DE3034677C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen sind durch die DE-OS 15 58 370 und die DE-OS 23 08 061 bekannt. Bei sämtlichen bekannten Vorrichtungen der angegebenen Gattung ist der Schmelzkammer mit der Schmelzvor­ richtung stets nur ein einziger Fallschacht zugeordnet. Die bekannten Vorrichtungen verursachen Schwierigkeiten, wenn mit ihnen unterschiedliche Pulver, insbesondere Metallpulver aus verschiedenen Metallen und/oder Legierungen hergestellt werden sollen, weil hierbei das Problem einer Verunreinigung nach­ folgender Chargen durch vorangegangene Chargen eine erheb­ liche Rolle spielt.

Dabei besteht die Gefahr einer gegenseitigen Verunreinigung weniger im schmelzflüssigen Zustand, also beispielsweise in der Schmelzvorrichtung, als vielmehr in demjenigen Vor­ richtungsteil, in dem das erstarrte Pulver gebildet wird. Als Schmelzvorrichtung wird im allgemeinen ein induktiv be­ heizbarer Tiegel mit Gießschnauze oder Bodenabstichöffnung verwendet, dessen keramische Ausmauerung ohnehin von Zeit zu Zeit erneuert werden muß. Dies gilt erst recht für die häufig verwendeten Zwischenbehälter, in die die Schmelzvor­ richtung zum Zwecke einer genauen Dosierung der Schmelze beim Zerstäubungsvorgang abgegossen wird. Es bietet sich also an, einen Chargenwechsel mit der Erneuerung der Ausmauerung der Schmelzvorrichtung und/oder mit einem Auswechseln des Zwischen­ behälters zu verbinden, so daß die Gefahr einer Verunreinigung schon aus diesem Grunde ausgeschaltet werden kann.

Im Gegensatz dazu haben die bekannten Fallschächte eine praktisch unbegrenzte Standzeit. Es hat sich gezeigt, daß die Reinigung derartiger Fallschächte, die bei einem Chargen­ wechsel unerläßlich wäre, ein praktisch unlösbares Problem ist. Stets bleiben im Fallschacht Pulverreste zurück, die in der nachfolgenden Charge, ja sogar in mehreren nachfolgenden Chargen zu punktuellen Verunreinigungen führen, welche die geforderten Werkstoffeigenschaften des aus dem Pulver ge­ bildeten Endproduktes ernsthaft in Frage stellen. Bei den bisher unternommenen Reinigungsversuchen stellte sich als Be­ gleiterscheinung stets eine Verunreinigung durch andere Stoffe ein, die durch das Reinigungspersonal in die Fallschächte eingeschleppt wurden. Man hat sich daher in der Vergangen­ heit so beholfen, daß für jeden Ausgangswerkstoff bzw. für jede Pulverqualität eine vollständige Zerstäubungsvor­ richtung angeschafft wurde. In der Regel konnte jede dieser Vorrichtungen jedoch nur zu einem Teil ausgenutzt werden, so daß die Wirtschaftlichkeit des Zerstäubungsverfahrens in Frage gestellt war. Die Verhältnisse sind dann besonders un­ günstig, wenn eine der Chargen nur einen Bruchteil der anderen Chargen ausmacht, da dann die betreffende Vorrichtung den größten Teil der Zeit außer Betrieb ist und dennoch er­ hebliches Kapital bindet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene Vorrichtung mit erträglichem Aufwand so abzu­ wandeln, daß nacheinander unterschiedliche Ausgangs­ materialien ohne gegenseitige Verunreinigung in Pulver umge­ wandelt werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung durch die im Kennzeichen des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung beruht auf der bereits oben beschriebenen Fest­ stellung, daß das Problem einer Verunreinigung auf der Seite der Schmelzvorrichtung mit geringem Aufwand lösbar ist, während dieses Problem auf der Vorrichtungsseite, in der die Erstarrung des Pulvers durchgeführt wird, praktisch un­ lösbar ist. Die Anordnung mindestens eines weiteren Fall­ schachtes an bzw. unterhalb der Schmelzkammer verteuert die Vorrichtung nur um einen Betrag, der dem Wert des Fall­ schachtes gegebenenfalls zuzüglich Zwischenbehälter und Zer­ stäubungsvorrichtung entspricht. Schmelzkammer und Schmelz­ vorrichtung können dabei für sämtliche Ausgangsstoffe ver­ wendet werden, und sind infolgedessen optimal auslastbar. Außerdem entsteht ein wesentlich geringerer Platzbedarf, da es sogar möglich ist, mehrere Fallschächte unterhalb der gleichen Schmelzkammer, d. h., in deren Projektionsfläche, auf eine horizontale Ebene, unterzubringen. Schließlich läßt sich auch der Aufwand für die für solche Vorrichtungen stets benötigten Vakuumpumpen, Umwälzpumpen etc. erheblich verringern, weil es beispielsweise möglich ist, sämtliche Fallschächte an die gleichen Vakuumpumpen anzuschließen, da ohnehin stets nur einer der Fallschächte betrieben wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann noch dadurch weiter vorteilhaft ausgestaltet werden, daß die zwischen der Schmelz­ vorrichtung und der Zerstäubungsvorrichtung vorgesehenen Zwischenbehälter in eigenen Zwischenkammern untergebracht sind, die zwischen der Schmelzkammer und jedem Fallschacht angeordnet und außer gegenüber der Atmosphäre auch gegen die Schmelzkammer gasdicht absperrbar sind. Bei durchgeführter Absperrung kann jede Zwischenkammer gewartet und beispiels­ weise mit einem neuen Zwischenbehälter versehen werden, während in der jeweils anderen Zwischenkammer, die mit der Schmelzkammer und dem zugehörigen Fallschacht verbunden ist, der betreffende Teil eines Pulverherstellprozesses durchge­ führt werden kann.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, die einzelnen Zwischen­ kammern zusätzlich auch gegenüber der Atmosphäre mit Schleusenkammern für das Auswechseln der Zwischenbehälter zu versehen. Dabei ist es durch eine spezielle relative Lage der Zwischenkammern zueinander weiterhin möglich, diesen mindestens eine gemeinsame Schleusenkammer zuzuordnen. Dies ist mit besonderem Vorteil dann möglich, wenn die Zwischen­ kammern an der Peripherie der Schmelzkammer angeordnet sind, wenn die Transportrichtungen der Zwischenbehälter beider Zwischenkammern beim Auswechseln horizontal und senkrecht zueinander ausgerichtet sind und wenn sich am Kreuzungspunkt "K" der beiden Transportrichtungen die gemeinsame Schleusen­ kammer befindet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes werden in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nach­ folgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer vollständigen Vor­ richtung anhand eines Vertikalschnittes entlang zweier Ebenen, die im rechten Winkel zueinander stehen, und deren Schnittlinie durch die Schmelzvor­ richtung verläuft,

Fig. 2 einen Teilausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, in dem zusätzlich eine Zwischenkammer mit ihren Hilfseinrichtungen dargestellt ist,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2 unmittelbar oberhalb der Schmelzvorrichtung und

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2 unmittelbar unterhalb der Zerstäubungsvor­ richtung.

In Fig. 1 ist eine Schmelzkammer 1 dargestellt, die aus einem als Bezugsplattform dienenden Boden 2, einem auf den Boden aufge­ setzten Unterteil 3 und einem Deckel 4 besteht, der mit dem Unterteil durch eine vakuumdichte Flanschverbindung 5 lösbar verbunden ist. Der Deckel 4 ist mittels einer nicht gezeigten Hydraulikvorrichtung anhebbar und mittels Rollen 6 auf Lauf­ schienen 7 verfahrbar, die sich senkrecht zur Zeichenebene (Fig. 1) erstrecken. Die Schmelzkammer 1 besitzt eine Haupt­ achse A, die gleichzeitig die Symmetrieachse der Schmelzkammer ist.

Koaxial zur Hauptachse A ist auf dem Deckel 4 eine Schleusen­ kammer 8 mit Schleusenventilen 9 und 10 angeordnet, die von der Seite her durch einen Chargierwagen 11 beschickbar ist. Der Chargierwagen trägt einen Metallblock 12, der in Metallpulver umgewandelt werden soll, und ist auf Schienen 13 in horizon­ taler Richtung verfahrbar, so daß der Metallblock 12 in die Schleusenkammer 8 eingebracht werden kann.

Unterhalb der Schleusenkammer 8, welche die Funktion einer Chargiervorrichtung hat, befindet sich - gleichfalls koaxial zur Hauptachse A - eine Schmelzvorrichtung 14, die als Kipp­ tiegel 15 ausgebildet ist. Der Kipptiegel 15 ist mit einer Induktionsspule 16 umgeben und besitzt eine Gießschnauze 17. An der Übergangsstelle der Gießschnauze 17 in den zylindrischen Teil des Kipptiegels 15 ist eine horizontale Schwenkachse an­ geordnet, mittels welcher der Kipptiegel in einem nicht näher dargestellten Drehgestell gelagert ist, welches häufig auch als "Stuhl" bezeichnet wird. Mittels dieses Drehgestells ist der Kipptiegel 15 um die senkrechte Hauptachse A um einen durch die Zuleitungen der Induktionsspule bedingten begrenzten Betrag drehbar, beispielsweise um einen Winkel von 90 Grad.

Gasdicht an den Boden 2 angesetzt sind zwei Fallschächte 18 und 19, von denen der linke Fallschacht 18 zur besseren Unter­ scheidung als erster Fallschacht und der rechte Fallschacht 19 als zweiter Fallschacht bezeichnet werden soll. Die Fall­ schächte 18 und 19 bestehen aus je einem zylindrischen Mittel­ teil mit einer Bauhöhe von mehreren Metern und konischen Endteilen 22 und 23 bzw. 24 und 25. Die Fallschächte sind identisch in der Ausführung und zum Zwecke einer Wasserkühlung doppelwandig ausgeführt. Die beiden Fallschächte besitzen senkrechte Haupt­ achsen B und C, die gleichzeitig die Symmetrieachsen der Fall­ schächte sind. Die Anordnung der Hauptachsen A, B und C ist dabei so getroffen, daß die Hauptachsen B und C der Fall­ schächte 18 und 19 in zwei zur Hauptachse A der Schmelz­ kammer 1 radialen Ebenen liegen, die einen Winkel von 90 Grad miteinander einschließen. Diese Ebenen sind gleich­ zeitig die Schnittebenen des Gegenstandes nach Fig. 1.

An den oberen Enden der Fallschächte 18 und 29 und koaxial zu den Hauptachsen B und C sind Zerstäubungsvorrichtungen 26 und 27 angeordnet, die im vorliegenden Fall als Ring­ schlitzdüsen zur Druckgaszerstäubung der Schmelze ausge­ bildet sind. Derartige Zerstäubungsvorrichtungen sind in mannigfachen Ausführungsformen Stand der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt.

Oberhalb der Zerstäubungsvorrichtungen 26 und 27 sind - wiederum koaxial zu den Hauptachsen B und C - Zwischenbehälter 28 und 29 angeordnet, die von in Fig. 1 nicht näher bezeichneten Heiz- und Isoliereinrichtungen umgeben sind und zur vorübergehenden Aufnahme und dosierten Abgabe der zu zerstäubenden Schmelze aus der Schmelzvorrichtung 14 dienen. Weitere Einzelheiten werden nachfolgend insbesondere anhand von Fig. 2 näher er­ läutert.

Am unteren Ende der Fallschächte 18 und 19 befindet sich je eine Austragsschleuse 30 und 31, an die - hier nicht ge­ zeigt - je ein Pulversammelbehälter ansetzbar ist. Die Fall­ schächte dienen zur Abkühlung der Schmelzenpartikel zu er­ starrtem Pulver während eines freien oder erzwungenen Falles, wobei die Fallschächte eine solche Bauhöhe haben, daß ein unbeabsichtigtes Zusammensintern der Pulverteilchen ver­ mieden wird. Der Abkühlungseffekt kann dadurch verbessert und die Bauhöhe der Fallschächte vermindert werden, daß ein vorzugsweise gekühltes Schutzgas im Innern der Fall­ schächte umgewälzt wird, bevorzugt in Gegenstromrichtung zu den Schmelzenpartikeln. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, den Schmelzenpartikeln durch gezielte Strömungs­ führung eine seitliche Komponente aufzuzwingen, so daß sich die Schmelzenpartikel entlang beispielsweise einer Wurfparabel bewegen. Der Ausdruck "Fallschacht" ist also keineswegs ausschließlich im Sinne einer überwiegend senkrechten Fallrichtung zu verstehen; vielmehr ist die Vorrichtung auch im Zusammenhang mit einer überwiegend horizontalen Flugbahn der Metallpartikel mit gleichem Vor­ teil anwendbar, wobei dann die horizontalen Abmessungen der Vorrichtung zugunsten der vertikalen Abmessungen ver­ größert werden.

In den Fig. 2 und 3 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist folgendes dargestellt: Zwischen der Schmelzkammer 1 und dem Fallschacht 19 (sinngemäß auch dem Fallschacht 18) sind Zwischenkammern 32 und 33 angeordnet, von denen in Fig. 2 jeweils nur die hintere (33) zu sehen ist. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, haben die Zwischenkammern 32 und 33 eine langgestreckte Form, wobei die senkrechten Begrenzungswände im wesentlichen durch eine Tangente und eine Sehne bzw. Sekante verlaufen.

Fig. 3 ist diesbezüglich etwa maßstäblich zu werten. Parallel zu diesen Tangenten bzw. Sehnen verlaufen auch die Transport­ richtungen der Zwischenbehälter 28 und 29 bei deren Aus­ wechseln. Die Transportrichtungen sind durch Pfeile 34 und 35 dargestellt. Es ist erkennbar, daß die Transportrichtungen senkrecht zueinander verlaufen und sich in einem Kreuzungs­ punkt "K" schneiden.

Gemäß Fig. 3 ist am Eingang einer jeden Zwischenkammer 32 bzw. 33 eine Schleusenkammer 36 bzw. 37 vorgesehen, die als Ein­ tragsschleuse dient. Die Ausgänge der beiden Zwischenkammern 32 und 33 stehen hingegen mit einer gemeinsamen Schleusen­ kammer 38 in Verbindung, in deren Mitte auch der Kreuzungs­ punkt "K" der beiden Transportwege liegt. Diese Anordnung ist deswegen möglich, weil sich die beiden Transportwege schneiden. Zu den einzelnen Schleusenkammern gehören Schleusen­ ventile 39. Da deren Funktion jedoch bekannt ist, werden sie nicht voneinander unterschieden. Es sei nur soviel gesagt, daß für einen Teil der Schleusenventile 39 sogenannte Ventil­ gehäuse 40 vorgesehen sind.

Fig. 2 ist noch zu entnehmen, daß der Zwischenbehälter 29 eine Bodenöffnung 41 besitzt und von einer Heizeinrichtung 42 umgeben ist, durch die eine für die Zerstäubung optimale Schmelzentemperatur erreichbar ist. Die Zwischenkammer 33 ist außer (wie in Fig. 3 dargestellt) gegenüber der Atmosphäre auch gegenüber der Schmelzkammer 1 gasdicht absperrbar. Dies geschieht mittels einer Ventilplatte 43, die eine in der oberen Begrenzungswand 44 der Zwischenkammer 33 liegende Öffnung verschließt. Beim Betrieb des Zwischenbehälters 29 wird die Ventilplatte 43 mittels eines nicht näher darge­ stellten Antriebs in ein Ventilgehäuse 45 geschwenkt, welches die Form eines flachen Zylinders aufweist, der am oberen Ende seitlich an die Zwischenkammer 33 angesetzt ist. Die Anordnung der Ventilgehäuse 45 ist insbesondere auch in Fig. 3 gut erkennbar.

In den Fig. 2 bzw. 3 ist ein Saugstutzen 46 für den Anschluß der Schmelzkammer 1 an einen Vakuumpumpsatz darge­ stellt. Für die Stromversorgung der Schmelzvorrichtung 14 dient eine Vakuumdurchführung 47, die über ein flexibles Kabel 48 zu der nicht besonders hervorgerufenen Induktions­ spule des Kipptiegels 15 führt. Der Kipptiegel 15 ist um eine horizontale Schwenkachse 49 in die in Fig. 2 ge­ strichelt dargestellte Position kippbar, in der sich die Gießschnauze 17 in einer Gießposition oberhalb des Zwischen­ behälters 29 befindet.

Fig. 3 ist wiederum zu entnehmen, daß der Kipptiegel 15 um die senkrechte Hauptachse A in der Weise drehbar ist, daß sich die Symmetrieebene der Gießschnauze 17 von der ausge­ zogen dargestellten Postion in die strichpunktiert dargestellte Position um einen Winkel von 90 Grad schwenken läßt. Die Symmetrieebene der Gießschnauze ist dabei in beiden End­ stellungen in eine Lage bringbar, in der sie mit denjenigen Ebenen zusammenfällt, die durch die Hauptachse A einerseits und die beiden Hauptachsen B und C andererseits verlaufen.

Das Kabel 48 nimmt nach einer entsprechenden Drehung des Kipptiegels 15 gleichfalls die strichpunktierte Lage 48 a ein.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 2 unterhalb der Schmelzkammer 1 und unmittelbar unter­ halb der Zerstäubungsvorrichtung 26 und 27. Die Schnittebene liegt in der Trennfuge von Flanschverbindungen 50 und 51, mit denen die konischen Endteile 22 und 23 der Fallschächte 18 und 19 mit der Unterseite der Zwischenkammern 32 und 33 verbunden sind. Die oberhalb dieser Schnittebene liegende Schmelzkammer 1 ist nur durch eine strichpunktierte Umriß­ linie 1 a angedeutet. Es ist erkennbar, daß auch die Flansch­ verbindungen 50 und 51 an der Peripherie der Schmelzkammer 1 angeordnet sind. Von den Fallschächten 18 und 19 führen Rohr­ leitungen 52 und 53 zu Zyklonabscheidern 54 und 55, und zwar ist - in Fortsetzung des Erfindungsgedankens - jedem Fall­ schacht ein eigener Zyklonabscheider zugeordnet. Das aus den Zyklonabscheidern austretende, nunmehr von Pulver restlos befreite Inertgas wird über Rohrleitungen 56 und 57 und gegebenenfalls weitere Gasaufbereitungseinrichtungen wieder in den Gaskreislauf zurückgeführt.

Die Fallschächte 18 und 19 führen weiterhin über Saugstutzen 58 und 59 sowie Saugleitungen 60 und 61 zu einer gemeinsamen Anschlußstelle 62, die mit einem Vakuumpumpsatz verbunden ist. Das Vakuumsystem dient jedoch im wesentlichen nur zur anfäng­ lichen Evakuierung. Nachfolgend wird das gesamte System mit einem Inertgas gefüllt und im wesentlichen unter atmosphärischem Druck betrieben.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Pulvern aus geschmolzenen Stoffen durch Zerstäubung der Schmelze zu Partikeln, vor­ zugsweise mittels strömender Medien, und Abkühlung der Partikel während ihrer Fallbewegung, mit einer unter nicht-oxidierender Atmosphäre betreibbaren Schmelzkammer, mit mindestens einer in der Schmelzkammer angeordneten Schmelzvorrichtung, mit einer Zerstäubungsvorrichtung sowie mit einem der Zerstäubungsvorrichtung zugeordneten, an die Schmelzkammer angesetztem, gleichfalls unter nicht- oxidierender Atmosphäre betreibbaren ersten Fallschacht für die Partikel, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schmelz­ kammer (1) parallel zum ersten Fallschacht (18) mindestens ein weiterer (zweiter) Fallschacht (19) angesetzt ist, dem aus der mindestens einen Schmelzvorrichtung (1) Schmelze zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang eines jeden Fallschachtes (18, 19) je eine Zerstäubungsvorrichtung (26, 27) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zerstäubungsvorrichtung (26, 27) ein auswechsel­ barer Zwischenbehälter (28, 29) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenbehälter (28, 29) in zwischen Schmelz­ kammer (1) und jedem Fallschacht (18, 19) angeordneten Zwischenkammern (32, 33) untergebracht sind, die außer gegenüber der Atmosphäre auch gegen die Schmelzkammer (1) gasdicht absperrbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammern (32, 33) gegenüber der Atmosphäre mit Schleusenkammern (36, 37, 38) für das Auswechseln der Zwischenbehälter (28, 29) versehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Zwischenkammern (32, 33) diesen mindestens eine gemeinsame Schleusenkammer (38) zuge­ ordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammern (32, 33) an der Peripherie der Schmelz­ kammer (1) angeordnet sind, daß die Transportrichtungen der Zwischenbehälter (28, 29) beider Zwischenkammern (32, 33) beim Auswechseln horizontal und senkrecht zueinander ausgerichtet sind, und daß sich am Kreuzungspunkt "K" der beiden Transportrichtungen die gemeinsame Schleusen­ kammer (38) befindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (1) und die Fallschächte (18, 19) als im wesentlichen zylindrische Behälter mit senkrechten Hauptachsen (A, B, C) ausgeführt sind, daß die Achsen der Zwischenbehälter (28, 29) mit den Hauptachsen (B, C) der Fallschächte (18, 19) zusammenfallen und daß die Haupt­ achsen (B, C) der Fallschächte in zwei zur Hauptachse (A) der Schmelzkammer (1) radialen Ebenen liegen, die einen Winkel vom 90 Grad einschließen.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzvorrichtung (1) in an sich bekannter Weise ein induktiv beheizbarer Kipptiegel (15) mit Gießschnauze (17) ist, und daß der Kipptiegel derart um eine vertikale Achse drehbar ist, und daß die Gießschnauze (17) wahlweise über jedem der Zwischenbehälter (28, 29) in ihre Gießstellung bringbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Kipptiegels (15) in dessen Schmelzstellung mit der Hauptachse (A) der Schmelzkammer (1) zusammen­ fällt.