DE3144481C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Strahlmitteln, insbesondere auf Eisenbasis, mit temperatur- und korngrößengesteuerter Erstarrung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Strahlmitteln, insbesondere auf Eisenbasis, mit temperatur- und korngrößengesteuerter Erstarrung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Strahlmitteln, bei dem Ausgangsmaterial zunächst in einem Elektroschmelzofen eingeschmolzen, dann aus einer Abstichwanne austretend zerstäubt und nach Erstarrung gehärtet und sortiert wird und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung in einer Freifallphase in einem gas- und/oder tröpfchenförmigen Kühlmittel, insbesondere in einer durch Sprühdüsen erzeugten Wasserdampf- und/oder Nebel atmosphäre erfolgt, Die Zerstäubung erfolgt regelbar überwiegend mechanisch. Das Ausgangsmaterial wird bei Durchführung des Verfahrens dem Elektroschmelzofen in Form von metallisch reinem Einsatz zugegeben, als Elektroschmelzofen wird ein Induktionstiegelofen und als Erstarrungsraum eine Wassersprühkammer verwendet, wobei das Strahlmittel in einen Härteofen mit mehreren, vorzugsweise geschwindigkeitsregelbaren Härtebahnen, auf Härtetemperatur gebracht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Strahlmitteln insbesondere auf Eisen-Basis, bei dem Ausgangsmaterial zunächst in einem Elektroschmelzofen eingeschmolzen, dann aus einem Zwischengefäß austretend mit Wasser zerstäubt und nach Erstarrung gehärtet und klassiert wird, wobei die Erstarrung in einer Freifallphase nach der Zerstäubung erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Es ist bekannt, Strahlmittel in der Weise herzustellen, daß zunächst ein Gießstrahl durch einen seitlichen Preßwasserstrahl zerstäubt wird und dann die dabei entstandenen Metalltröpfchen in einem Wasserbad abgeschreckt und die Strahlmittelteilchen anschließend in einem Drehrohrofen gehärtet werden.
  • Weiter ist aus der DE-OS 19 16 230 gem. dem Wortlaut des Hauptanspruchs ein Verfahren zur Herstellung von Granulaten aus feuerflüssigen Metall-, Gesteins- oder metallurgischen Schlackenschmelzen bekannt, bei dem die Schmelze auf eine rotierende Schleudereinrichtung gegossen und dadurch in Partikel zerteilt wird, die abgekühlt werden, wobei durch Einstellung der in der Zeiteinheit zufließenden Schmelzmenge, des Auftreffpunktes des zufließenden Schmelzstrahles auf die Kreisbahn der rotierenden Schleudervorrichtung und/oder der Drehzahl der Schleudervorrichtung die den Partikeln im Anschluß an die Schleudervorrichtung aufgezwungene ballistische Bahn ihrer Länge und Neigung nach auf ein von thermischen Spannungen freies Abkühlen der Partikel auf die Erstarrungstemperatur der Schmelze der umgebenden Atmosphäre eingestellt und daher auch die mittlere Korngröße des Granulates bestimmt wird.
  • Nachteilig ist hierbei eine sehr starke Schwankung in der Korngröße der entstandenen Strahlmittelteilchen mit häufiger Überschreitung der Grenzkorngrößen sowie eine ungünstige Mengenverteilung zwischen runden (shot) und unrunden (grit) Strahlmittelteilchen. Weiterhin ist sehr nachteilig, daß die entstandenen Strahlmittelteilchen rissig sind und sowohl sichtbare Risse als auch Haarrisse aufweisen.
  • Diese Nachteile der bekannten Verfahren werden dadurch verursacht, daß durch die auch im freien Fall wirksamen Luftwiderstanskräfte die Partikel deformiert werden. Die Zerstäubung erfolgt mit nachteilig ungleichmäßiger Beschleunigung der Partikel, wie z. B. bei dem aus der DE-OS 19 16 230 bekannten Schleuderrad durch eine Beschleunigung einzelner Partikel mit höheren und andere mit niedrigerer Geschwindigkeit durch einzelne Schaufeln mit ihrer je nach radialem Schleuderpunkt abweichenden Beschleunigung.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die ein quantitativ höheres Ausbringen von rißfreien Strahlmittelteilchen bei günstiger Mengenverteilung zwischen runden und unrunden Teilchen ermöglichen. Des weiteren soll der Gesamtprozeß der Strahlmittelherstellung nach der Erfindung so gestaltet werden, daß auch ein qualitativ höherwertiges Strahlmittel ohne weiche Innenzonen oder Randentkohlungszonen mit gleichmäßiger Härte entsteht.
  • Die Hauptaufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zerstäubung mittels Schleuderrad erfolgt, wobei mittels Druckwasser die entstandenen Partikel weiter zerteilt werden, und daß die Erstarrung in einem Gas allein oder in einem ein tröpfchenförmiges Kühlmittel enthaltendes Gas, insbesondere in einer durch Sprühdüsen erzeugten Wassserdampf- und/oder Nebelatmosphäre geregelt stattfindet. Durch eine Erstarrung in der Freifallphase ergeben sich günstig erstarrte, rißfreie Teilchen von gleichmäßiger Geometrie und gleichmäßigen Größenverhältnissen. So wird erfindungsgemäß ein hohes Ausbringen qualitativ hochwertiger Strahlmittelteilchen erreicht.
  • Durch eine Erstarrung in einer Wasserdampf- und/oder Nebelatmosphäre wird gegenüber einer Erstarrung an Luft die Erstarrungsgeschwindigkeit erheblich vergrößert, bleibt aber wesentlich kleiner als in einem Wasserbad. Die Teilchen können daher in der Wasserdampf- und/oder Nebelatmosphäre vollständig erstarren und gelangen erst, wenn sie fest sind, so daß sich ihre Form nicht mehr ändert, rißfrei auf ein Transportmittel. Die schnellere Erstarrung gegenüber der Erstarrung in der Luft hat dabei keinen ungünstigen Einfluß auf die Rißfreiheit der erzeugten Teilchen.
  • Weiter wird durch eine überwiegend mechanischen Zerstäubung vorteilhaft eine gezieltere und gleichmäßigere Zerstäubung als bei einer Wasserstrahlzerstäubung erreicht. Es ergeben sich immer gleiche Flugbahnen durch konstante Anfangsgeschwindigkeiten, so daß eine wesentlich gezieltere Erstarrungsführung möglich ist als bei einer Wasserzerstäubung. Durch Verstellung, z. B. eine Höhenverstellung und eine Vertikalverstellung sowie durch Drehzahländerungen der mechanischen Zerstäubungsvorrichtung, lassen sich unterschiedliche Erstarrungsflugbahnen einstellen. So ist eine vorteilhafte gezielte Steuerung der Erstarrung der Strahlmittelteilchen möglich. Eine weitere Steuerung erfolgt durch die Veränderung eines zusätzlichen Zerstäubungswasserstrahls.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erzeugten Strahlmittelteilchen je nach Korngrößenklasse unterschiedlich lang geglüht werden. Durch Glühen der unterschiedlich großen Strahlmittelteilchen mit angepaßter Verweildauer wird erreicht, daß die Teilchen jeweils so lange der Glühtemperatur ausgesetzt sind, wie notwendig. So wird eine Randentkohlung ebenso vermieden, wie das Auftreten von weichen Kernen, die zu einem späteren Brechen der Körner führen. Es ergibt sich für alle Korngrößen ein vorteilhaft gleichmäßig gut durchgehärtetes Korn.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß sie eine Flachstrahlgießdüse, ein schaufelloses Schleuderrad zur Erzeugung eines Rechteckzerstäubungsprofils und eine Wasserzufuhreinrichtung, die auf die Auftreffstelle des Gießstrahles auf das Schleuderrad gerichtet ist, aufweist. Das Zusammenwirken der Teile und ihre Zuordnung führt zu einer gleichmäßigen Beschleunigung aller Strahlmittelteilchen, wie sie mit einem runden Gießstrahl und einem Schleuderrad mit Schaufeln beispielsweise niemals erreichbar ist. Dies vergrößert die Gleichmäßigkeit der erzeugten Strahlmittelteilchen und führt daher zu einem höheren Ausbringen einer bestimmten Kornklasse. Zusammen mit der Regelbarkeit der Erstarrung ergibt sich daher die Möglichkeit, die Rissbildung und das Auftreten von Hohlkörnern vorteilhaft zu beeinflussen. Durch die Verstellbarkeit ist bei der Zerstäubung eine Beeinflussung der Flugbahn der flüssigen Tröpfchen in der Weise möglich, daß die Flugbahn mit Sicherheit nicht vor der Erstarrung der Tröpfchen auf einen Förderer oder in ein Wasserbad führt. So können die Tröpfchen vollständig undeformiert und rißfrei erstarren und der Anteil hochwertiger, runder und rißfreier Strahlmittelteilchen ist entsprechend hoch.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß hinter dem Schleuderrad eine Wassersprühkammer angeordnet ist, die mit einer Vielzahl von seitlich, insbesondere in Reihen, angeordneten, Wassersprühdüsen versehen ist und die einen vorzugsweise als Schwingförderer ausgebildeten Boden aufweist. Die Wassersprühdüsen ermöglichen vorteilhaft einfach die Bildung der erfindungsgemäß notwendigen Abkühlung mit der Folge der vorteilhaften rißfreien Flug-Erstarrung und der Schwingförderer sorgt für einen sofortigen schonenden Abtransport der gebildeten Strahlmittelteilchen aus der Wassersprühkammer.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flachdüse auswechselbar ausgebildet ist. Bei Verschleiß ist sie leicht auswechselbar. Auch hierdurch wird eine gleichmäßig hohe Produktqualität über lange Zeit gefördert und die üblichen periodischen Schwankungen in den Korngrößen und in der Kornausbildung bei den bekannten Herstellverfahren für Strahlmittel durch starken Düsenverschleiß und dadurch bedingte ungleich dicke Gießstränge werden vermieden.
  • Die Erfindung wird in Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt
  • Fig. 1 das bekannte Herstellverfahren,
  • Fig. 2 das erfindungsgemäße Herstellverfahren sowie
  • Fig. 3 die Wasssersprühkammer mit Zerstäubungsvorrichtung und
  • Fig. 4 die Profilierung des Zerstäubungsrades.
  • In Fig. 1 bezeichnet 1 das Einsatzmaterial, hier bei dem bekannten Verfahren Stahlschrott und 2 den Elektroschmelzofen, hier bei dem bekannten Verfahren ein Lichtbogenofen. Aus dem Lichtbogenofen 2 gelangt der flüssige Stahl in die Abstichpfanne 3, aus der er durch eine Runddüse vertikal nach unten austritt und von der Wasserstrahlvorrichtung 4, mit z. B. drei Wasserstrahlen, zerstäubt wird. Noch flüssig gelangen die Tröpfchen in das Wassserbad 5, aus denen sie nach der Erstarrung durch ein Becherwerk 6 o. ä. in Teilchenform entnommen und einem Drehofen 7 zur Trocknung aufgegeben werden. Anschließend an die Trocknung erfolgt eine Absiebung der ungeeigneten Korngrößen sowie eine Trennung in runde (shot) oder eckige (grit) Teilchen, die getrennt weiter behandelt werden.
  • Die beiden Qualitäten werden nun in Vorratsbehältern 10 gelagert und abwechselnd weiter verarbeitet. Zunächst werden sie nun einem Härtedrehofen 11 aufgegeben, aus dem sie in das Abschreckbecken 12 gelangen. Dem Abschreckbecken 12 wird das gehärtete Material z. B. durch einen Schneckenförderer 13 entnommen und einem weiteren Trocknungsdrehofen 14 zugeführt, aus dem die Qualität shot direkt einem Anlaßofen 16 zugeführt wird, um dann in Korngrößenklassen getrennt, zwischengespeichert, verwogen und verpackt zu werden.
  • Die Qualität grit wird vor dem Anlassen, also im spröden und leicht brechenden Zustand, einer Walzenmühle 15 aufgegeben, aus der es in den Anlaßofen 16 gelangt. Anschließend an diesen wird auch dieses Material in Korngrößenklassen aufgeteilt, zwischengespeichert, gewogen und verladen.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren gelangt das Einsatzmaterial 34, hier niedrig legierter Schrott, unter gezielter Zugabe von C und Mn zunächst in den Induktionstiegelofen 35 und wird aufgeschmolzen. Aus dem Induktionstiegelofen 35 gelangt das Material dann in der Zerstäubungs- und Abkühlvorrichtung 31, die in Fig. 3 näher erläutert ist. Aus der Zerstäubungs- und Abkühlvorrichtung 31 gelangen die Strahlmittelteilchen durch Restwärme getrocknet, entsprechend dem bekannten Verfahren ebenfalls zu einer Absiebung 37. Eine Aufteilung in die beiden Qualitäten kann entfallen, da praktisch nur die shot Qualität erzeugt wird.
  • Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren erfolgt nun die Härtung in dem Härteofen 39 auf unterschiedlichen Bahnen 40 mit unterschiedlichen Durchlaufgeschwindigkeiten für die einzelnen Korngrößenklassen. Von den einzelnen Härtebahnen gelangen die Teilchen in das Härtebad 42, von wo aus die Teilchen direkt dem Anlaßofen 44 zugeführt werden. Auch hier wird in bekannter Weise das Material dann in Größenklassen aufgeteilt, zwischengespeichert, verwogen und verpackt.
  • In Fig. 3 ist mit weiteren Details die Zerstäubungs- und Abkühlvorrichtung erläutert. Unter der Abstichpfanne 20 mit dem schmelzflüssigen Inhalt 21 befindet sich das Zerstäubungsrad 23. Aus der Abstichpfanne 20 ergießt sich der Gießstrahl 22 aus einer Flachdüse, die vorzugsweise auswechselbar ausgebildet ist, auf das wassergekühlte Zerstäubungsrad 23 und wird hier in eine schematisch eingezeichnete Metall-Tröpfchenwolke zerstäubt. Das Zerstäubungsrad 23, das sich entsprechend dem Bewegungspfeil 28 dreht, ist entsprechend der Verstellpfeile 29 höhen- und seitenverstellbar. Die zerstäubten Metalltröpfchen durchfliegen vom Zerstäubungsrad abgeschleudert die Wasserdampf- und Nebelatmosphäre, die durch die Feinstzerstäubungsdüsen 25 erzeugt wird, und erstarren im Flug, d. h. in überwiegend runder Form. Im festen Zustand sammeln sie sich nach der Erstarrung auf dem Boden der Abkühlvorrichtung 31, der als Austrags-Schwingförderer 26 ausgebildet ist und sich entsprechend dem Bewegungspfeil 27 bewegt.
  • Das Wasser aus den Feinstsprühdüsen 25 sammelt sich teils in kondensierter Form auf dem Schwingförderer 26 und wird an der Unterseite entsprechend dem Pfeil 30 abgezogen oder steigt in Dampfform in einen Sammeldom im Oberteil der Abkühlvorrichtung 31 auf und wird von dort abgeführt.
  • Zur Unterstützung der Zerstäubung auf dem Zerstäubungsrad 23 dient ein horizontaler Hilfs-Zerstäubungswasserstrahl, der die Regelbarkeit weiter verbessert und das Zerstäubungsrad 23 gleichzeitig kühlt.
  • Die nähere Ausgestaltung des Zerstäubungsrades 23 zeigt Fig. 4. Die zylindrische Zerstäubungsfläche 32 ist mit erhöhten Seiten versehen. Hierdurch wird erreicht, daß die flüssigen Metalltröpfchen nicht nach der Seite, sondern lediglich in Umfangsrichtung abgeschleudert werden. Zur Vergrößerung der Führungswirkung weist das Zerstäubungsrad 23 weiterhin seitliche Wasserstrahlen 33 auf, die gleichzeitig die Kühlung des Zerstäubungsrades 23 übernehmen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Strahlmitteln, insbesondere auf Eisen-Basis, bei dem Ausgangsmaterial zunächst in einem Elektroschmelzofen eingeschmolzen, dann aus einem Zwischengefäß austretend mit Wasser zerstäubt und nach Erstarrung gehärtet und klassiert wird, wobei die Erstarrung in einer Freifallphase nach der Zerstäubung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung mittels Schleuderrad erfolgt, wobei mittels Druckwasser die entstandenen Partikel weiter zerteilt werden, und daß die Erstarrung in einem Gas allein oder in einem in tröpfchenförmiges Kühlmittel enthaltendes Gas, insbesondere in einer durch Sprühdüsen erzeugten Wasserdampf- und/oder Nebelatmosphäre geregelt stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Strahlmittelteilchen je nach Korngrößenklasse unterschiedlich lang geglüht werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Flachstrahlgießdüse, ein schauffelloses Schleuderrad (23) zur Erzeugung eines Rechteckzerstäubungsprofils (32) und eine Wasserzufuhreinrichtung, die auf die Auftreffstelle des Gießstrahles (22) auf das Schleuderrad gerichtet ist, aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Schleuderrad (23) eine Wassersprühkammer (32) angeordnet ist, die mit einer Vielzahl von seitlich, insbesondere in Reihen, angeordneten, Wassersprühdüsen (25) versehen ist und die einen vorzugsweise als Schwingförderer (26) ausgebildeten Boden aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdüse auswechselbar ausgebildet ist.
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