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Verfahren zum Herstellen von Metallpulver oder Metall-
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legierungspulver g g P Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Herstellen von Metallpulver oder Metallegierungspulver durch Zerstäuben von
Metallschmelzen oder Metallegierungsschmelzen mittels Druckwasserverdüsung.
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Zum Herstellen von Metallpulver ist das Zerstäuben einer Metallpulverschmelze
als wirtschaftliches Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren werden als Zerteilungsmedium
entspannende Druckgase oder Druckwasser verwendet. Hierbei wird die Schmelze über
einen Gießtrichter ausgegossen und der fallende Schmelz strahl vom Druckmedium zerteilt.
Die Anordnung der Düsen kann unterschiedlich erfolgen, z.B. von der Seite gegen
den Schmelzstrahl gerichtet sein oder den Schmelzstrahl als Ringdüse umgeben. Der
Verdüsungseffekt wird durch Einstellung des Düsenwinkels beeinflußt. Die Intensität
der Verdüsung wird durch den Druck des Verdüsungsmediums und die über die Düsengröße
oder den Düsenspalt einstellbare Gas- bzw.
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Wassermenge bestimmt. Über die Temperatur der Schmelze ist die Viskosität
einstellbar. Es ist üblich, daß das Schmelzen der Metalle oder Metallegierungen
und das Gießen durch einen Trichter an Luft erfolgt. Dabei treten bei den höheren
Temperaturen vor allem Metalle mit hohem Dampfdruck aus der Schmelze und während
des Gießharzprozesses an die Umgebung aus. Bei oxidablen Metallen entstehen Metalloxide,
die als feiner Rauch an die Umgebung gehen. Durch Abdecksalze auf der Oberfläche
der Schmelze können die Verdampfungsverluste verkleinert werden. Bei der üblichen
Technik werden die Arbeiter im Bereich der zu hohen Arbeitsplatzkonzentrationen
(MAK-Werte)
durch entsprechende Schutzvorrichtungen wlc Atemmaske
bzw.
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Helm mit Sekundärbelüfung geschützt. Die abrauchenden Metalle bzw.
Metalloxide werden durch Filteranlagen geleitet, so daß die nach außen gehende Abluft
die vorgeschriebenen Emissionswerte nicht überschreitet. Bei verschiedenen Schwermetallen
treten selbst bei den zugelassenen Emissionswerten Umweltbelastungen auf.
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Beim Verdüsen mit Gasen, wie z.B. Luft oder mit Schutzgas, sind hohe
Gasvolumina erforderlich, was zu einer großen Abluftmenge führt oder im Falle eines
Gaskreislaufes einen erheblichen Aufwand erfordert. Beim Verdüsen von Roheisenschmelze
mit Luft findet während der Verdüsung eine Oxidation statt, wobei durch eine nachfolgende
Glühung zwischen dem Kohlenstoffgehalt des Roheisens und dem gebildeten Fe203 Kohlenmonoxid
entsteht, wodurch kein getrenntes Schutzgas erforderlich wird. Das Eisenoxid wird
durch Filteranlagen aus der Abluft abgeschieden.
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Beim Verdüsen mit Wasser werden wesentlich geringere Gasmengen durch
den entstehenden Unterdruck an der Düse angesaugt. Durch die raschere Abkühlung
mit Druckwasser ist die Oxidation an der Oberfläche der Pulverteilchen sehr klein.
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Es sind auch Verdüsungsverfahren bekannt, die Edelgas als Druckmedium
verwenden. Bei einem bekannten Verfahren erfolgt die Argon-Verdüsung, um möglichst
oxidfreie Strahlpulver herzustellen.
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Für die pulvermetallurgische Verarbeitung werden auch Metallpulver
bzw. Legierungspulver benötigt, die Komponenten mit hohem Dampfdruck und einer starken
Oxidationsneigung
besitzen, und für die Emissionen nur in kleiner Konzentration zugelassen sind. In
dieser Richtung liegen z.fl. die bei UmweltgesprAchen besonders beachteten Metalle
Blei und Kadmium.
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Aufgabe der Erfindung ist, die bekannten Verfahren dahingehend zu
verbessern, daß auch Metall- oder Legierungspulver mit Schwermetallkomponenten durch
Druckverdüsung herstellbar sind, bei dem praktisch keine Umweltbelastung durch Emission
von Schwermetallen oder Schwermetalloxiden auftritt.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Metall
oder die Metallegierung innerhalb eines geschlossenen mit Schutzgas gefüllten Schmelzraumes
in einem kippbaren und heizbaren Schmelztiegel geschmolzen wird, daß die Schmelze
in einen beheizten Gießtrichter mit abgeschlossenem Schutzgas-Kreislauf gegossen
wird, daß anschließend die Schmelze aus dem Gießtrichter durch einen Zwischenraum
in eine Zerstäuberdüse geleitet und in Verbindung mit einer Verdüsungskammer mit
Wasserdruck zerstäubt wird, und daß das Pulver in einem Auffangbehälter mit abgeschlossenem
Wasserkreislauf aufgefangen wird.
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Zweckmäßigerweise wird als Schutzgas Stickstoff verwendet.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine ringförmige Zerstäuberdüse
zu verwenden. Der Zwischenraum zwischen Gießtrichter und Zerstäuberdüse kann ebenfalls
schutzgasgespült sein.
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Durch die Verwendung eines Schmelzraums, der einen geschlossenen Schutzgasraum
bildet, entsteht im Schmelzraum kein Metalloxid, welche durch große Filteranlagen
zurückgehalten werden müßte. Die während des Schmelzens und
Gießens
verdampfenden Schwermetalle werden an kälteren Stellen des Schmelzraums niedergeschlagen
und können für den Schmelzprozeß wiedergewonnen werden. Der während des Schmelzens
abgeschlossene Schmelz raum wird unmittelbar vor dem Gießen mit einem Zwischenraum
und dem Verdüsungsraum verbunden, z.B. durch einen Schiebnrverschluß des Bodenloches
im Schmelztiegel. Auch der Zwischenraum kann schutzgasgespült sein, so daß der fallende
Schmelz strahl auf dem Weg zur Zerstäuberdüse nicht oxidiert wird. Durch die Wasserverdüsung
wird die Schmelze in Pulver zerteilt und rasch abgekühlt. Die Feinstanteile des
Metallpulvers oder Legierungspulvers können in der Abluft durch Filter leicht zurückgehalten
werden.
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Anhand eines in der Figur dargestellten Fließbildschemas wird die
Erfindung noch näher erläutert.
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Das Schmelzen einer Metallegierung, z.B. einer AgCd-Legierung, erfolgt
in einem induktiv beheizten kippbaren Schmelztiegel 1 innerhalb eines geschlossenen
und mit Schutzgas gefüllten Schmelzraumes 100. Der als Schutzgas verwendete Stickstoff
steht beim Erreichen der Schmelztemperatur unter einem Druck von etwa 1000 mbar.
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Bei Schmelzkomponenten mit niedrigem Dampfdruck kann der Schmelzraum
mit Unterdruck, bei solchen Komponenten mit hohem Dampfdruck mit Überdruck betrieben
werden. Dadurch kann die Verdampfungsrate klein gehalten werden. Vor der Stickstoffspülung
wird der Schmelzraum 100, begrenzt durch die wassergekühlte Abdeckhaube 4, über
die Vakuumpumpe 6 auf etwa 1x10 3 Torr evakuiert. Die abgepumpte Luft wird nach
Reinigung durch einen in der Vakuumpumpe 6 vorgeschalteten Filter dem Abluftkanal
zugeführt. Das Bestücken des Tiegels 1 erfolgt nach Abheben der wassergekühlten
Ab-
deckhaube 4 mit den zu schmelzenden Metallen im kalten Zustand.
Anschließend wird der Schmelzraum evakuiert und mit Stickstoff gefüllt. Der Stickstoffeintritt
erfolgt bei 6a und der Stickstoffaustritt bei 7. Zur Erhaltung konstanter Druckverhältnisse
im Schmelzraum dient das Druckausgleichsystem 8. Alle Vorgänge wie Nachchargieren,
Temperaturmessung und Probeentnahme erfolgen über die gasdicht abgeschlossene Chargiereinrichtung
4a. Nach völligem Schmelzen des Legierungspulvers wird die Schmelze ebenfalls unter
Stickstoff in den Gießtrichter 3 gegossen. Zur Freigabe des Schmelzstrahles zum
Verüsen wird der Schiebeverschluß 5 unter dem Gießtrichter 3 geöffnet.
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In dem Schmelzraum 100 mit abgeschlossenem Stickstoff-Kreislauf kann
kein Abrauchen und damit keine Emission von Metalloxiden in Erscheinung treten.
Der fallende Schmelz strahl wird über den Zwischenraum 20 mit der Ringdüse 10 verbunden
und dadurch mit einem Wasserdruck von etwa 30 bar in der Verdüsungskammer 11 zerstäubt.
Der fur die Zerstäubung erforderliche Wasserdruck wird in der Wasserhochdruckpumpe
9 erzeugt, die sich in dem geschlossenen Wasserkreislauf 14 befindet. Das benötigte
Wasser wird aus dem Wasserbecken 13 bezogen. Nach dem Zerstäubungsprozeß wird das
Pulver in dem mit Wasser gefüllten Auffangbehälter 12 aufgefangen. Der WasserkreislauE
des AufEangbehAlters 12 und der dazu gehörigen Einrichtungen ist geschlossen, so
daß darüber keine Metalle nach außen gelangen können. Bei der Reinigung des Wasserbeckens
13 wird das enthärtete Wasser bis zur Wiederverwendung in nicht dargestellte Tanks
gepumpt.
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Umweltprobleme können über das verwendete Wasser nicht auftreten.
Bei der Verdüsung von Metallen oder Metalllegierungen geht das Gas-Dampf-Gemisch
aus der Verdüsungskammer 11 über den Gas-Dampfaustritt 15 und den Filter 17, die
Gaspumpe 18 und den Gaspuffer 19 mit Druckausgieichbehälter in den Abluftkanal.
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Die Dauer eines Schmelz- und Verdüsungsprozesses beträgt etwa 1 bis
1 1/2 Stunden. Vom gesamten Prozeß der Pulver herstellung nlmmt die Schmelzzeit
den größten nritell ein.
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Die Dauer der Verdüsung hängt vom Durchmesser der Auslauföffnung in
dem Gießtrichter ab. Bei etwa 12 mm Düsendurchmesser dauert die Verdüsung von 200
kg Schmelze etwa 4 Minuten. Der Schutzgaskreis des Schmelz- und Gießprozesses wird
über einen in der Figur nicht dargestellten Druckpilot überwacht.
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Nach den bisher bekannten Verfahren wurde durch Analysen der Abluft
eine Emission an Schwermetallen der Klasse 1 nach TA-Luft von etwa 100g/Std. gemessen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren konnte die Emission an Schwermetallen der Klasse
1 nach TA-Luft um etwa eine Größenordnung gesenkt werden.
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Die Verdüsungskammer 11 kann ebenfalls mit Stickstoffgespült und mit
einem Schutzgaskreislauf verbunden werden. Wegen der raschen Abkühlung durch das
Druckwasser ist diese Maßnahme in den meisten Fällen nicht notwendig.
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4 Patentansprüche 1 Figur
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