DE3330836C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gaszerstäuben von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu Pulver, wobei das geschmolzene Metall mittels des Zerstäubungsgases durch eine Düseneinrichtung in einen Behälter in fein zerteilten Partikeln eingeführt wird, welche dann mit dem Gas aus dem Behälter abgezogen werden, wobei das Metall und das Zerstäubungsgas im Gleichstrom eingeführt werden, daß in den Behälter im Ab­ stand stromab von dem Zerstäubungspunkt Kühlgas zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfah­ rens.

Die Herstellung von zerstäubtem Pulver von Metallen wie Alu­ minium, Magnesium, Kupfer, Bronze, Zink und Zinn u. dgl. geht einher mit einer begleitenden Explosionsgefahr.

Demzufolge wird normalerweise ein zerstäubtes Metallpulver unter Verwendung eines Sicherheitsbehälters erzeugt.

In der DE-AS 20 58 964 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschleunigung des Erstarrens der Tropfen eines geschmol­ zenen Materials bei der Herstellung von Pulvern beschrieben, bei welcher ein gegen den Schmelzstrom gerichteter Versprü­ hungsmittelstrahl nach dem Ejektorprinzip das Gas in der Ver­ sprühkammer so umwälzt, daß es im mittigen Teil der Versprüh­ kammer abwärts geführt wird, um die Tropfen beim Erstarren zu umgeben und einen Teil ihres Wärmeinhaltes zu absorbie­ ren. Dabei ist bei der gegen Luft vollständig abgedichteten Vorrichtung die Behälterinnenwand als Wärmetauscher ausgebil­ det, während das Behälteraußenteil einen Kühlmantel darstellt, in welchem ein Kühlmittel strömen kann.

Auch bei dem Vorschlag nach der DE-OS 27 42 733 ist ein Ver­ fahren zum Zerstäuben eines Metallschmelzstrahles beschrie­ ben, um Metallpulver herstellen zu können. Dabei wird der Behälter von oben mit einer Metallschmelze gespeist und ist in seinem oberen Bereich mit Stickstoffgas abwärts in den Behälter richtenden Injektoren versehen. Ansonsten ist der Behälter so ausgebildet, daß Luft nicht in ihn eindringen kann.

Bei der Vorrichtung zum Herstellen von sauerstoffarmen Me­ tallpulvern nach der DE-AS 21 44 220 erfolgt das Zuführen und Zerstäuben des Gießstrahles sowie das Abkühlen des Metallpul­ vers unter Ausschluß von Sauerstoff, wie es auch bei dem Ver­ fahren nach der US-PS 26 38 630 der Fall ist.

Die große Gefahr bei allen bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß eine eingeleitete Explosion sich rückwärts zu dem Sicherheitsbehälter fortpflanzen kann, so daß das Betriebsper­ sonal gefährdet ist. Weiterhin kann das Freilassen von sich ergebenden brennenden Aluminiumpartikeln mit großer Wärme­ strahlung durch das offene Ende eines Behälters bei Eintre­ ten einer Explosion weitere Sicherheitsrisiken ergeben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs umrissenen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei welchem ein besonders zweckmäßig ausgebildeter Sicherheitsbehälter die Gase und brennenden Partikel enthält, sollte eine Explosion eintreten, wobei in diesem Behälter den zerstäubten Partikeln kurz nach ihrer Entstehung Luft zugeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem solchen Verfahren dadurch gelöst, daß die Zerstäubung am Behälterboden aufwärtsgerichtet vor­ genommen wird, daß als Kühlgas Luft verwendet wird, und daß die Luft zusammen mit dem zerstäubten Metall und dem Zerstäubungs­ gas nach oben durch den Behälter abgeleitet wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Sicherheitsbehälter mit einer Seitenwand ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Eintrittsöffnung für Luft in dem Behälter im Abstand oberhalb von der Düseneinrichtung vorgesehen ist.

Zweckmäßig ist die Außenwand des Behälters als Doppelwand­ konstruktion ausgebildet, welche an einem Punkt im Abstand von der Bodenwand endet, zu der eine Eintrittsöffnung für Luft zum Äußeren des Behälters führt.

Es ist vorzugsweise ein Umlenkblech in dem Behälter oberhalb der Düseneinrichtung vorgesehen, welches wenigstens einen Teil der durch die Öffnung ankommenden Luft aus dem Durchgang in eine Richtung leitet, um an der Behälterwand abwärts fal­ lende Aluminiumpartikel zurück in den Hauptstrom des zerstäub­ ten Aluminiums zu leiten, welches aus dem Behälter ausgetragen wird, so daß eine Partikelsammlung an der Düseneinrichtung verhindert ist.

Der Behälter weist vorzugsweise einen ersten zylindrischen Mantel mit einem oben offenen Ende und einem verjüngten unteren Ende auf, welches in der Bodenwand endet, wobei ein zweiter zylindrischer Mantel geringeren Durchmessers als der erste Mantel mit einem offenen Bodenende vorgesehen ist und sich der zweite Mantel oberhalb des oberen Endes des ersten Mantels erstreckt und konzentrisch innerhalb letzterem angeordnet ist, wobei diese Mäntel einen ringförmigen Durchgang für die ein­ strömende Luft begrenzen.

Zweckmäßig weist die Innenseite der Innenwand des Behälters eine Lösungsmittelschicht auf, welche aus einem Wachs, einem Polymermaterial oder einem Gemisch daraus besteht.

Erfindungsgemäß wird also so vorgegangen, daß die Zuführung des zu zerstäubenden flüssigen Metalles und die Zufuhr von Zer­ stäubungsgas sowie die Luft, die zunächst abwärts durch den Ringraum strömt, von unten erfolgt, wobei die Luftzufuhr im Abstand von dem Zerstäubungspunkt erfolgt. Dabei wird das Zer­ stäubungsgas nicht wesentlich mit Luft vermischt. Weiterhin wird erfindungsgemäß die Luft zusammen mit dem Zerstäubungs­ medium und dem Zerstäubungsgas nach oben hin aus dem Behälter abgeleitet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch ein Strömungsdiagramm unter Verwendung einer Vorrichtung zum Gaszerstäuben von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu Pulver,

Fig. 2 eine Seitenschnittansicht eines Sicherheitsbehäl­ ters der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht des unteren Abschnittes des in Fig. 2 gezeigten Behälter.

In Fig. 1 ist schematisch eine in einer Anlage integrierte Vorrichtung zum Gaszerstäuben von Aluminium oder einer Alumi­ niumlegierung zu Pulver gezeigt, wobei das geschmolzene Metall aus einem Schmelztiegel 10 oder einem Block 12 geleitet wer­ den kann, der einen Schmelzofen 20 beschickt. Der Schmelzofen ist über eine Leitung 22 mit einem Behälter 30 unterhalb eines Sicherheitsbehälters 40 vorgesehen. Eine oder mehrere Zerstäu­ berdüsen 32 sind an einer Bodenwand 46 des Behälters 40 ange­ ordnet.

Das im Behälter 40 erzeugte zerstäubte Metall wird über eine Leitung 88 zu einem primären Zyklonabscheider 90 geführt, der die groben Partikel zu einem Pulvertank 100 über einen För­ derer 102 leitet. Feinere und ganz feine Partikel werden aus dem Luftstrom in einem oder mehrere sekundären Zyklonenab­ scheidern 92 entfernt, von wo sie dem Pulvertank 100 zugeführt oder separat verpackt werden können.

Das zerstäubte Pulver, das unter einer Inertgasatmosphäre nach dem Trennen gehalten wird, wird in einer Siebstation 110 zwecks Verpackens und Unterteilens in verschiedene Partikel­ größenbereiche klassifiziert.

Eine Einrichtung zum Sammeln des Partikelstromes umfaßt einen Eduktor oder Aspirator bzw. Sauger. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Eduktor 400 an dem letzten Zyklonabscheider 92 ange­ ordnet und mit einem oder mehreren Gebläsen 410 verbunden, welche Luft durch eine Leitung 416 zum Eduktor 400 führen. Der Luftstrom tritt aus dem Eduktor 400 durch eine Austritts­ öffnung 420 aus. Im Eduktor 400 ist eine Bernoullische Röhre vorgesehen, welche mit der Abgabeseite des Zyklonabscheiders 92 in Verbindung steht. Wenn Luft durch den Eduktor 400 ge­ pumpt wird, wird in dieser Röhre ein Vakuum geschaffen, wel­ ches den Druck im Zyklonabscheider 92 senkt. Hierdurch wird eine Saug­ wirkung in der Leitung 89 geschaffen, die durch den Zyklonabscheider 90 über eine Leitung 88 zum Behälter 40 führt. Demzufolge wird kühle Luft in den Behälter 40 durch die Lufteintritts­ öffnung 48 und den ringförmigen Durchgang 50 gesogen, ohne daß in dem Metallpartikel-Gasstrom ein Gebläse vorhanden ist.

Der Behälter 40 nach Fig. 2 und 3 umfaßt einen ersten äußeren zylindrischen Mantel 42, der an seinem unteren Ende in ein konisches unteres Ende 44 übergeht, an dem eine Bodenwand 46 angeordnet ist, welche die Düsen 32 trägt. Die Bodenwand 46 dichtet das Ende des Endes 44 mit Ausnahme der Öffnungen für die Düsen ab. Somit ist in bezug auf den Bereich, in welchem die Düsen angeordnet sind, ein im wesentlichen geschlossener Sicherheitsbehälter 40 geschaffen.

Der Mantel 42 ist mit einer Lufteintrittsöffnung 48 versehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist der Schmelzmetallbehälter 30 unterhalb des Behälters 40 auf einer Plattform 36 angeordnet, welche mittels einer Mechanik 38 angehoben und abgesenkt wer­ den kann, um ein Auswechseln oder Warten der Düse 32 zu er­ leichtern.

Die Düse 32 ist entfernbar an der Unterseite der Bodenwand 46 angeordnet, welche ein Entfernen der Düse 32 erleichtert. Die Düse 32 ist mit einer Mittelbohrung versehen, durch welche zu zerstäubendes Schmelzmetall strömt. Das untere Ende 34 der Düse 32 ist in das geschmolzene Metall im Behälter 30 eingetaucht, wenn sich letzterer in seiner angehobenen Posi­ tion befindet, wie dies in gestrichelten Linien gezeigt ist. Druckluft tritt in die Düse 32 über eine Leitung 24 ein und strömt neben der Mittelbohrung am oberen Ende der Düse aus, um das geschmolzene Metall zu zerstäuben.

Die Leitung 24 ist lösbar mit einem Verteiler 26 über eine schnell entfernbare Dichtungsarmatur 28 (Fig. 2) verbunden. Der Verteiler 26 dient dazu, um eine gleichmäßige Druckver­ teilung zu schaffen, wenn eine Vielzahl von Düsen verwendet wird. Die Düse 32 ist koaxial im Behälter 40 angeordnet, um einen zentralen Gas- und Metallpartikelstrom zu erlauben. Werden mehrere Düsen verwendet, können sie konzentrisch um die Achse des Behälters 40 oder in Reihen angeordnet sein.

Konzentrisch innerhalb des unteren Teiles des äußeren zylin­ drischen Mantels 42 befindet sich ein zweiter zylindrischer Mantel 52 (Fig. 3) mit geringerem Außendurchmesser, so daß zwischen den beiden Mänteln 42 und 52 ein ringförmiger Durch­ gang 50 geschaffen ist. Nach Fig. 3 ist der Zylinder 52 an seinem unteren Ende mit einem konischen Glied 54 versehen, das bei 56 an einen Ring 58 geschweißt ist, der seinerseits am Ende des Zylinders 52 verschweißt ist. Am unteren Ende des konischen Gliedes 54 ist ein ringförmiges Umlenkblech 60 be­ festigt, das in Abstand unter dem unteren Ende des Gliedes 54 angeordnet ist, um dazwischen eine Öffnung zu schaffen.

Der Ring 60 weist einen äußeren Randabschnitt 63 auf, welcher in die Erstreckung des ringförmigen Durchganges 50 ragt, der von den Wänden des unteren Endes 44 des Mantels 42 und des konischen Gliedes 54 begrenzt ist. Der Randabschnitt 63 dient dazu, Luft in den zweiten zylindrischen Mantel 52 strömen zu lassen. Nach Fig. 3 ist daas ringförmige Umlenkblech 60 am Glied 54 mit Hilfe von Gliedern 64 angehängt.

Kühlluft wird in den Behälter 40 durch die Saugeinrichtung 400 gezogen und tritt in die Lufteintrittsöffnung 48 (Fig. 2) der Außenwand des Mantels 42 ein, strömt durch Filter 70 in den ringförmigen Durchgang 50 und zum Boden des Behälters 40 neben der Düse 32. Diese Kühlluft, die sich durch den Durch­ gang 50 mit einer Geschwindigkeit von 305 bis 1830 m/min be­ wegt, dient dazu, die Innenwand des Behälters 40, d. h. die Innenwand des Mantels 52, kalt zu halten, so daß dort eine Par­ tikelablagerung verhindert wird.

Die Lufteintrittsöffnung 48 ist von einem seitlichen Abschirm­ glied 49 und einem Ring 51 begrenzt. Das Abschirmglied 49 ist von einem Ring 51 a und einem Oberteil 53 gestützt und daran be­ festigt, die ihrerseits am Behälter 40 fixiert sind. Hierdurch ist verhindert, daß Wasser oder andere Materialien während des Betriebes angesaugt werden, insbesondere dann, wenn dieser Teil des Behälters mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Da­ bei können große Luftmengen durch die Lufteintrittsöffnung 48 eingeführt werden, um auch das zerstäubte Pulver aus dem Be­ hälter zu tragen. Aus Fig. 2 und 3 ist erkennbar, daß der Durchgang 50 sich in die Lufteintrittsöffnung 48 öffnet. Der Außenmantel 42 erstreckt sich oberhalb des Ringes 51, um eine Auffangvorrichtung 55 für Wasser zu schaffen, das durch den Filter 70 strömen kann.

Die Filter 70 sind ringförmig um den Umfang der Ringe 51 und 51 a angeordnet.

Der Einlaß ist im Abstand von der Bodenwand und der Düse an­ geordnet, um eine Isolierung des Luftzulaufs aus der Düse und dem Schmelzmetall zu schaffen, um gefährliche Bedingungen ab­ zuschwächen.

Es wurde gefunden, daß wenn die Temperatur des zylindrischen Mantel 52 148,9° wesentlich übersteigen kann, das geschmolzene Metall in zerstäubter Form die Neigung hat, an der Zylinder­ wand in wesentlichen Mengen zu haften oder zu kleben und nach­ folgend abzubrechen, so daß unsichere Arbeitsbedingungen her­ vorgerufen werden. Ein Anhaften wird auf ein Minimum herab­ gesetzt oder tatsächlich eliminiert, wenn die Wandtemperatur des Mantels 52 auf weniger als 121,1°C herabgesetzt wird, wo­ bei eine typische Tempertur unter 107,2°C liegt. Die Tempera­ tur des Mantels 52 kann durch die Sammelluft herabgesetzt werden, welche durch die Lufteintrittsöffnung 48 eintritt.

Die für den Mantel 52 verwendeten Materialien sollen gute Wärmeübergangseigenschaften aufweisen und korrosionsbeständig sein. Bevorzugt sind Materialien wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und nichtrostender Stahl u. dgl. mit oder ohne Chrom­ plattierung.

Je rauher die Wandoberfläche des Mantels 52 ist, umso größer ist die Gefahr, daß zerstäubtes Aluminium an der Oberfläche anklebt oder haftet. Somit soll diese Wandoberfläche eine Rauhigkeit von nicht höher als ungefähr 100 bis 150 Mikrometer RMS und vorzugsweise nicht höher als 60 Mikrometer RMS sein. Dabei verlaufen die Bearbeitungs- bzw. Beschichtungslinien vorzugsweise in Strömungsrichtung.

Die Oberfläche kann auch mit einem Lösungsmittel behandelt sein, um dort ein Anhaften der zerstäubten Partikel auf ein Minimum herabzusetzen. Es wurde gefunden, daß das Behandeln der Oberfläche mit einem Lösungsmittel, ausgewählt aus der Wachse und polymere Materialien umfassenden Klasse, das An­ haften von Metallpartikeln verhindert. Wenn ein Wachs verwen­ det wird, widerstand die Wand des Mantels 52 dem Ablagern von zerstäubten Aluminiumpartikeln, wenn die Temperatur der Wand geringer als 148,9°C, vorzugsweise im Bereich von 93,3 bis 121,1°C ist.

Das geschmolzene Metall im Behälter 30 wird anfänglich durch die Düse 32 mit Hilfe eines Zerstäubungsgases gesogen.

Die entweder heißen oder kalten Zerstäubungsgase können inerte Gase sein. Ähnlich können die Sammelgase entweder heiß oder kalt (jedoch vorzugsweise kalt) und inerte Gase oder andere Gase sein, die mit einer bestimmten Menge an oxidierenden Gasen versehen sind, um eine minimale schützende Oxidations­ schicht an der Partikeloberfläche zu schaffen. Hierdurch wer­ den nachfolgende Oxidationsreaktionen bei Berührung mit Luft auf ein Minimum herabgesetzt. Ähnlich kann das Sammelgas Luft sein. Die Sammelgase können verwendet werden, um sowohl die metallischen Partikel zu kühlen als auch letztere aus dem Behälter 40 zu tragen.

Wegen des Strömungsmusters, das sich entwickelt, wenn die metallischen Partikel im Behälter 40 aufwärts getragen werden, fallen einige Partikel aufgrund der Schwerkraft zur Behälter­ wand und zurück zu dem Zerstäuber. Diese Partikel können das Zerstäuben stören, wenn sie sich an der Bodenwand 46 ansam­ meln können. Demzufolge ragt das ringförmige Umlenkblech 60 mit seinem Außenrand 63 in den Abschnitt des ringförmigen Durchganges 50 zwischen dem verjüngten unteren Ende 44 und dem konischen Glied 54. Der Außenrand 63 richtet, weil er unterhalb des konischen Gliedes 54 in Abstand angeordnet ist, ein Teil der Luft (beispielsweise ein Drittel der Luft) die abwärts zwischen den beiden Mänteln 52 und 42 gezogen wird um und lenkt sie zwischen den Abschnitt 63 und dem konischen Glied 54. Diese umgelenkte Luft trägt Metallpartikel, welche an der Behälterinnenwand abwärts fallen, zurück in den Hauptstrom des Metallpulvers, welches aus dem Behälter 40 getragen wird.

Dabei dient der innere Abschnitt 63 a des ringförmigen Umlenk­ bleches 60 dem Ablenken größerer Partikel, um das Austragen solcher Partikel in den Hauptstrom zu unterstützen. Auf diese Weise werden diese Partikel daran gehindert, sich am Boden des Behälters anzusammeln und den Zerstäubungsprozeß zu stören.

Der innere zylindrische Mantel 52, welcher die Innenwand des Behälters 40 bildet, verjüngt sich an seinem oberen Ende zu einer Austrittsöffnung 78, aus welcher die Partikel zur Leitung 88 austreten, welche sie zu dem Zyklonabscheider 90 trägt. Der obere Abschnitt des Zylinders 52 ist mit einer oder mehrere Druckfreilaßklappen 72 versehen, die lösbar ange­ ordnet sind und einen Teil der Wand des Mantels 52 bilden. In der beschriebenen Ausführungsform sind die Klappen 72 an dem Mantel 52 mit Hilfe einer Scharniereinrichtung befestigt, um zu verhindern, daß die Klappen bei plötzlichem Druck­ aufbau fortgeblasen werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Gaszerstäuben von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu Pulver, wobei das geschmolzene Metall mittels des Zerstäubungsgases durch eine Düseneinrichtung in einen Behälter in fein zerteilten Partikeln eingeführt wird, welche dann mit dem Gas aus dem Behälter abgezogen wer­ den, wobei das Metall und das Zerstäubungsgas im Gleichstrom eingeführt werden, daß in den Behälter im Abstand stromab von dem Zerstäubungspunkt Kühlgas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung am Behälter­ boden aufwärtsgerichtet vorgenommen wird, daß als Kühlgas Luft verwendet wird, und daß die Luft zusammen mit dem zerstäubten Metall und dem Zerstäubungsgas nach oben durch den Behälter abgeleitet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einem Sicherheitsbehälter mit einer Seiten­ wand, welche in einer Bodenwand endet, und wobei eine Düsen­ einrichtung in dieser Bodenwand vorgesehen ist, wobei die Düseneinrichtung mit einer Quelle an Zerstäubungsgas und an geschmolzenem Metall verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintrittsöffnung (48) für Luft in dem Behälter (40) im Abstand oberhalb von der Düseneinrichtung (32) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (42) des Behälters (40) als Doppelwandkon­ struktion (42, 52) ausgebildet ist, welche an einem Punkt im Abstand von der Bodenwand (46) endet, zu der eine Eintritts­ öffnung (48) für Luft zum Äußeren des Behälters (40) führt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umlenkblech (60, 63) in dem Behälter (40) oberhalb der Düseneinrichtung (32) vorgesehen ist, wel­ ches wenigstens einen Teil der durch die Öffnung (48) ankommen­ den Luft aus dem Durchgang (50) in eine solche Richtung leitet, daß an der Behälterwand (54) abwärts fallende Aluminiumpartikel zurück in den Hauptstrom des zerstäubten Aluminiums, welches aus dem Behälter (40) ausgetragen wird, geleitet wer­ den, so daß eine Partikelsammlung an der Düseneinrichtung (32) verhindert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) einen ersten zylindri­ schen Mantel (42) mit einem oben offenen Ende und einem ver­ jüngten unteren Ende (44) aufweist, welches in der Bodenwand (46) endet, daß ein zweiter zylindrischer Mantel (52) gerin­ geren Durchmessers als der erste Mantel (42) mit einem offenen Bodenende vorgesehen ist, daß sich der zweite Mantel (52) ober­ halb des oberen Endes des ersten Mantels erstreckt und kon­ zentrisch innerhalb letzterem angeordnet ist, und daß diese Mäntel einen ringförmigen Durchgang (50) für die einströmende Luft begrenzen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Innenwand (52, 54) des Behälters (40) eine Lösungsmittelschicht auf­ weist, welche aus einem Wachs, einem Polymermaterial oder einem Gemisch daraus besteht.