 9 mit einer Anzahl von Leitplatten 8 zur Strömungsrichtungssteuerung eingeblasen, so. daß waagerechte Gasströme gebildet werden, die entgegengesetzt zur waagerechten Bewegungsbahn der linearen Strahlen strömen. Die verschiedenen Leitplatten 8 sind dabei mittels eines Gestängemechanismus 10 so miteinander verbunden, daß ihre die Gaseinblasrichtung beeinflussenden Anstellwinkel gleichzeitig einstellbar sind. Bei dieser Anordnung können die Gasströme genau entgegengesetzt zu den linearen Schmelzenströmen gerichtet werden, wobei durch Regelung der Gasströmungsgeschwindigkeit die sphärischen Tröpfchen zu einem Herabfallen in ausgewählten Radialpositionen im Gasraum gebracht werden können.
  • Wenn bei diesem Verfahren eine Schmelze, in welcher feste oder flüssige Teilchen suspendiert sind, auf die Drehscheibe aufgebracht wird, können sich diese Teilchen von der Schmelze trennen, während sich auch die sphärischen Schmelzenteilchen bilden können. Wenn beispielsweise eine basische Schlacke niedriger Viskosität, in welcher feste Metallteilchen suspendiert sind, oder eine Schmelze niedriger Viskosität, in welcher deren Primärkristalle suspendiert sind, auf die Drehscheibe aufgegeben wird, können die suspendierten Teilchen getrennt von den Schmelzenteilchen abgefangen werden, weil sich die Raumbewegungsbahn der suspendierten Teilchen oder Kristalle von denjenigen der linearen Schmelzenstrahlen oder sphärischen Tröpfchen unterscheidet.
  • Die Erfindung sieht auch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung langer Fasern mit speziell festgelegtem Durchmesser aus einer Schmelze vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schmelze über eine an der Unterseite eines Zwischenbehälters befestigte Leitung mit einer vorbestimmten Durchsatzmenge auf eine rotierende Drehscheibe aufgegeben wird, daß zumindest im Umfangsrandbereich der Drehscheibe ein Dünnschichtstrom der Schmelze mit vorbestimmter Dicke gebildet wird, der über seine Gesamtdicke hinweg sowohl eine tangentiale als auch eine radiale Geschwindigkeitskomponente aufgrund geeigneter Wahl des Durchmessers und der Drehzahl der Drehscheibe unter Berücksichtigung der kinematischen Viskosität der Schmelze erhält, daß der Dünnschichtstrom vom Drehscheibenumfang in einen Raum abgeschleudert wird, wobei sich der Dünnschichtstrom unter Verlust der tangentialen Geschwindigkeitskomponente und unter der zusätzlichen Wirkung der Oberflächenspannung in freie, lineare Ströme bzw. Strahlen mit einem festen Radius auftrennt, daß ein Gas mit atmosphärischem oder niedrigerem Druck bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur gleichsinnig zur Bewegungsrichtung der linearen Schmelzenstrahlen eingeblasen wird und daß die linearen Schmelzenstrahlen zum Erstarren gebracht werden. Bei diesem erfahren wird ein Gas mit Atmosphärendruck oder niedrigerem Druck sowie von Raumtemperatur oder höherer Temperatur gleichsinnig mit den linearen Schmelzenströmen geleitet.
  • Beispielsweise neigen die Schmelzen bestimmter Silikatflußmittel und basischer Hochofenschlacken (vgl. Beispiel 2 und 3) zur Bildung von sphärischen Teilchen, wenn sie bei ziemlich hoher Temperatur mit niedriger Viskosität auf die Drehscheibe aufgegeben werden, oder aber zur Bildung von Fasern, wenn sie mit ziemlich niedriger Temperatur und hoher Viskosität auf die Drehscheibe aufgebracht werden, solange die Kühlgeschwindigkeit in der Atmosphäre von Raumtemperatur zutrifft. Bei solchen Silikatschmeizen ist die temperaturabhängige Änderung der Oberflächenspannung vernachlässigbar klein. Wenn lineare Strahlen oder Ströme solcher Schmelzen mit fester Größe für die llerstellung von Fasern vom Umfang einer Drehscheibe in ein statisches Gas geschleudert werden, ist eine unvorteilhafte lokale Bildung sphärischer Tröpfchen zu beobachten, insbesondere in der Anfangsphase des Ausströmenlassens der Schmelze. Dies beruht darauf, daß in der Anfangsphase die Gastemperatur noch niedrig ist, während die Gasdichte daher entsprechend hoch ist. Außerdem ist die Absinkgeschwindigkeit der Fasern in der Luft im Vergleich zu derjenigen von sphärischen Teilchen sehr gering. Die hergestellten Fasern können sich daher leicht miteinander verwirren. Mit den gleichsinnig zur Bewegung der linearen Schmelzenstrahlen gerichteten Gasströmen kbnnen dle Tröpfchenbildung effektiv unterdrückt und ein Verwirren von Fasern verhindert werden, so daß längere Fasern herstellbar sind. Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine mit gleichsinnig gerichteten Gasströmen arbeitende Vorrichtung, bei welcher das Gas gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 5 in entgegengesetzter Richtung strömt. Gemäß Fiq. 6 wlr(l - genauer gesagt - das Gas in Form waagerechter Gasströme gleichsinnig zu den linearen Schmelzenströmen über einen Ringschlitz 9 angesaugt, in welchem zahlreiche Leitplatten 8 angeordnet sind, wobei das so angesaugte Gas über eine Gasringleitung 7 abströmt. Dabei können größere Abweichungen der Gasströmungsrichtung von der Richtung der linearen Schmelzenstrahlen zu einem unvorteilhaften Abbrechen von Fasern führen. Aus diesem Grund wird die Gasströmungsrichtung durch die Leitplatten 8 gesteuert.
  • Wenn der Radius des Leitungsauslasses zum Aufgeben der Schmelze auf das Zentrum der Drehscheibe mit rO und der Abstand zwischen der Drehscheibe und diesem AuslaB mit ho bezeichnet werden, sollte dieser Abstand ho, ebenso wie beim vorher beschriebenen Verfahren zur Herstellung sphärischer Teilchen, vorzugsweise im Bereich von rO/2 bis (ru/2)+2 mm liegen.
  • Wenn bei der Faserherstellung auf die Drehscheibe eine Schmelze aufgegeben wird, die bestimmte feste oder flüssige Teilchen in Suspension enthält, können sich diese Teilchen von der Schmelze trennen, während gleichzeitig auch die Fasern aus der Schmelze gebildet werden können.
  • Wenn beispielsweis auf die Drehscheibe eine Schmelze aus Kuppel- oder Hochofenschlacke, suspendiert in bzw. durch Guß- oder Roheisentröpfchen, aufgegeben wird, können die suspendierten, schwereren Eisenteilchen über kürzere Bewegungsstrecken herabfallen, während die freien, linearen Ströme oder Strahlen der geschmolzenen Schlacke zu Fasern erstarren können. Die Eisenteilchen und die Schlackefasern können daher getrennt gewonnen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von sphärischen Teilchen und Fasern beruht auf Untersuchungen bezüglich der quantitativen Regelung oder Einstellung der Dicke des Dünnschichtstroms mit Trennschicht, d.h. des Dünnschichtstroms mit sowohl tangentialer als auch radialer Geschwindigkeitskomponente über die Gesamtdicke hinweg. Wenn die kinematische Viskosität der Schmelze vergleichsweise hoch ist und ein vergleichsweise großer Radius der sphärischen Teilchen bzw. Fasern verlangt wird, sollte auf der Drehscheibe ein Dünnschichtstrom mit laminarer Grenzschicht eingestellt werden, während im anderen Fall ein Dünnschichtstrom mit turbulenter Grenzschicht erzeugt werden sollte. Der Dünnschichtstrom läßt sich nicht bilden, wenn eine Drehscheibe mit kleinem Radius mit verhältnismäßig geringer Drehzahl in Drehung versetzt wird. Erfindungsgemäß wurden Versuche sowohl mit niedriq viskosen Strömungsmitteln, wie Wasser, wässrige Glyzerinlösung, verschiedene Metallschmelzen usw., und hochviskosen Strömungsmitteln, wie metallurgische Schlacken, synthetische Flußmittel usw., unter Verwendung von Scheiben mit Radien von 25 bis 150 mm durchgeführt, wobei diese Scheiben mit Drehzahlen im Bereich von 3000 bis 30000 U/min angetrieben wurden. Aufgrund dieser Versuche wurde mittels theoretischer Berechnungen und anderer Versuche bestätigt, daß die Dicke des Dünnschichtstroms mit Grenzschicht und somit der Radius der sphärischen Teilchen bzw. Fasern, wie sie bei der Trennung oder Aufspaltung des Dünnschichtstroms gebildet werden, in einem weiten Bereich steuerbar ist. Im Hinblick auf die Ergebnisse dieser Versuche werden erfindungsgemäß wesentlich höhere Drehzahlen der Drehscheibe als bei den bisherigen Verfahren angewandt. Infolge dieser höheren Drehzahlen können größere Schmelzenmengen auch mitmit tels Drehscheiben vergleichsweise kleinem Radius behandelt werden.
  • Bei der Behandlung oder Verarbeitung von Hochtemperaturschmelzen mittels einer Drehscheibe ist letztere nicht nur einer großen Fliehkraft, sondern auch hohen Temperaturen ausgesetzt. In der Anfangs- und Endphase der Behandlung treten unter der schnellen Erwärmung und Abkühlung der Scheibenoberfläche außerdem Wärmeschocks bzw. -spannungen auf. Metalle und Legierungen mit hohem Wärmeleitvermögen und hoher Verformbarkeit werden durch diese Wärmebelastungen kaum bis zur Rißbildung beansprucht.
  • Aber selbst bei warmfesten Stählen nimmt deren Standfestigkeit bei Temperaturen von über 6000C schnell ab.
  • Drehscheiben aus metallischen Werkstoffen können daher aufgrund der Fliehkraft bei hoher Drehzahl und der hohen Temperaturen leicht brechen, so daß sie sich nicht zum Langzeitbetrieb eignen. Auch die sogenannten "Superlegierungen" besitzen zulässige Temperaturgrenzwerte von unter 8000C. Für die Verarbeitung großer Schmelzenmengen müssen daher Feuerfest- oder Keramikmaterialien für die Drehscheibe benutzt werden. Basische Feuerziegel und Feuertonziegel, wie Magnesit- und Schamotte-Ziegel, besitzen jedoch niedrige Erweichungstemperaturen und große Wärmedehnungskoefffizienten, so daß sie den zu erwartenden Anforderungen bezüglich Fliehkraft und Wärmeschockbeanspruchungen nicht zu genügen vermögen. Schmelzsiliziumoxid-bzw. Hartfeuerporzellan- und Graphitblöcke besitzen andererseits sehr kleine Wärmedehnungskoeffizienten bei ziemlich hoher Hochtemperaturfestigkeit und ausgezeichneter Wärmespannungsbeständigkeit. Die Zugfestigkeit dieser feuerfesten Steine ist allerdings im Vergleich zu ihrer Druckfestigkeit sehr gering, so daß diese Steine kaum für Drehung mit hoher Drehzahl geeignet sind, bei welcher große Zentrifugal-Zugkräfte auftreten. Aufgrund dieser Schwierigkeiten sind die meisten Verfahren lediglich auf die Verarbeitung kleiner Schmelzenmengen bei Drehzahlen von unter 3000 U/min beschränkt.
  • Die genannten Schwierigkeiten können nur mit einer neu entwickelten Drehscheibe gelöst werden, welche den vorstehend angeführten strengen Anforderungen zu genügen vermag. Auf der Grundlage von Untersuchungen der thermischen Beanspruchungen aufgrund der schnellen Erwärmung mit Abkühlung der Scheibenoberfläche sowie der Zentrifugal- bzw. Fliehkraftspannungen bei hoher Drehzahl der Drehscheibe wurde erfindungsgemäß eine zweckmäßige Rotoreinheit eptwickelt, deren Scheibenoberfläche den erforderlichen Radius besitzt und bei welcher die Hochtemperaturfestigkeiten der Werkstoffe genügende Berücksichtigung finden. Diese Konstruktion umfaßt, kurz gesagt, eine einheitliche Anordnun aus zusammengesetzten Blöcken aus feuerfestem Material und einem Halter aus warmfestem Stahl.
  • Die Erfindung bezieht sich also auch auf eine Rotoreinheit mit einer Scheibenoberfläche aus einem ausgewählten Feuerfestmaterial, welches hohen Drehzahlen bei hohen Temperaturen zu widerstehen vermag. Die Konstruktionsprinzipien einer solchen Rotoreinheit sind in Fig. 7 veranschaulicht, während Fig. 8 und 9 abgewandelte Ausführungsformen dieser Rotoreinheit zeigen. Gemäß Fig. 7 besitzt ein scheibenförmiger Block 11 aus Schmelzsilizlumoxid (Hartfeuerporzellan) einen kurzen, zylindrischen oberen Abschnitt mit dem erforderlichen Scheibenradius R und einer Höhe von 1 bis 2 mm, einen kegelstumpfförmigen Mittelteil mit unter einem Neigungswinkel s von 12 bis 350 sanft abfallenden Kegelflächen sowie einen kegelstumpfförmigen Unterteil mit unter einem Neigungsw.Inkc ß von 60 bis 800 steil abfallender Seitenwand. Die auf die Oberfläche der Scheibe mit dem Radius R übertragene Hitze verteilt sich dabei über die in Fig. 7 durch Pfeile angedeuteten Strömungslinien, wobei ein großer Teil der Wärme an der sanft geneigten Kegelfläche des Mittelteils an die Atmosphäre abgegeben wird, während nur ein kleiner Wärmemengenanteil einen Seitenring 12 und eine Bodenplatte 13 eines Halters aus warmfestem Stahl erreicht.
  • Der Mittelteil des Scheibenblocks verhindert somit effektiv einen Temperaturanstieg des Stahlhalters. Feuerfestmaterialien besitzen üblicherweise unabhängig von ihrer außerordentlich niedrigen Zugfestigkeit eine hohe Druckfestigkeit. Die Wärmespannungen nahe der Scheibenoberfläche können durch Vorwärmung bei hoher Temperatur reduziert werden. Andererseits kann jedoch selbst Schmelzsiliziumoxid, das die höchste Temperaturfestigkeit unter allen industriellen Feuerfestmaterialien besitzt, kaum den bei hohen Drehzahlen auftretenden Zentrifugalbeanspruchungen widerstehen. Aus diesem Grund wird der Scheibenblock 11 in den Halter aus warmfestem Stahl eingesetzt, der aus einem Seitenring 12 mit ausreichend großer Wanddicke und einer Bodenplatte 13 besteht (vgl.
  • Fig. 7). Wenn sich bei dieser Konstruktion im Scheibenblock lokale Risse oder Brüche bilden, wird durch die sanft abfallende Kegelfläche des Mittelteils sichergestellt, daß die Fliehkraftbelastungen vom Seitenring voll aufgenommen und etwa ausgebrochene Teile durch den Halter zusammengehalten werden. Insbesondere ist diese sanft geneigte Kegelstumpffläche nötig, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des Stahlhalters zu verhindern und eine ausreichende Standfestigkeit desselben zu gewllrleisten. Durch die steil geneigte Seitenwandfläche des in den Seitenring eingesetzten, kegelstumpfförmigen Bodentei)skann wirksam das Ausbrechen des Scheibenblocks 11 aus dem Halter aufgrund einer Aufschwebetendenz dieses Blocks bei hoher Drehzahl verhindert werden. Weiter hin können gemäß den Fig. 8 und 9 mehrere Rillen oder Nuten 11c in regelmäßigen Abständen in der Umfangswand des Unterteils vorgesehen sein. Der Seitenring 12 weist dabei an seiner Innenfläche eine Anzahl von diesen Nuten 11c komplementären Vorsprungen 12a auf. Durch den Eingriff zwischen den Nuten 11c und den Vorsprüngen 12a wird ein "Wandern" des Halters gegenüber dem eingesetzten Scheibenblock verhindert. Die zylindrische Seitenwand des 1 bis 2 min hohen Zylinders an der Oberseite des Scheibenblocks 11 ist erforderlich, damit der Dünnschichtstrom mlt Grenzschicht der Schmelze mit genau festgelegter oder bestimmter Dicke vom Scheibenumfang weggeschleudert wird, um eine vollständige Ablösung der Grenzschicht an der t1mfangsfläche der Scheibe zu gewährleisten.
  • Das Feuerfestmaterial für den Scheibenblock wird im Hinblick auf Schmelztemperatur, Benetzbarkeit der Feuerfestmaterialoberfläche mit der Schmelze und ErosionsbestHndigkeit gegenüber der Schmelze aus Silizlumoxid, Graphit, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Zirkon, Schamotte, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und dergleichen gewählt.
  • Zur wirksameren Verhinderung eines Temperaturanstiegs des zweiten Rings 12 und der Bodenplatte 13 des Halters sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 und 9 weiterhin eine wärmeisolierende Feuerziegelschicht 16, die mit der Bodenfläche des Scheibenblocks verbunden, beispielsweise verspannt ist, und eine Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial 17 vorgesehen, die ihrerseits an der Unterseite der Feuerziegelschicht 16 befestigt, beispielsweise mit dieser verspannt ist. Der Spalt zwischen Seitenring 12 und Block 11 ist mit einem form- bzw. gießbaren Feuerfestmaterial 18 ausgefüllt, so daß die genannten Teile einheitlich zu einer Rotoreinheit zusammengesetzt sind.
  • Das industrielle Feuerfestmaterial mit einer mit Schmelzsiliziumoxid vergleichbaren Hochtemperaturbeständigkeit und Wärmespannungsfestigkeit ist Graphit, das jedoch ein hohes Wärmeleitvermögen besitzt. Wenn ein nur aus Graphit bestehender Scheibenblock in der Form gemäß Fig. 8 verwendet wird, besteht für den Seitenring 12 eine Oberhitzungsgefahr. Die entsprechenden Warmfestigkeitseigenschaften anderer Feuerfestmaterialien sind erheblich schlechter als diejenigen von Schmelzsiliziumoxid und Graphit. Aus diesem Grund kann bei hohen Schmelzentemperaturen nur eine Ein-Block-Konstruktion aus Schmelzsiliziumoxid der Art gemäß Fig. 8 verwendet werden.
  • Daher sollte zwangsläufig anstelle des Scheibenblocks 11 der Verbundblock gemäß Fig. 9 angewandt werden, der aus einem Mittelblock 11a aus einem ausgewählten Feuerfestmaterial,außer Schmelzsiliziumoxid. einem umschließenden bzw. Außenblock aus Schmelzsiliziumoxid 11b und erforderlichenfalls einer Platte 19 aus einem neutralen Feuerfestmaterial besteht. Die genannten Teile lla, 11b und 19 werden zu einem Verbundblock mit der Form des Scheibenblocks gemäß Fig. 7 und 8 zusammengesetzt. Der Mittelblock 11a weist dabei einen kurzen, zylindrischen Ansatz mit einer Höhe von 1 bis 2 mm auf, während sein Unterteil einen Zylinder mit regelmäßigem (Mehreck-)Querschnitt bildet, dessen Querschnittsfläche kleiner ist als diejenige des zylindrischen Oberteils.
  • Der umschließende Block 11b aus Schmelzsiliziumoxid besitzt eine Zentralbohrung mit einem dem Unterteil des Mittelblocks 11a angepaßten Querschnitt. Die ggf. vorgesehene Platte 19 aus neutralem Feuerfestmaterial ist mit der Unterseite des Mittelblocks 11a verbunden, z.B. verspannt. Der Verbundblock wird durch Einsetzen des Mittelblocks 11a und der Feuerfestplatte 19 in die Bohrung des umgebenden bzw. Außenblocks lib gebildet. Gemäß Fig. 9 wird dieser Verbundblock in einen aus einem Seitenring 12 und einer Bodenplatte 13 bestehenden Halter aus warmfestem Stahl zusammen mit einer wSrmeisolierenden Feuerziegel- bzw. Feuersteinschicht 16 und einer Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial 17 eingesetzt und durch Einfüllen eines form- oder gießbaren Feuerfestmaterials 18, wie bei der Rotoreinheit mit dem einstückigen Scheibenblock, festgelegt.
  • Gemäß den Fig. 7 bis 9 stehen von der Bodenplatte 13 des Halters kurze Schenkel bzw. Flansche 14 in regelmäßigen Abständen von der Unterseite nach unten ab. Diese Flanscll(> 14 sind an einer Nabe 15 befestigt, die einen Spalt vorbestimmter Größe zur Bodenplatte 13 festlegt. Btal der Scheibendrehung entsteht durch diesen Spalt eine turbulente Gasströmung, durch welche ein übermäßiger Temperaturanstieg an Bodenplatte 13 und Nabe 15 effektiv verhindert wird. Außerdem ist die Nabe 15 mittels einer Keilverzahnung auf einer Welle montiert, so daß die Rotoreinheit schnell auswechselbar ist.
  • Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß bei längerer Verarbeitung einer Stahlschmelze von 16000C mittels einer Rotoreinheit mit einem Scheibenblock 11 aus Schmelzsiliziumoxid und mit der Konstruktion gemäß Fig. 8 die Temperatur des Seitenrings 12 des Halters unter 5000C und diejenige der Bodenplatte 13 sogar unter 350"C bleibt.
  • Auf diese Weise können lange Standzeiten des warmfesten Stahls und des Nabenmaterials gewährleistet werden.
  • Die Erfindung ist auf verschiedenen Gebieten anwendbar.
  • Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Fasern für metallurgische Schlacken eingesetzt werden, die erhebliche Mengen an Siliziumoxid enthalten, beispielsweise Hochofenschlacke von der Roheisengewinnung, Elektroofenschlacke und Kugelofenschlacke von der Graugußerschmelzung; ebenso verwendbar sind bei diesem Verfahren synthetisierte Produkte aus verschiedenen anorganischen Substanzen, wie Glas, Mineralfasern, verschiedene metallurgische Flußmittel, feuerfeste Silikate und Borate; metallhaltige Elemente, die zu einer starken Verringerung der Oberflächenspannung führen, Halbleitermaterialien, wie Silizium, und organische Substanzen, wie Kunstharz.
  • Das Verfahren zur Herstellung sphärischer Teilchen ist mit folgenden Ausgangsstoffen durchführbar: Metallurgische Schlacken der oben genannten Art sowie Schlacke von basischen Sauerstoffkonvertern, elektromagnetisches Material, das zu Teilchen oder Pulver zerkleinert werden muß, Eisen, Stahl, Nichteisenmetall und Legierungen davon, z.B. Kohlenstoffstahl, Spezialstahl, Grauguß, Aluminium, Kupfer, Magnesium und Zink; Ferrolegierungen wie Ferromangan, Ferrosilizium, Ferrochrom und Ferronickel; und organische Substanzen, wie Kunstharz.
  • Im folgenden ist die Erfindung anhand von speziellen Beispielen näher erläutert.
  • Beispiel 1: Herstellung von sphärischen Stahlteilchen.
  • Eine Rotoreinheit wurde mittels einer hydrostatischen Kraftübertragung aus Hydraulikölpumpe mit variabler Fördermenge und Hydraulikmotor fester Leistung angetrieben, wobei die Hydraulikpumpe ihrerseits durch einen Elektromotor mit einer Ausgangsleistung von 30 kW angetrieben wurde.
  • Die Drehzahl der Scheibe wurde mittels eines photoelektrischen Fühlers unmittelbar gemessen und durch ein elektronisches PI-Regelsystem automatisch auf eine konstante Größe eingestellt. Der Regelbereich der Drehzahl lag bei 2000 bis 12000 U/min. Uber eine Leitung aus Schmelzsiliziumoxid (Hartfeuerporzellan) mit einem Auslaßdurchmesser do=20 mm wurde Stahlschmelze aus einem Zwischenbehälter zugeführt, in welchem die Schmelzenhöhe auf 700 nu gehalten wurde. Die Stahlschmelze wurde dabei in einer Massendurchsatzmenge von etwa 490 kg/min auf das Zentrun der rotierenden Drehscheibe aufgegeben. Die Betriebsbedingungen waren folgende: Zusammensetzung der Stahlschmelze: 1,0% Kohlenstoff (C), 1,0% Silizium (Si), 1,0% Mangan (Mn), 0,03% Phosphor (P), 0,02% Schwefel (S), 0,008% Sauerstoff (0), 0,158 Kupfer (Cu) Temperatur der Stahlschmelze: 1500oC Dichte der Stahlschmelze: 7,0 g/cm3 Kinematische Viskosität der Stahlschmelze: 0,93x10 2cm2 /s Oberflächenspannung der Stahlschmelze: 1,176 Dyn/cm.
  • Die aus Schmelzsiliziumoxid bestehende Drehscheibe hatte den Aurbau nach Fig. 8.
  • Unter den angegebenen Bedingungen wurden mittels dreier verschiedener Drehscheibendurchmesser De, nämlich De=60mm, 120 mm und 170 mm, sphärische Stahlteilchen durch Behandlung des Stahlschmelzenstroms in einer Stickstoffatmosphäre hergestellt. Fig. 10 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Durchmesser der hergestellten Teilchen unter Angabe der Durchmesservariationsbereiche für jeden effektiven Scheibendurchmesser. Der Variations-bzw. Toleranzbereich der Teilchendurchmesser war beträchtlich enger als der zulässige Toleranzbereich für Stahlschrotgrößen gemäß der japanischen Industrienorm (JIS).
  • Diese Ergebnisse zeigen, daß durch geeignete Wahl von Durchmesser und Drehzahl der Drehscheibe sphärische Teilchen beliebiger Größen hergestellt werden können. Die Beziehung zwischen Drehzahl und Teilchendurchmesser gemäß Fig. 10 stimmte ziemlich gut mit dem Ergebnis der theoretischen Berechnungen überein.
  • Beispiel 2: Herstellung von sphärischen Teilchen und Fasern aus Flußmittelschmelze Der Antrieb der Rotoreinheit erfolgte auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1. Die Ausgangsleistung des Elektromotors für den Antrieb der Hydraulikölpumpe betrug jedoch nur 10 kW. Der Drehzahl-Regelbereich war dagegen mit o bis 30000 U/min beträchtlich weiter als im Fall von Beispiel 1. Es wurde eine Leitung aus Graphit mit einem Auslaßöffnungsdurchmesserdo=l0 mm verwendet, und ein geschmolzenes Flußmittel der nachstehend angegebenen Zusammensetzung wurde zur Herstellung von sowohl sphärischen Teilchen als auch Fasern auf eine Graphitscheibe mit der Konstruktion gemäß Fig. 9 aufgegeben.
  • Zusammensetzung der Flußmittelschmelze: 41,2% Siliziumdioxid <SiO2), 4,08 Aluminiumoxid (Al203), 1,98 Eisenoxid (Fe2O3), 26,5% Kalziumoxid (CaO), 0,7% Magnesiumoxid (MgO), 7,2% Natriumoxid (Na2O), 11,4% Natriumfluorid (NaF), 7,4% Aluminiumfluorid (AlF3).
  • Dichte der Flußmittelschmelze: 2,7 g/cm3.
  • Bei Erwärmung auf hohe Temperatur zur Verringerung der kinematischen Viskosität erstarrte die Flußmittelschmelze in Form von sphärischen Teilchen, während bei niedrigerer Temperatur zur Erhöhung der kinematischen Viskosität die Flußmittelschmelze in Form von Fasern erstarrte. Die temperaturabhängige Änderung der Oberflächenspannung bei der angegebenen Silikatschmelze war vernachlässigbar klein. Sphärische Teilchen und Fasern wurden mittels einer Drehscheibe mit einem effektiven Durchmesser De=90 mm bei verschiedenen Drehzahlen hergestellt. Fig. 11a und 11b zeigen die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Durchmesser der hergestellten sphärischen Teilchen bzw. Fasern unter zusätzlicher Angabe des Durchmessertoleranzbereichs der Produkte. Die Betriebsbedingungen waren folgende: Herstellung sphärischer Teilchen: Schmelzentemperatur 1 250"C Massendurchsatzmenge der Schmelze 6 kg/min kinematische Viskosität der Schmelze 0,74 cm2/s Oberflächenspannung der Schmelze 510 Dyn/cm Herstellung von Fasern: Schmelzentemperatur 1 1500C Massendurchsatzmenge der Schmelze 2 kg/min kinematische Viskosität der Schmelze 1,2 cm /s Oberflächenspannung der Schmelze 510 Dyn/cm Die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Durchmesser der sphärischen T,eilchen bzw. Fasern gemäß Fig. 11 stimmte gut mit dem Ergebnis der theoretischen Berechnung überein, wobei der Größentoleranzbereich sehr klein war. Die hergestellten Fasern waren sämtlich länger als 500 mm.
  • Beispiel 3: Herstellung von sphärischen Teilchen und Fasern aus Hochofenschlacke Sphärische Teilchen und Fasern aus Hochofenschlacke wurden unter Anwendung desselben Verfahrens und derselben Vorrichtung wie in Beispiel 2, jedoch unter den folgenden Bedingungen hergestellt: Zusammensetzung der Hochofenschlacke: 35,5% Siliziumdioxid (SiO2), 10,2% Aluminiumoxid (Al203), 1,8% Eisenoxid (FeO), 45,3% Kalziumoxid (ao), 7,28 Magnesiumoxid (MgO) Dichte der Hochofenschlacke: 2,65 g/cm3 Herstellung sphärischer Teilchen: Schmelzentemperatur 1 5500C Massendurchsatzmenge der Schmelze 5,5 kg/min kinematische Viskosität der 2 Schmelze 0,85 cm /5 Oberflächenspannung der Schmelze 520 Dyn/cm Herstellung von Fasern: Schmelzentemperatur 1 4500C Massendurchsatzmenge der Schmelze 1,5 kg/min kinematische Viskosität der 2 Schmelze 1,5 cm²/s Oberflächenspannung der Schmelze 520 Dyn/cm Die Fig. 12a und 12b veranschaulichen die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Durchmesser der sphärischen Teilchen bzw. der Fasern unter Angabe der Durchmesservariations-bzw. Toleranzbereiche.
  • Obgleich die Erfindung vorstehend in verschiedenen Ausführungabeispielen und Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Abwandlungen und Änderungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.
  • Leerseite

Claims (19)

  1. PatentansprUche 1. Verfahren zur Herstellung von insbesondere sphärischen Teilchen oder Fasern mit speziell festgelegten Abmessungen aus einer Schmelze, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Schmelze über eine an der Unterseite eines Zwischenbehälters befestigte Leitung mit einer vorbestimmten Durchsatzmenge auf eine rotierende Drehscheibe aufgegeben wird, daß zumindest im Bereich des Umfangs der Drehscheibe ein Dünnschicht- oder -filmstrom der Schmelze mit vorbestimmter-Dicke gebildet wird, wobei. detn Dünnschichtstrom durch entsprechende Wahl des Durchmessers und der. Drehzahl der Drehscheibe unter Berücksichtigung der kinematischen Viskositat der Schmelze über seine Gesamtdicke hinweg sowohl eine tangentiale als auch eine radiale Geschwindigkeitskomponente erteilt wird, daß der Dünnschichtstrom vom Umfang der Drehscheibe aus in einem Raum abgeschleudert wird, wobei sich der Dünnschichtstrom unter Verlust der tangentialen Geschwilzdigkeitskomponente und unter der zusätzlichen Wirkung der Oberflächenspannung in freie, lineare Ströme bzw.
    Strahlen eines festen Radius auftrennt, und daß diese linearen Strahlen unter Bildung von Fasern mit einem speziell festgelegten Durchmesser oder unter Bildung sphärischer Teilchen eines bestimmten Radius durch Aufbrechen der linearen Strahlen aufgrund der Verringerung der Raumbewegungsgeschwindigkeit und aufgrund der Wirkung der Oberflächen spannung zum Erstarren gebracht werden, so daß sphärische Teilchen eines bestimmten Durchmessers entstehen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Schmelze auf das Zentrum der Drehscheibe über eine Leitung mit einem Auslaß eines Radius von r0 mm aufgegeben wird und daß der Leitungsauslaß so festgelegt ist, daß der Abstand ho zwischen dem Auslaß und der Drehscheibenoberfläche im Bereich von rO/2 bis (ru/2)+2 mm liegt.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung von sphärischen Teilchen einer speziell festgelegten Größe aus einer Schmelze, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schmelze über eine an der Unterseite eines Zwischenbehälters befestigte Leitung mit einer vorbestimmten Durchsatzmenge auf eine rotierende Drehscheibe aufgegeben wird, daß zumindest im Bereich des Umfangsrands der Drehscheibe ein Dünnschichtstrom der Schmelze mit vorbestimmter Dicke gebildet wird, wobei dem Dünnschichtstrom durch geeignete Wahl des Durchmessers und der Drehzahl der Drehscheibe unter Berücksichtigung der kinematischen Viskosität der Schmelze sowohl eine tangentiale als auch eine radiale Geschwindigkeitskomponente über die Gesamtdicke des Dünnschichtstroms hinweg verliehen wird, daß der Dünnschichtstrom vom Drehscheibenumfang in einen Raum abgeschleudert wird, wobei sich der Dünnschichtstrom unter Verlust der tangentialen Geschwindigkeitskomponente und unter der zusätzlichen Wirkung der OberflAchenspannung in freie, lineare Ströme bzw. Strahlen auftrennt, daß ein Gas mit atmosphärischem oder höherem Druck bei Raumtemperatur oder niedrigerer Temperatur entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der linearen Strahlen der Schmelze eingeblasen wird und daß nach dem Auftrennen bzw. Aufbrechen der freien linearen Strahlen zu sphärischen Tröpfchen eines festen Radius aufgrund der Verringerung der Raumbewegungsgeschwindigkeit und unter der zusätzlichen Wirkung der Oberflächenspannung die sphärischen Tröpfchen zum Erstarren gebracht werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Schmelze mit oder aus suspendierten metallischen oder nicht-metallischen Teilchen auf die Drehscheibe aufgegeben wird, um die Teilchen von der Schmelze zu trennen und sphärische Teilchen aus der Schmelze zu bilden.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung langer Fasern mit speziell festgelegtem Durchmesser aus einer Schmelze, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schmelze über eine an der Unterseite eines Zwischenbehälters befestigte Leitung mit einer vorbestimmten Durchsatzmenge auf eine rotierende Drehscheibe aufgegeben wird, daß zumindest im Umfangsrandbereich der Drehscheibe ein Dünnschichtstrom der Schmelze mit vorbestimmter Dicke gebildet wird, der über seine Gesamtdicke hinweg sowohl eine tangentiale als auch eine radiale Geschwindigkeitskomponente aufgrund geeigneter Wahl des Durchmessers und der Drehzahl der Drehscheibe unter Berücksichtigung der kinematischen Viskosität der Schmelze erhält, daß der Dünnschichtstrom vom Drehscheibenumfang in einen Raum abgeschleudert wird, wobei sich der Dünnschichtstrom unter Verlust der tangentialen Geschwindigkeitskomponente und unter der zusätzlichen Wirkung der Oberflächenspannung in freie, lineare Ströme bzw. Strahlen mit einem festen Radius auftrennt, daß ein Gas mit atmosphärischem oder niedrigerem Druck bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur gleichsinnig zur Bewegungsrichtung der linearen Schmelzenstrahlen eingeblasen wird und daß die linearen Schmelzenstrahlen zum Erstarren gebracht werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Schmelze auf das Zentrum der Drehscheibe über eine Leitung mit einem Auslaß eines Radius von r0 mm aufgegeben wird und daß der Leitungsauslaß so festgelegt ist, daß der Abstand h0 zwischen dem Auslaß und der Drehscheibenoberfläche im Bereich von rO/2 bis (ru/2)+2 mm liegt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schmelze eine kinematische Viskosität in der Größenordnung von 0,001 bis 10 cm2 /s besitzt.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis der Oberflächenspannung der Schmelze zu ihrer Dichte im Bereich von 40 is 400Dyn.cm²/g liegt.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Drehscheibe, auf welche die Schmelze aufgegeben wird, einen effektiven Durchmesser im Bereich von 50 bis 200 mm besitzt.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Drehscheibe mit einer Drehzahl von 3000 bis 30000 U/min angetrieben wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schmelze mit einer Ausströmgeschwindigkeit von 5 bis 500 cm/s auf die Drehscheibe aufgegeben wird.
  12. 12. Verfahren pach einem der Ansprüche 1, 3 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schmelze Uber eine Leitung mit einer Auslaßöffnung mit einem Radius von 3 bis 30 mm auf das Zentrum den Drehscheibe aufgegeben wird.
  13. 13. Vorrichtung zur Herstellung von insbesondere sphärischen Teilchen oder Fasern mit gleichmäßigen Abmessungen aus einer Schmelze, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Erstarrungskammer im wesentlichen zylindrischer Gestalt und mit vorbestimmtem Innenvolumen, durch einen an einem oberen Abschnitt der Kammer angeordneten Zwischenbehälter zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Staudrucks bzw. Füllstands der Schmelze, durch eine am Boden des Zwischenbehälters angebrachte Leitung mit einer Auslaßöffnung, durch eine aus feuerfestem Material bestehende Drehscheibe, die innerhalb der Erstarrungskammer mit einem festen Abstand von der Auslaßöffnung angeordnet ist, über welche die Schmelze auf die Drehscheibe aufgebbar ist, durch eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Drehscheibe, mit hoher Drehzahl und durch eine Vorrichtung mit einem Ringschlitz bzw. einer Ringöffnung zum Einblasen oder Absaugen von Gas in die bzw. aus der Erstarrungskammer in Höhe der Drehscheibe.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Vorrichtung zum Einblasen oder Absaugen von Gas innerhalb des Ringschlitzes bzw. der Ringöffnung eine Anzahl bewegbarer Leitplatten zur Einstellung der Strömungsrichtung von waagerechten Gasströmen aufweist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine die Drehscheibe aus feuerfestem Material enthaltende Rotoreinheit vorgesehen ist, bei welcher die Drehscheibe aus einem Block eines feuerfesten Materials, wie Siliciumoxid, Graphit, Siliciumkarbid, Siliziumnitrid, Zirkon, Schamotte, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid, besteht, daß die Unterseite dieses Blocks mit einer wärmeisolierenden Feuerziegel-bzw. Feuersteinschicht verbunden oder verspannt ist, an deren Bodenfläche sich eine Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial anschließt, daß der Block, die Feuerziegelschicht und die Matte in einen Halter aus einem warmfesten Stahl in Form eines Seitenrings und einer Bodenplatte eingesetzt sind, daß der Seitenring an seiner Innenfläche in regelmäßigen Abständen eine Anzahl von Vorsprüngen aufweist, daß der Block aus feuer festem Material in seiner Umfangsseitenfläche eine Anzahl von den genannten Vorsprüngen komplementären Nuten oder Ausnehmungen aufweist, wobei die Vorsprünge und Nuten beim Einsetzen des Blocks in den Halter ineinandergreifen, daß der Spalt zwischen dem Halter und dem Block mit einem form- bzw. gießbaren feuerfesten Material ausgefüllt ist und daß der Drehscheiben-Block, die Feuerziegelschicht und die Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial sowie der Halter zu einer Rotoreinheit zusammengesetzt sind.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Drehscheiben-Block einen Oberteil mit kurzer Zylinderform, einen kegelstumpfförmigen Mittelteil mit sanft abfallender Kegelfläche und einen kegelstumpfförmigen Unterteil mit steil abfallender Seitenwand aufweist, in welcher die Nuten bzw.
    Ausnehmungen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der kurze zylindrische Oberteil des Drehscheiben-Blocks eine Höhe von 1 bis 2 mm besitzt, daß die Kegelfläche des Mittelteils des Drehscheiben-Blocks unter einem Winkel von 12 bis 350 geneigt ist und daß die Neigung der Seitenwand des Unterteils dieses Blocks 60 bis 800 beträgt.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Drehscheiben-Block der Rotoreinheit ein zusammengesetzter bzw. Verbund-Block ist, der aue einem Mittelblock aus einem ausgewählten feuerfesten Material, einem umschließenden bzw. Außenblock aus Schmelzsiliciumoxid (Hartfeuerporzellan) und gegebenenfalls einer Bodenplatte aus einem neutralen feuerfesten Material besteht, daß der Mittelblock einen kurzen, zylindrischen Oberteil mit einer Höhe von 1 bis 2 mm besitzt, während sein unterer Abschnitt ein Zylinder mit regelmäßigem Rechteckquerschnitt ist, daß der umschließende bzw. Außenblock aus Schmelzsiliciumoxid eine Zentralbohrung mit einem dem Querschnitt des Unterteils des Mittelblocks komplementären Querschnitt aufweist, daß die Bodenplatte aus neutralem feuerfesten Material mit der Bodenfläche des Mittelblocks verbunden bzw. verspannt ist und daß der Verbundblock dadurch gebildet ist, daß der Mittelblock und die Bodenplatte aus neutralem feuerfesten Material in die Bohrung des Außenblocks aus Schmelzsiliciumoxid (Hartfeuerporzellan) eingesetzt sind.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e.k e n n -z e i c h n e t , daß die Bodenplatte des Halters von ihrer Unterseite um das Zentrum herum in regelmäßigen Abständen nach unten abstehende, kurze Schenkel bzw.
    Flansche aufweist, die an einer Nabe befestigt sind, welche zwischen sich und der Bodenplatte einen Zwischenraum vorbestimmter Abmessungen festlegt.
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