DE3546071A1 - Vorrichtung zur herstellung von metallpulver durch zerstaeuben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallpulver durch Zerstäuben einer Metallschmelze, mit ei­ nem die Schmelze aufnehmenden, mit einer Düse ausgestatteten Behältnis, mit einem Abkühlraum, in den die Metallschmelze von der Düse ausgesprüht wird und in dem die Tröpfchen der Metallschmelze zu Pulverteilchen erstarren, mit einer mit dem Abkühlraum verbundenen Abscheidevorrichtung für die Pulver­ teilchen, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Luft­ strömung durch den Abkühlraum und die Abscheidevorrichtung hindurch.

Bei derartigen Vorrichtungen wird das die Metallschmelze ent­ haltende Behältnis beispw. mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Me­ tallschmelze durch die Düse in den Abkühlraum ausgesprüht wird. Der Abkühlraum kann eine inerte Gasatmosphäre aufwei­ sen, in der die Tröpfchen der Metallschmelze zu Pulverteil­ chen erstarren, ohne mit der Atmosphäre des Abkühlraumes che­ misch zu reagieren. Die an den Abkühlraum angeschlossene Ab­ scheidevorrichtung für die Pulverteilchen kann beispielsweise als Zyklon ausgebildet sein, in dem Pulverteilchen unterschied­ licher Korngröße voneinander mechanisch getrennt werden. Die Einrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung durch den Abkühl­ raum und durch die Abscheidevorrichtung hindurch ist bei be­ kannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art als Sauggebläse ausgebildet, das der Abscheidevorrichtung in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist. Ein derartiger Saugventilator weist jedoch den Nachteil auf, daß insbesondere sehr feine Pulverteilchen von der Abscheidevorrichtung in das Sauggebläse eintreten und sich an Bodenkanten und anderen Hohlräumen ablagern können. Diese Ablagerungen stellen jedoch insbesondere bei der Her­ stellung von Metallpulver aus einem mit Luft-Sauerstoff affi­ nem Material eine große Gefahr dar, weil sie zu einer Explo­ sion führen können, wenn die Pulvermenge im Verhältnis zur vorhandenen Luftmenge einen bestimmten Wert, der als untere Explosionsgrenze definiert ist, übersteigt. Ein erheblicher Mangel der bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art besteht vor allem darin, daß der Boden des Abkühlraums mehre­ re trichterförmige Einsenkungen aufweist, die in Auslaßöff­ nungen münden. Diese Auslaßöffnungen können während des Be­ triebes einer solchen Vorrichtung verstopfen, was einerseits die Explosionsgefahr erhöht, weil die im Abkühlraum vorhan­ dene Pulvermenge im Verhältnis zur im Abkühlraum vorhandenen Luftmenge einen über der unteren Explosionsgrenze liegenden Wert erreichen kann, und andererseits ergibt sich durch den Saugventilator zur Erzeugung der Luftströmung durch den Ab­ kühlraum hindurch eine vergleichsweise kurze Verweilzeit der Pulverteilchen im Abkühlraum, so daß die Gefahr besteht, daß die Pulverteilchen am trichterförmige Einsenkungen aufweisen­ den Boden auftreffen, bevor sie erstarrt sind. Damit können die Pulverteilchen jedoch unerwünscht verformt werden. Diese mögliche Verformung der Pulverteilchen wird noch durch die schrägen Flächen der trichterförmigen Einsenkungen im Boden des Abkühlraumes unterstützt.

Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubil­ den, daß die Herstellung kugelförmiger Pulverteilchen verbes­ sert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden des Abkühlraumes als etwa horizontal in Sprührich­ tung der Düse verlaufende Rinne ausgebildet ist, und daß die Abscheidevorrichtung im Bereich des der Düse abgekehrten Endes der Rinne durch eine Auslaßöffnung an den Abkühlraum angeschlossen ist.

Durch die Ausbildung des Bodens des Abkühlraumes als etwa horizontale Rinnen werden Schrägflächen, wie sie bei trichter­ förmigen Einsenkungen im Boden des Abkühlraumes vorhanden sind, vermieden, so daß die Gefahr, daß die Metalltröpfchen vor dem Erstarren zu Pulverteilchen auf eine schräge Fläche auftreffen, eliminiert ist. Durch diese einfache Ausbildung des Bodens des Abkühlraumes ist es somit möglich, die Aus­ beute kugelförmiger Pulverteilchen erheblich zu verbessern. Durch die Anordnung der Auslaßöffnung für die Abscheidvor­ richtung im Bereich des der Düse abgekehrten Endes der Rinne werden Störungen des Betriebes, wie sie bei bekannten Vor­ richtungen durch Verstopfungen möglich sind, vermieden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Rinne mit einem siebförmigen Zwischenbo­ den versehen, der die Rinne auf der dem Abkühlraum zugewandten Seite überspannt, und ist die Einrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung an den Abkühlraum derart angeschlossen, daß min­ destens ein Teil der Luftströmung von der Rinne durch den sieb­ förmigen Zwischenboden in den Abkühlraum gerichtet ist. Bei der Einrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung handelt es sich bei der erfindunqsgemäßen Vorrichtung nicht um einen der Abscheidevorrichtung nachgeschalteten Saugventilator, sondern um einen an den Abkühlraum angeschlossenen Druckventilator. Der Druckventilator ist vorzugsweise an der Seite des Abkühl­ raumes angeschlossen, an der die Düse des die Metallschmelze aufnehmenden Behältnisses in den Abkühlraum ragt. Durch die Anordnung des siebförmigen Zwischenbodens und durch den An­ schluß des Druckventilators auf der der Düse entsprechenden Seite des Abkühlraumes derart, daß mindestens ein Teil der Luftströmung von der Rinne durch den siebförmigen Zwischen­ boden in den Abkühlraum gerichtet ist, wird in besonders vor­ teilhafter Weise auf dem siebförmigen Zwischenboden ein Luft­ kissen gebildet, auf dem die zu Pulverteilchen erstarrten Tröpf­ chen der Metallschmelze zur Auslaßöffnung des Abkühlraumes transportiert werden. Durch dieses Luftkissen wird auch die Verweilzeit der Schmelzetröpfchen im Abkühlraum verlängert, so daß die Tröpfchen mit hoher Wahrscheinlichkeit unde­ formiert erstarren, bevor sie mit auf dem siebförmigen Zwischenboden befindlichen Pulverteilchen bzw. mit dem sieb­ förmigen Zwischenboden befindlichen Pulverteilchen bzw. mit dem siebförmigen Zwischenboden selbst in Berührung kommen.

Der Abkühlraum kann dabei ein Querschnittsprofil aufweisen, das zur Rinne hin verjüngt ausgebildet ist. Durch die Ver­ jüngung des Querschnittes zur Rinne hin ergibt sich eine einfache Möglichkeit zum Sammeln der Pulverteilchen und zum Transport der Pulverteilchen vom Abkühlraum zur Abschei­ devorrichtung, wobei die Verstopfungsgefahr auf ein Mini­ mum reduziert ist.

Die Rinne und/oder der siebförmige Zwischenboden können zur Auslaßöffnung des Abkühlraumes hin leicht nach unten geneigt sein. Durch eine derartige Ausbildung der Rinne und/oder des siebförmigen Zwischenbodens wird der Transport der Pulverteilchen zur Auslaßöffnung des Abkühlraumes hin weiter verbessert. Dem gleichen Zweck dient es, wenn die Rinne und/oder der siebförmige Zwischenboden als Vibrations­ fördereinrichtung ausgebildet sind.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Auslaßöffnung des Abkühlraumes am von der Düse entfernten Ende der Rinne etwa vertikal vorgesehen ist, und daß der siebförmige Zwi­ schenboden sich bis zur Auslaßöffnung erstreckt und die Auslaßöffnung in zwei Querschnittsbereiche unterteilt. Der eine, d.h. der über dem Zwischenboden befindliche Quer­ schnittsbereich ist dabei zum Durchlaß der Pulverteilchen und eines Teiles der Luft vorgesehen, während der zweite, d.h. der unter dem siebförmigen Zwischenboden befindliche Querschnittsbereich insbesondere zum Luftdurchlaß vorge­ sehen ist.

Die Auslaßöffnung kann dabei zur Einstellung der relativen Anteile der durch die beiden Querschnittsbereiche durchströ­ menden Luft mit einer Einstelleinrichtung versehen sein, die eine Klappe aufweist. Mit der Klappe ist es möglich, den Anteil der durch den siebförmigen Zwischenboden in den Abkühlraum einströmenden Luft und den verbleibenden, direkt durch die Auslaßöffnung aus dem Abkühlraum ausströmenden Luftanteil einzustellen. Damit ist es möglich, das sogenannte Wirbelbett auf dem siebförmigen Zwischenboden zu regulieren.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung an den Abkühl­ raum luftdicht angeschlossen ist, und daß die in das Behält­ nis ragende Düse zum Einsprühen der Metallschmelze in den Abkühlraum eine Injektordüse mit einem Ringkanal ist, die an den Abkühlraum luftdicht angeschlossen ist. Durch den luftdichten Anschluß der Einrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung, d.h. des Druckventilators an den Abkühlraum wird der Vorteil erzielt, daß eine genau definierte Luft­ menge in den Abkühlraum eintritt. Da andererseits auch die durch die Düse in den Abkühlraum eingesprühte Metallmenge genau bestimmbar ist, ist es möglich, beim Betrieb der er­ findungsgemäßen Vorrichtung jederzeit unter der unteren Ex­ plosionsgrenze zu bleiben. Entsprechendes gilt auch für die Tatsache, daß die in das Behältnis ragende Düse zum Einsprühen den Metallschmelze in den Abkühlraum eine Injektordüse mit einem Ringkanal ist, die an den Abkühlraum luftdicht ange­ schlossen ist. Auch durch diesen luftdichten Anschluß wird eine sogenannte Sekundärluft, wie sie bei bekannten Vorrich­ tungen der gattungsgemäßen Art mit einem Saugventilator in den Ahkühlraum eintritt, vermieden, weil zwischen der Düse und der im Abkühlraum vorgesehenen Einlaßöffnung für die Düse kein Spalt vorhanden ist, durch den die Sekundärluft in den Abkühlraum eintreten kann. Außerdem ist es bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung möglich, daß der Ringkanal der Injektordüse mit der Einrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung verbunden ist. Damit wird der Vorteil erzielt, daß für die Injektor­ düse keine eigene Druckluftquelle erforderlich ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Metallpul­ ver durch Zerstäuben aus der Metallschmelze. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Her­ stellung von Metallpulver,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II aus Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallpul­ ver durch Zerstäuben aus einer in einem Behältnis 10 vorhan­ denen Metallschmelze 12. Das Behältnis 10 ist mit einer Düse 14 und mit einem Druckluftanschluß 16 versehen. Durch den Druckluftanschluß 16 wird in das Behältnis 10 Druckluft ein­ gepreßt, so daß die Metallschmelze 12 durch die Düse 14 in den Abkühlraum 18 eingesprüht wird. Im Abkühlraum 18 erstar­ ren die Tröpfchen der Metallschmelze 12 zu Pulverteilchen. Die Tröpfchen der Metallschmelze sind in dieser Fig. mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet und die im Abkühlraum erstarr­ ten Pulverteilchen mit der Bezugsziffer 22. Der Abkühlraum 18 weist eine Auslaßöffnung 24 auf, an die mittels einer Rohrleitung 26 eine Abscheidevorrichtung 28 beispielsweise in Form eines Zyklons angeschlossen ist. Die Vorrichtung weist außerdem eine Einrichtung 30 zur Erzeugung einer Luft­ strömung durch den Abkühlraum 18 und durch die Abscheide­ vorrichtung 28 hindurch auf. Die Einrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung ist als Druckventilator ausgebildet, der durch eine Einlaß­ öffnung 32 mit dem Abkühlraum 18 verbunden ist. Die Einlaß­ öffnung 32 befindet sich auf der Seite des Abkühlraumes, an welcher die Düse 14 mit dem Abkühlraum 18 verbunden ist.

Wie aus den Fig. 2 und 3 deutlich ersichtlich ist, ist der Boden des Abkühlraumes 18 als Rinne 34 ausgebildet, die etwa horizontal in Sprührichtung der Düse 14 verläuft. Die Sprührichtung der Düse 14 ist in Fig. 1 durch den Pfeil A angedeutet. Die Abscheidevorrichtung 28 ist im Bereich des der Düse 14 abgekehrten Endes der Rinne 34 durch die Auslaß­ öffnung 24 an den Abkühlraum 18 angeschlossen. Die Rinne 34 ist mit einem siebförmigen Zwischenboden 36 versehen, der die Rinne auf der dem Abkühlraum 18 zugewandten Seite von der Einlaßöffnung 32 des Druckventilators 30 bis zur Auslaßöffnung 24 überspannt. Der Druckventilator 30 ist an den Abkühlraum 18 derart angeschlossen, daß mindestens ein Teil der Luftströmung von der Rinne 34 durch den sieb­ förmigen Zwischenboden 36 in den Abkühlraum 18 gerichtet ist. Dieser Teil der Luftströmung ist durch die Pfeile B, die in Fig. 1 nach oben gerichtet sind, angedeutet. Der durch den siebförmigen Zwischenboden 36 hindurchströmende Anteil der mit dem Druckventilator 30 erzeugten Luftströ­ mung wird mit einer Einstelleinrichtung 38 geregelt, die eine Klappe 40 aufweist. Die Klappe 40 ist am zur Einlaß­ öffnung 32 entgegengesetzten Ende des siebförmigen Zwischen­ bodens 36 angeordnet, wobei der siebförmige Zwischenboden sich bis zur Auslaßöffnung 24 erstreckt und die Auslaßöff­ nung 24 in zwei Querschnittsbereiche 42 und 44 unterteilt. Diese beiden Querschnittsbereiche sind aus Fig. 3 deutlich ersichtlich.

Aus den Fig. 2 und 3 ist die Querschnittsform des Abkühl­ raumes 18 ersichtlich, die zur Rinne 34 hin verjüngt aus­ gebildet ist.

Durch Verstellung der Klappe 40 der Einstelleinrichtung 38 nach unten, wird der Strömungswiderstand des Luftantei­ les, der den Abkühlraum ohne Durchströmen des siebförmigen Zwischenbodens 36 direkt verläßt, größer, so daß ein immer größer werdender Anteil der vom Druckventilator 30 erzeug­ ten Luft in Richtung der Pfeile B durch den siebförmigen Zwischenboden 36 in den Abkühlraum 18 einströmt. Dadurch ergibt sich ein immer stärker und turbulenter werdendes Fließ­ bett für die Metallteilchen 22. Umgekehrt wird das Fließbett immer schwächer, wenn die Klappe 40 nach oben verstellt wird (s Fig. 1), weil dann ein immer größer werdender Anteil der Luftströmung direkt den Abkühlraum 18 verläßt, ohne durch den siebförmigen Zwischenboden 36 durchgeströmt zu sein.

Mit Hilfe der Klappe 4 ist es möglich, die Austrittsgeschwin­ digkeit der Luftströmung in Richtung der Pfeile B zu beein­ flussen.

Wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich ist, ist der Druckven­ tilator 30 an den Abkühlraum 18 luftdicht angeschlossen. Des­ gleichen ist die in den Abkühlraum 18 ragende Düse 14 zum Einsprühen der Metallschmelze 12 in den Abkühlraum 18 an den Abkühlraum 18 luftdicht angeschlossen. Die Düse 14 ist als Injektordüse mit einer Düsenöffnung 46 und einem die Düsen­ öffnung 46 umgebenden Ringkanal 48 ausgebildet. Sie weist außerdem einen Druckluftanschluß 50 auf. Erfindungsgemäß ist es möglich, den Ringkanal 48 über den Druckluftanschluß 50 mit dem Druckventilator 30 zu verbinden, so daß für die Düse 14 keine eigene Druckluftquelle erforderlich ist.

Anstelle eines Druckventilators kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein Saugventilator oder eine Kombination aus Druck- und Saugventilator eingesetzt werden. Die Auslaß­ öffnung 24 muß selbstverständlich nicht an der der Düse 14 abgewandten Seite des Abkühlraumes 18 angeordnet sein, sie kann auch an einer beliebigen anderen Stelle des Abkühlrau­ mes 18 in beliebiger Anzahl vorgesehen sein.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Metallpulver durch Zerstäu­ ben einer Metallschmelze, mit einem die Schmelze aufneh­ menden, mit einer Düse (14) ausgestatteten Behältnis (10), mit einem Abkühlraum (18), in den die Metallschmelze (12) von der Düse (14) aus gesprüht wird und in dem die Tröpf­ chen (20) der Metallschmelze (12) zu Pulverteilchen (22) erstarren, mit einer mit dem Abkühlraum (18) verbundenen Abscheidevorrichtung (28) für die Pulverteilchen (22), und mit einer Einrichtung (30) zur Erzeugung einer Luftströ­ mung durch den Abkühlraum (18) und durch die Abscheidevor­ richtung (28) hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Abkühlraumes (18) als etwa horizontal in Sprührichtung (A) der Düse (14) verlaufende Rinne (34) ausgebildet ist, und daß die Abscheidevorrichtung (28) im Bereich des der Düse (14) abgekehrten Endes der Rinne (34) durch eine Auslaßöffnung (24) an den Abkühlraum (18) ange­ schlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (34) mit einem siebförmigen Zwischenboden (36) versehen ist, der die Rinne (34) auf der dem Abkühlraum (18) zugewandten Seite überspannt, und daß die Einrichtung (30) zur Erzeugung einer Luftströmung an den Abkühlraum (18) derart angeschlossen ist, daß mindestens ein Teil (B) der Luftströmung von der Rinne (34) durch den siebförmigen Zwischenboden (36) in den Abkühlraum (18) gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abkühlraum (18) ein Querschnittsprofil aufweist, das zur Rinne (34) hin verjüngt ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (34) und/oder der siebförmige Zwischenboden (36) zur Auslaßöffnung (24) des Abkühlraumes (18) hin leicht nach unten geneigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (34) und/oder der siebförmige Zwischenboden (36) als Vibrationsfördereinrichtung ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (24) des Abkühlraumes (18) am von der Düse (14) entfernten Ende der Rinne (34) etwa vertikal vorgesehen ist, und daß der siebförmige Zwischenboden (36) sich bis zur Auslaßöffnung (24) erstreckt und die Auslaß­ öffnung (24) in zwei Querschnittsbereiche (42, 44) unter­ teilt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (24) zur Einstellung der relativen An­ teile der durch die beiden Querschnittsbereiche (42, 44) durchströmenden Luft mit einer Einstelleinrichtung (38) versehen ist, die eine Klappe (40) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zur Erzeu­ gung einer Luftströmung an den Abkühlraum (18) luftdicht angeschlossen ist, und daß die in den Abkühlraum (18) ra­ gende Düse (14) zum Einsprühen der Metallschmelze (12) in den Abkühlraum (18) eine Injektordüse mit einem Ring­ kanal (48) ist, die an den Abkühlraum (18) luftdicht an­ geschlossen ist.