DE2936691C2

DE2936691C2 - Vorrichtung zur Erzeugung sphärischer Teilchen oder Fasern

Info

Publication number: DE2936691C2
Application number: DE19792936691
Authority: DE
Inventors: Shigeki Tokai Aichi Kobayashi; Setsuo Chigasaki Kanagawa Ueda; Tokuyoshi Nagoya Aichi Yamada; Takashi Aichi Yasuda
Original assignee: Sato Technical Research Laboratories Ltd
Current assignee: Sato Technical Research Laboratories Ltd
Priority date: 1979-09-11
Filing date: 1979-09-11
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE2936691A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung sphärischer Teilchen oder Fasern mit einem analytisch vorbestimmten Durchmesser aus einer Schmelze.

Für die Herstellung von etwa sphärischen Teilchen oder Fasern mit rundem Querschnitt durch Aufbringen finer Schmelze auf die Oberfläche eines rotierenden Körpers sind bereits zahlreiche Vorrichtungen vorgeschlagen worden. Die meisten bisherigen Vorrichtungen können dabei je nach der Schmclzenart in zwei Kategorien eingeteilt werden, nämlich einmal bezüglich der Herstellung sphärischer oder kugelförmiger Teilchen und zum anderen bezüglich der Herstellung von Fasern aus leicht verglasbarcn. nicht-metallischen Schmelzen.

I-!in Beispiel.für diese bisherigen Vorrichtungen findet sich in der IIS-PS JbW) 544, die sich auf ein Verführen und eine Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigen Teilchen (Schrot) aus Ferrolegierungen bezieht. Dabei wird eine Drehtrommel mit einer nach unten konvexen Hodenfläche um eine zentrale öffnung herum und einem rotierenden Prallstock 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.

Diese bekannte Vorrichtung ist mit dem Nachteil behaftet daß innere Flüssigkeitsreibung 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 einer verbesserten Vorrichtung zur Erzeugung von speziell sphärischen Teilchen oder Fasern runden Querschnitts aus Schmelzen, Schlacken oder Flußmitteln unter Gewährleistung gleichmäßiger Form und Abmessungen der Teilchen bzw. Fasern.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Erzeugung sphärischer Teilchen oder Fasern mit einem analytisch vorbestimmten Durchmesser aus einer Schmelze erfindungsgemäß gelöst durch eine Erstarrungskammer von im wesentlichen zylindrischer Form, durch einen am oberen Abschnitt der Kammer angeordneten Zwischenbehälter zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Staudrucks der Schmelze in diesem, durch eine in den Boden des Zwischenbehältcrs eingepaßte Leitung mit einer Auslaßöffnung, durch eine eine flache feuerfeste Oberfläche aufweisende Drehscheibe mit einem Durchmesser zwischen 50 und 200 mm, die innerhalb der Kammer in einem festen Abstand k, von der Auslußöffnung der Leitung angeordnet ist, über die die Schmelze der Drehscheibe zuführbar ist. wobei die Leitung eine äußere Öffnung mit einem Radius r» von 3— 30 mm besitzt und wobei der Abstand /in im Bereich von— bis — + 2 mm gehalten ist, durch eine Antriebseinrichtung

zum Drehen der Drehscheibe mit hoher Drehgeschwindigkeit im Bereich von 3000 bis 30 000 I J/niin und durch eine Vorrichtung mit einer Ringöffnung zum Eingeben oder Abnehmen eines Gases in die bzw. von der Kammer in Höhe der Drehscheibe zur Bildung von Gasströmen in Richtung oder entgegengesetzt der Richtung von auf der Drehscheibe geformten linearen Strömen.

Gemäb einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Anzahl von bewegbaren Lcitplattcn zum Zuführen und Abführen eines Gases vorgesehen, die innerhalb der Ringöffnung zur Bestimmung der Richtung von horizontalen Gasströmen angeordnet sind.

Vorzugsweise sind eine eine flache feuerfeste Oberfläche aufweisende Drehscheibe enthaltende Rotorcinheit aus einem Block eines feuerfesten Materials aus der Gruppe Siliziumoxid, Graphit, Sili/.iunikurbiü, Sili/.iumnitrid. Zirkon. Schamotte, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid vorgesehen, die Unierscite dieses Blocks mit einer wärmeisolicrendcn Fcucrzicgcl- bzw. Feuersteinschicht verbunden, an deren Bodenfläche sich eine Matte aus wärmeisolicrendcm Fasermatcrial anschließt, der Block, die Fcuerziegclschichi und die Matte in einen Halter aus einem wärmebeständigem Material in Form eines Seitenrings und einer Bodenplatte eingesetzt, wobei der Seitenring eine Innenwand mit einer Anzahl von in regelmäßigen Abständen darauf angeordneten Vorsprünges; und der Block aus feuerfestem Material in einer Umfangsseitenfläche eine Anzahl von den ge-

ϊ nannten Vorsprüngen komplementären Ausnehmungen aufweisen und wobei die Vorsprünge und Ausnehmungen beim Einsetzen des Blocks in den Halter ineinandergreifen sowie der Raum zwischen dem Halter und dem Block in einem feuerfesten Material ausgefüllt ist. und

in schließlich der Drehscheibenblock, die Feuerziegelschicht, die Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial sowie der Halter eine Rotoreinheit umfassen.

Hierbei weist in geeigneter Weise der Drehscheibenblock einen Oberteil mit Zylinderform, einen kegelstumpfförmigen Mittelteil mit abfallender Kegelfläche und einen kegelsiumpfförmigen Unterteil mit abfallender Seitenwand auf, in welcher die Ausnehmungen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.

Weiterhin können der zylindrische Oberteil des Drehscheiberiblocks eine Höhe von 1 —2 mm besitzen, die Kugelfläche des Mittelteils des Dr;*'Scheibenblocks unter einem Winkel von 12—33° geneigt sein und die Neigung der Seitenwand des Unterteils dieses Blocks 60—80^u in bezug auf die Bodenfläche des Block-J betragen.

Naui einer weiteren vorzugsweisen Ausbildung ist der Drehscheibenblock der Rotoreinheit ein Verbundblock, der aus einem Mittelblock mit einem polygonaler. Querschnitt aus einem ausgewählten feuerfesten Mate-

jo rial, einem umschließenden Außenblock aus Schmelzsiliziumoxid (Hartfeuerporzellan) und einer Bodenplatte aus einem neutralen feuerfesten Material besteht, besitzt der Mittelblock einen zylindrischen Oberteil mit einer Höhe von 1—2 mm. während sein unterer Abschnitt ein Zylinder mit regelmäßigem Rechteckquerschnitt ist, weist der umschließende bzw. Außenblock aus Schmclzsiliziumoxid eine Zentralbohrung mit einem dem Querschnitt des Unterteils des Mit'elblocks gleichen Querschnitt auf und stellt dabei eine Aufnahme-

4» vorrichtung für den unteren Abschnitt des Zylinders d;·--. ist die Bodenplatte aus neutralem feuerfesten Material an der Bodenfläche des Mittelblocks befestigt und ist der Verbundblock dadurch gebildet, daß der Mittelblock und die Bodenplatte aus neutralem feuerfesten Material in die Bohrung des Außcnblocks aus Schmelzsiliziumoxid (Harifcuerporzellan) eingesetzt sind.

Schließlich weist die Halteplatte des Halters auf vorteilhafte Art von ihrer Unterseite um deren Zentrum herum in regelmäßigen Abständen nach unten abstehcnde, kurze Flansche auf. die an einer Nabe befestigt sind und zwischen der Nabe und der Halteplatte einen Zwischenraum festlegen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Gründung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. IA und IB einen schematischen lotrechten Schnitt bzw. eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Erzeugung sphärischer Teilchen;

Fig. 2 eine sciiematische Schnittansicht einer Vor-

w) richtung zjr Herstellung von Fasern;

F i g. 3 einen lotrechten Schnitt durch eine Drehscheibe:

Fig. 4Λ und 4B eine Aufsicht bzw. eine lotrechte Schnittansicht der Drehscheibe nach F i g. 3; und

bj Fig. 5Λ und 5B den Fig.4A und 4B ähnelnde Darstellungen einer anderen Ausführungsform der Drehscheibe.

In den Figuren, in denen einander entsprechende Tei-

le mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, sind eine Leitung I, eine Drehscheibe 2. ein dünner Schmelzenstrom 3, lineare Schmcl/.c-Struhlen 4, sphärische Tropfen 5, ein Zwischenbehälter 6. eine Gasringleitung 7, eine Leitplatte 8, ein Ringschlitz 9. ein Gestängemechanismus 10, ein Scheibenblock Il aus Schnielzsiliziumoxid oder Graphit, ein Miticlblock II.) aus einem speziellen Feuerfestmatcrial. ein umschließender Außenblock 116 aus Schmelzsiliziumoxid, in der Seitenwandfläche eines der Blöcke vorgesehene Nuten lic, ein Seitenring 12 eines Halters, ein Vorsprung 12;/ an der Innenfläche des Scilcnrings, eine !ladeplatte 13 des Halters, von der Bodenplatte nach unten abgehende kurze Flansche 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-Gehäusc 20 und ein Antriebsmechanismus 21 darstellt.

Bei der Erzeugung von sphärischen Teilchen ist es möglich, deren Bildung zu beschleunigen, die Fascrbildung zu verhindern und die Strecke der freien Raumbewegung zu verkürzen, indem ein Gas mit atmosphärischem oder höherem Druck sowie mit Raumtemperatur oder niedriger Temperatur entgegengesetzt zu den vom Scheibenumfang herabgcschleudertcn linearen Strahlen eingeblasen wird. Fig. 1 veranschaulicht eine Vorrichtung für eine derartige Gaseinblasiing. Das über die Gasringleitung 7 zugeführte Gas wird über den Ringschlitz 9 mit einer Anzahl von Lcitplattcn 8 zur Strömungsrichiungssteucrung cingeblascn. so daß waagerechte Gasströme gebildet werden, die entgegengesetzt zur waagerechten Bewegungsbahn der linearen Sirahlen strömen. Die verschiedenen Leilplatten 8 sind dabei mittels des Gestängemechanismus 10 so miteinander verbunden, daß ihre die Gaseinblasrichtung beeinflussenden Änsteiiwinkci gleichzeitig cinsteiibar sind.

Beim Betrieb der Vorrichtung zur Herstellung langer Fasern mit speziell festgelegtem Durchmesser aus einer Schmelze wird die Schmelze über die an der Unterseile des Zwischenbehälters 6 befestigte Leitung 1 mit einer vorbestimmten Durchsatzmenge auf die rotierende Drehscheibe 2 aufgegeben und zumindest im Umfangsrandbereich der Drehscheibe 2 ein Dünnsehichistrom der Schmelze mit vorbestimmter Dicke gebildet, der über seine Gesamtdicke hinweg sowohl eine tangential als auch eine radiale Geschwindigkeiiskomponenie aufgrund geeigneter Wahl des Durchmessers und der Drehzahl der Drehscheibe 2 unter Berücksichtigung der kinematischen Viskosität der Schmelze erhält. Der Dünnschichtstrom wird vom Drehscheibcnumfang in einen Raum abgeschleudert, wobei er sich unter Verlust der tangentialen Geschwindigkeitskomponente und unter der zusätzlichen Wirkung der Oberflächenspannung in freie, lineare Ströme bzw. Strahlen mil einem festen Radius auftrennt. Ein Gas mit atmosphärischem oder niedrigerem Druck wird bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur gleichsinnig zur Bewegungsrichtung der linearen Schmelzenstrahlen eingcblasen. Hierbei werden die linearen Schmelzcnstrahlcn zum Erstarren gebracht.

Beispielsweise neigen die Schmelzen bestimmter SiIikatflußmittel und basischer Hochofenschlacken 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 laufgeschwindigkeit in der Atmosphäre von Raumtemperatur zutrifft. Mit den gleichsinnig zur Bewegung der linearen Schmclzensirahlen gerichteten Giisströmen können eine Tröpfchenbildung effektiv unterdrückt und ein Verwirren von Fasern verhindert werden, so daß längere Fasern herstellbar sind.

I' i g. 2 zeigt ein Beispiel für eine mit gleichsinnig gerichteten Gasströmen arbeitende Vorrichtung, bei welcher das Gas gegenüber der Vorrichtung nach F i g. I in in entgegengesetzter Richtung strömt. Gemäß F i g. 2 wird das Gas in l'orni waagerechter Gasströme gleichsinnig zu den linearen Sehmelzcnströnien über den Ringschliiz 9 angesaugt, in welchem zahlreiche der Leitplaiten 8 angeordnet sind, wobei das so angesaugte Gas über die Gasringlcitung 7 abströmt. Dabei können größere Abweichungen der Gasströmungsrichtung von der Richtung der linearen Schmelzcnstrahlcn zu einem unvorteilhaften Abbrechen von Fasern führen. Aus diesem Grund wird die (jasslrömungsrichtung durch die Leitplatten 8 gesteuert.

Wenn der Radius des Lcitungsauslasscs zum Aufgeben der Schmelze auf das Zentrum der Drehscheibe 2 mit r„ und der Abstand zwischen der Drehscheibe und diesem Auslaß mit h» bezeichnet werden, sollte dieser Abstand /in. ebenso wie beim vorher beschriebenen Verfahren zur Herstellung sphärischer Teilchen, vorzugsweise im Bereich von rJ2 bisf/o/2) + 2 mm liegen.

Ks wurden Versuche sowohl mit niedrigviskosen Siröinungsmiitcln, wie Wasser, wäßriger Glyzcrinlö-M) sung, verschiedenen Metallschmelzen usw., als auch mit hochviskosen Strömungsmitteln, wie metallurgischen Schlacken, synthetischen Flußmitteln usw., unter Verwendung von Drehscheiben mit Radien von 25 bis 150 mm durchgeführt, wobei diese Drehscheiben mit V, Drehzahlen im Bereich von 3000 bis 30 000 U/min angetrieben wurden. Im Hinblick auf die Ergebnisse dieser Versuche werden wesentlich höhere Drehzahlen der Drehscheibe als bei den bisherigen Vorrichtungen angewandt. Infolge dieser höheren Drehzahlen können größere Schmelzemengcn auch mittels Drehscheiben mit vergleichsweise kleinem Radius behandelt werden.

Bei der Behandlung oder Verarbeitung von Hochtcmperaturschmcl/.en mittels einer Drehscheibe ist letztere nicht nur einer großen Fliehkraft, sondern auch hohen Temperaluren ausgesetzt. In der Anfangs- und Endphasc der Behandlung treten unter der schnellen Erwärmung und Abkühlung der Scheibcnobcrflächc außerdem Wärmcspanniingen auf. Metalle und Legierungen mit hohem Wärmeleitvermögen und hoher Verformbarkeit werden durch diese Wärmebclast-ngen kaum bis zur Rißbildung beansprucht. Aber selbst bei warmfetten Stählen nimmt deren Standfestigkeit bei Temperaluren von über600"C.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 Lang/eiibctrieb eignen. Auch die sogenannten »Supcrlegicrungen« besitzen zulässige Temperaturgrenzwerie von unter 800"C. Für die Verarbeitung großer Schmclw) zenmengen müssen daher Feuerfest- oder Kcramikmaterialien für die Drehscheibe benutzt werden. Basische Feuerzicgel und Fcucrtonziegel. wie Magnesit- und Schamotte-Ziegel, besitzen jedoch niedrige Erweichungstemperaturen und große WärmedchRungskocffi- h^r, zicnlen. so daö sie den zu erwartenden Anforderungen bezüglich Fliehkraft und Wärmeschockbeanspruchungen nicht zu genügen vermögen. .Schmelzsiliziumoxidbzw. Hartfeucrporzellan- und Graphitblöcke besitzen

andererseits sehr kleine WürmcdchnungskoeffizienicM bei ziemlich hoher Hochlemperalurfesiigkcil und ausgezeichneter Wärmcspannungsbeständigkeii. Die Zugfestigkeit dieser hucrfestcn Steine ist allerdings im Vergleich zu ihrer Druckfestigkeit sehr gering, so dall diese Steine kaum für Drehung mit hoher Drehzahl geeignet sind, bei welcher große Zentrifugal-Zugkräfte auftreten. Aufy^r\:nd dieser Schwierigkeiten sind die meisten Vorrichtungen lediglich auf die Verarbeitung kleiner Schmelzenmengen bei Drehzahlen von unter 30(X) U/ min beschränkt.

Auf der Grundlage der genannten Probleme der thermischen Beanspruchungen aufgrund der schnellen Krwärmung mil Abkühlung der Scheibcnoberflache sowie der Flichkraftspannungcn bei hoher Drehzahl der Drehscheibe wurde eine zweckmäßige Roloreinhcil entwickelt, deren Scheibcnoberflache den erforderlichen Radius besitzt und bei welcher die Hochtemperaiiirfrstigkpiicn der Werkstoffe genügende Berücksichtigung finden. Diese Konstruktion umfaßt, kurz gesagt, eine einheitliche Anordnung aus zusammengesetzten Blöcken aus feuerfestem Material und einem I luller aus warmfestem Stahl.

Die vorliegende Rotorcinhcit besitzt eine Scheibenoberfläche mit einem ausgewählten Feucrfestmaterial. welches hohen Drehzahlen bei hohen Temperaturen zu widerstehen vermag. Die Konstruktionsprinzipien einer solchen Rotoreinheit sind in Fig.3 veranschaulicht, während Fig.4 und 5 abgewandelte Ausführungsformen dieser Rotoreinheit zeigen. Gemäß F i g. 3 besitzt der jcheibenförmige Block 11 aus Schmclzsiliziumoxid (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 λ von 12 bis 35° sanft abfallenden Kcgelflächen sowie einen kegelstumpfförmigen Unterteil mit unter einem Neigungswinkel β von 60 bis 80" steil abfallender Seitenwand. Die auf die Oberfläche der Scheibe mit dem Radius R übertragene Hitze verteilt sich dabei über die in Fig. 3 durch Pfeile angedeuteten Strömungslinien, wobei ein großer Teil der Wärme an der sanft geneigten Kcgclflächc des Mittelteils an die Atmosphäre abgegeben wird, während nur ein kleiner Wärmemengenanteil den Scitenring 12 und die Halteplatte 13 eines Halters aus warmfesten Stahl erreicht. Der Mittelteil des Scheibenblocks verhindert somit effektiv einen Temperaturanstieg des Stahlhalters. Feuerfcstmaterialicn 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 Temperaturfestigkeii unter allen industriellen Feuerfestmatcrialicn 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 dem Seitenring 12 mit ausreichend großer Wanddicke und der Halteplatte 13 besteht (vgl. F i g. 3). 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 gewährleisten. Durch die steil geneigte Seilcnwandflächc des in den Seilenring 12 eingesetzten, kgelstumpfförmigen Bodenteils kann

■s wirksam das Ausbrechen des Scheibenblocks 11 aus dem Halter aufgrund einer Aufschwebetendenz dieses Blocks bei hoher Drehzahl verhindert werden. Weiterhin können gemäß den F i g. 4 und 5 mehrere Rillen oder Nuten Hein regelmäßigen Absländen in der Umfangswand des Unterteils vorgesehen sein. Der Seitenring 12 weist dabei η η seiner Innenfläche eine Anzahl von diesen Nuten lic· komplementären Vorsprüngen 12a auf. Durch den lüngriff /wischen den Nuten Uc und den Vorsprüngen 12;/ wird ein »Wandern« des Hallers gegenübcr dem eingeseiztcn .Scheibenblock verhindert. Die zylindrische Seitenwand des I bis 2 mm hohen Zylinders an der Oberseite des Scheibcnblocks 11 ist erforderlich, damit der Dünnschichisirom mit Grenzschicht der Schmelze mit genau festgelegter Dicke vom Schei-

2i) benumfang wejgeschlcudert wird, um eine vollständige Ablösung der Grenzschicht an der Unifangsfläche der Scheibe zu gewährleisten.

Das Feucrfestmaterial für den .Scheibenblock wird im Hinblick auf die Schmelztemperatur, Benetzbarkeil seincr Oberfläche mit der Schmelze und Erosionsbesländigkeit gegenüber der Schmelze aus Siliziumoxid. Graphit, Siliziumkarbid, Sili/iumnitrid, Zirkon, Schamotte, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und dergleichen gewählt.

ju Zur wirksameren Verhinderung eines Temperaturanstiegs des Seitenrings 12 und der Halteplatte 13 des Halters sind bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 und 5 weiterhin eine wärmcisolicrende Feuerziegelschicht 16. die mit der Bodenfläche des Scheibenblocks

j5 verbunden, beispielsweise verspannt ist, und eine Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial 17 vorgesehen, die ihrerseits an der Unterseite der Feuerzeigelschicht 16 befestigt, beispielsweise mit dieser verspannt ist. Der Spalt zwischen Seitenring 12 und Block 11 ist mit einem form- bzw. gießbaren Feucrfcsimaterial 18 ausgefüllt, so daü die genannten Teile einheitlich i\x einer Rotorcinhcit zusammengesetzt sind.

Das industrielle Fcuerfesimaterial mit einer mit Schmclzsiliziumoxid vergleichbaren Hochtempcraiurbeständigkeil und Wärmespannungsfestigkeit ist Graphit, das jedoch ein hohes Wärmeleitvermögen besitzt. Wenn ein nur aus Graphit bestehender Scheibenblock in Form gemäß F i g. 4 verwendet wird, besteht für den Seitenring 12 eine Überhitzungsgefahr. Die entsprechenden Warmfestigkeitseigenschaften anderer Feuerfcstmaterialicn 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.4 verwendet werden. Daher sollte zwangsläufig anstelle des Scheibenblocks 11 der Verbundblock gemäß F i g. 5 angewandt werden, der aus einem Mittelblock 11a aus einem ausgewählten Feuerfestmaterial, außer Schmelzsiliziumoxid, einem um-

bO schließenden Außcnblock aus Schmelzsiliziumoxid 110 und einer Bodenplatte 19 aus einem neutralen Feuerfestmaterial besteht. Die genannten Teile 11a. Wb und 19 werden zu einem Verbundblock mit der Form des Scheibenblocks gemäß Fig.3 und 4 zusammengesetzt.

b5 Der Mittelblock Ua weist dabei einen kurzen, zylindrischen Ansatz mit einer Höhe von 1 bis 2 mm auf, während sein Unterteil einen Zylinder mit regelmäßigem (Mchreck-JQuerschnitt bildet, dessen Querschnittsflä-

Ta

ehe kleiner ist als diejenige des zylindrischen Oberteils. Der umschließende Block Hb aus Schmclzsiliziumoxid besitzt eine Zentralbohrung mit einem dem Unterteil des Mittelblocks 11a angepaßten Querschnitt.

Die Bodenplatte 19 aus neutralem Fcuerfcstmaicrial ^r, ist mit der Unterseite des Mittelblocks 11.7 verbunden, z. B. verspannt. Der Verbundblock wird durch Einsetzen des Mittelblocks Ua und der Bodenplatte 19 in die Bohrung des umgebenden AuBenblocks Hb gebildet. Gemäß F i g. 5 wird dieser Verbundblock in einen aus dem Seitenring 12 und der Haltcplattc 13 bestehenden Halter aus warmfeslcm Stahl zusammen mit der wärmeisolierenden Feuerziegclschicht 16 und der Matte aus wärmeisolierendem Fasermaterial 17 eingesetzt und durch Einfüllen des form- oder gießbaren Fcuerfcstmalcrials ι > 18, wie bei der Rotoreinheit mit dem cinslückigen Seheibenblock. festgelegt.

Gemäß den F i g. 3 bis 5 stehen von der Haltcplatic 13 des Halters die Flansche i4 in regelmäßigen Absiünücn von der Unterseite nach unten ab. Diese Flansche 14 sind an der Nabe 15 befestigt und legen einen Spalt vorbestimmter Größe zur Halteplattc 13 fest. Bei der Scheibendrehung entsteht durch diesen Spalt eine turbulente Gasströmung, durch welche ein übermäßiger Temperaturanstieg an Halteplatle 13 und Nabe 15 cf- 2ί fektiv verhindert wird. Außerdem ist die Nabe 15 mittels einer Keilverzahnung auf einer Welle montiert, so daß die Rotoreinheit schnell auswechselbar ist.

Versuche haben gezeigt, daß bei längerer Verarbeitung einer Stahlschmelze von 1600'C mittels einer Ro- jo toreinheit mit einem Scheibcnblock aus Schmelzsiliziumoxid und mit der Konstruktion gemäß I"ig.4 die Temperatur des Seitenringes 12 des Maliers unter 500°C und diejenige der Halteplallc 13 sogar unter 350⁰C bleibt. Auf diese Weise können lange Standzeiten ΐί des warmfesien Stahls und des Nebenniaierials gewährleistet werden.

Die beschriebene Vorrichtung ist auf verschiedenen Gebieten anwendbar. Insbesondere kann sie zur Erzeugung von Fasern für metallurgische Schlacken cingc- 4<i setzt werden, die erhebliche Mengen an Siliziumoxid enthalten, beispielsweise Hochofenschlacke von der Roheisengewinnung, Elektroofenschlacke und Kupolofenschlacke von der Graugußschmelzung; ebenso verwendbar sind bei dieser Vorrichtung 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 SiIi- ·> <> zium. und organische Substanzen, wie Kunstharz.

Die Vorrichtung zur Erzeugung sphärischer Teilchen verwendet folgende Ausgangsstoffe: Metallurgische Schlacken der obengenannten Art sowie Schlacke von basischen Sauerstoffkonvertern, elektromagnetisches ί"> Material, das zu Pulver zerkleinert werden muß. Eisen, Stahl. Nichteisenmetall und Legierungen davon, z. B. Kohlenstoffstahl, Spezialstahl. Grauguß. Aluminium. Kupfer, Magnesium und Zink; Ferrolegierungen, wie Ferromangan. Fcrrosilizium, Ferrochrom und Ferronikkel: und organische Substanzen, wie Kunstharz.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung sphärischer Teilchen oder Fasern mit einem analytisch vorbestimmten Durchmesser aus einer Schmelze, gekennzeichnet durch eine Erstarrungskammer (20) von im wesentlichen zylindrischer Form, durch einen am oberen Abschnitt der Kammer angeordneten Zwischenbehälter (6) zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Staudrucks der Schmelze in diesem, durch eine in den Boden des Zwischenbehälters (16) eingepaßte Leitung (1) mit einer Auslaßöffnung, durch eine eine flache feuerfeste Oberfläche aufweisende Drehscheibe (2) mit einem Durchmesser zwisehen 50 und 200 mm, die innerhalb der Hammer in einem festen Abstand /io von der Aulaliöffnung der Leitung (1) angeordnet ist. über die die Schmelze der Drehscheibe (2) zuführbar ist, wobei die Leitung (1) eine äußere Öffnung mit einem Radius r_n von 3 bis 30 mm besitzt und wobei der Abstand h._o im Bereich

von -&■ bis

+ 2 mm gehalten ist. durch eine Antriebseinrichtung (21) zum Drehen der Drehscheibe (2) mit hoher Drehgeschwindigkeit im Bereich von 3000 bis 30 000 U/min und durch eine Vorrichtung mit einer Ringöffnung (9) zum Eingeben oder Abnehmen eines Gases in die bzw. von der Kammer in Höhe der Drehscheibe (2) zur Bildung von Gasströmen in Richtung oder entgegengesetzt der Richtung jo von auf de<- Drehscheibe (2) geformten linearen Strömen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von bewegbaren Lcitplaiten (8) zum Zuführen und Abführen eines Gases vor- )■> gesehen ist, die innerhalb der Ringöffnung (9) zur Bestimmung der Richtung von horizontalen Gasströmen angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß eine eine flache feuerfeste Oberfläche aufweisende Drehscheibe (2) enthaltende Rotoreinheit aus einem Block (11) eines feuerfesten Materials aus der Gruppe Siliziumoxid, Graphit. Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Zirkon, Schamotte, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid vorgesehen ist, daß die Unterseite dieses Blocks (11) mit einer wärmeisolierenden Feuerziegelschicht (16) verbunden ist. an deren Bodenfläche sich eine Matte (17) aus wärmeisolierendem Fasermaterial anschließt, daß der Block (11), die Feuerziegelschicht (16) und die Malte (17) in so einen Halter aus einem wärmebeständigen Material in Form eines Seitenrings (12) und einer Halteplattc (13) eingesetzt sind, daß der Seitenring (12) eine Innenwand mit einer Anzahl von in regelmäßigen Abständen darauf angeordneten Vorsprüngen (\2a) v> aufweist, daß der Block (11) aus feuerfestem Material in einer Umfangsscitenfläche eine Anzahl von den genannten Vorsprüngen komplementären Ausnehmungen (Wc) aufweist, wobei die Vorsprünge (12;/^ und Ausnehmungen (1 Ic^beim Einsetzen des Blocks m> (II) in den Halter ineinandergreifen, daß der Raum /wischen dem Halter und dem Block (11) mit einem feuerfesten Material (18) ausgefüllt ist und daß der Drehscheiben-Block (H), die Feuer/.iegclschichi (16), die Matte (17) aus würmeisolicrendem Faser- tr> material sowie der Halter eine Rotoreinheit umfassen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehscheiben-Block (11) einen Oberteil mit Zylinderform, einen kegelstumpfförmigen Mittelteil mit abfallender Kegelflache und einen kegelstumpfförmigen Unterteil mit abfallender Seitenwand aufweist, in welcher die Ausnehmungen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Oberteil des Drehscheibenblocks (11) eine Höhe von 1 bis 2 mm besitzt, daß die Kegelflächc des Mittelteils des Drehscheibcnblocks (11) unter einem Winkel von 12 bis 33" geneigt ist, und daß die Neigung der Seitenwand des Unterteils dieses Blocks 60 bis 80° in bezug auf die Bodenfläche des Elocks beträgt.

fa. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehscheibenblock (11) der Rotoreinheit ein Verbundblock ist, der aus einem Mittelblock (Wa) mit einem polygonalen Querschnitt aus einem ausgewählten feuerfesten Material, einem umschließenden Außenblock (Wb) aus Schmelzsiliziumoxid (Hartfeuerporzellan) und einer Bodenplatte (19) aus einem neutralen feuerfesten Material besteht, daß der Mittelblock (Wa) einen zylindrischen Oberteil mit einer Höhe von 1 bis 2 mm besitzt, während sein unterer Abschnitt ein Zylinder mit regelmäßigem Rechteckquerschnitt ist, daß der umschließende Außenblei.k (Wb) eine Zentralbohrung mit einem dem Querschnitt des Unterteils des Mittelblocks (Wa) gleichen Querschnitt aufweist und eine Aufnahmevorrichtung für den unteren Abschnitt des Zylinders darstellt, daß die Bodenplatte (19) an der Bodenfläche des Mittelblocks (Wa) befestigt ist und daß der Verbundblock dadurch gebildet ist, daß der Mittclblock (II3J und die Bodenplatte (19) in die Bohrung des Außenblocks (11 ^eingesetzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltcplatte (13) des Halters von ihrer Unterseite um deren Zentrum herum in regelmäßigen Abständen nach unten abstehende, kurze flansche (14) aufweist, die an einer Nabe (15) befestigt sind und zwischen der Nabe und der Halteplaite (13) einen Zwischenraum festlegen.