DE4105154A1

DE4105154A1 - METHOD FOR PRODUCING METAL PARTICLES FROM A METAL MELT BY SPRAYING

Info

Publication number: DE4105154A1
Application number: DE19914105154
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Reif
Original assignee: Eckart Werk Standard Bronzepulver Werke Carl Eckart GmbH and Co
Current assignee: Eckart Werk Standard Bronzepulver Werke Carl Eckart GmbH and Co
Priority date: 1990-11-17
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1992-05-21
Also published as: JPH06340904A; EP0486830A3; EP0486830A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallpartikeln aus einer Metallschmelze, wobei die Metallschmelze durch eine Ausgabedüse als Metallstrahl ausgegeben und der Metallstrahl stromabwärts nach der Ausgabedüse in einer Zerstäubungszone mit einem durch eine Düseneinrichtung durchgeleiteten Fluid beaufschlagt wird, durch welches der Metallstrahl zu den Metallpartikeln zerstäubt wird.The invention relates to a method for producing Metal particles from a molten metal, the Molten metal through a dispensing nozzle as a metal jet issued and the metal beam downstream after the Dispensing nozzle in a spray zone with a through a Fluid passed through the nozzle device is acted upon which the metal jet is atomized to the metal particles.

Die Größen- bzw. Kornverteilung der mit einem solchen Verfahren hergestellten Metallpartikel ist u. a. vom Querschnitt der Ausgabedüse, vom Druck, mit welchem die Metallschmelze durch die Ausgabedüse hindurchbefördert wird, von der Anordnung der Düseneinrichtung in Bezug zur Ausgabedüse und von weiteren Parametern abhängig, die gegebenenfalls einstellbar sein können, um die Kornverteilung der Metallpartikel wunschgemäß einstellen zu können. Ganz wesentlich ist hierbei das Verhältnis von durch die Ausgabedüse ausgegebenem Metall zu durch die Düseneinrichtung durchgeleitetem und ausgegebenem Fluid. Um ein sehr feines Kornspektrum zu erzielen, ist es erforderlich, die pro Zeiteinheit durch die Ausgabedüse ausgegebene Metallmenge, d. h. die Metalldurchflußrate zu verkleinern. Das wird bislang dadurch bewerkstelligt, daß der Querschnitt der Ausgabedüse entsprechend klein gewählt wird. Hierbei ergeben sich jedoch Untergrenzen für den Querschnitt der Ausgabedüse, die bspw. dadurch bedingt sind, daß bei zu kleinem Ausgabedüsenquerschnitt durch Gravitation kein Transport der Metallschmelze durch die Ausgabedüse hindurch mehr möglich ist, bzw. daß dann auch durch die Saugwirkung der in der Nachbarschaft der Ausgabedüse vorgesehenen Düseneinrichtung kein Transport der Metallschmelze aus der Ausgabedüse heraus mehr erzielt wird. Desweiteren besteht bei kleinem Querschnitt der Ausgabedüse die Gefahr des Einfrierens des Metallstrahles an bzw. in der Ausgabedüse, so daß es zu einem Verstopfen der Ausgabedüse kommen kann. Eine verstopfte Ausgabedüse ist jedoch unbrauchbar. Desweiteren ergibt sich bei Ausgabedüsen kleinen Querschnitts eine Verstopfungsgefahr durch in der Metallschmelze befindliche schmelzefremde Bestandteile wie Oxidschlacken o. dgl.The size or grain distribution with such Processed metal particles is u. a. from the cross section the discharge nozzle, the pressure with which the molten metal is conveyed through the dispensing nozzle from the assembly the nozzle device in relation to the dispensing nozzle and others Dependent on parameters, which may be adjustable can to the grain size distribution of the metal particles as desired to be able to adjust. This is very important here Ratio of metal dispensed through the dispensing nozzle passed through and issued by the nozzle device Fluid. In order to achieve a very fine grain spectrum, it is required per unit of time through the dispensing nozzle amount of metal spent, d. H. the metal flow rate too downsize. So far, this has been achieved by the fact that the Cross section of the dispensing nozzle is chosen to be correspondingly small. However, there are lower limits for the cross section the dispensing nozzle, which are caused, for example, by the fact that at small outlet nozzle cross section due to gravitation no Transport of the molten metal through the dispensing nozzle is more possible, or that then by the suction of provided in the vicinity of the dispensing nozzle No nozzle device transport of the molten metal from the Dispensing nozzle is achieved more. Furthermore there is at small cross section of the dispensing nozzle the risk of freezing of the metal jet on or in the dispensing nozzle, so that it too clogging of the dispensing nozzle. A clogged one However, the dispensing nozzle is unusable. Furthermore, it results in Small cross-section dispensing nozzles pose a risk of clogging non-melt components in the molten metal like oxide slags or the like

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem es problemlos möglich ist, Metallpartikel jedes gewünschten Kornspektrums und insbes. auch eines sehr feinen Kornspektrums problemlos herzustellen. The invention is therefore based on the object of a method of the type mentioned at the beginning, with which it is easily possible, metal particles of any desired Grain spectrum and especially a very fine grain spectrum easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Metallstrahl im Bereich zwischen der Ausgabedüse und der Zerstäubungszone das elektromagnetische Feld einer Elektromagnetfeldeinrichtung durchströmt, wobei der Metallstrahl durch das elektromagnetische Feld in seinem Querschnitt im Vergleich zu dem durch die Ausgabedüse festgelegten Ausgangsquerschnitt verändert wird.This object is achieved in that the Metal jet in the area between the dispensing nozzle and the Atomization zone the electromagnetic field of a Flows through electromagnetic field device, the Metal beam through the electromagnetic field in his Cross section compared to that through the dispensing nozzle specified output cross-section is changed.

Erfindungsgemäß ist es also möglich, eine Ausgabedüse mit einem relativ großen Querschnitt zu verwenden, so daß kein Transportproblem der Metallschmelze durch die Ausgabedüse hindurch und keine Einfrier- und/oder Verstopfungsgefahr der Ausgabedüse gegeben ist. Die Metallschmelze kann die Ausgabedüse also infolge der Wirkung der Gravitation als laminarer Metallstrahl verlassen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist den besonderen Vorteil auf, daß mit ihm Metallpartikel herstellbar sind, die in einem sehr feinen Kornspektrum vorliegen, weil durch die elektromagnetfeldbedingte Veränderung des Querschnitts des Metallstrahles bzw. insbes. Reduktion seines Querschnitts im Bereich der Zerstäubungszone die Metalldurchflußrate im Verhältnis zum die Düseneinrichtung durchströmenden Zerstäubungs-Fluid entsprechend klein ist, so daß das erfindungsgemäße Verfahren eine ausgezeichnete Produktivität aufweist.According to the invention it is therefore possible to use a dispensing nozzle to use a relatively large cross section, so that no Transport problem of the molten metal through the dispensing nozzle through and no risk of freezing and / or clogging the Dispensing nozzle is given. The molten metal can Output nozzle as a result of the effect of gravitation leave laminar metal beam. The invention Process has the particular advantage that with it Metal particles can be produced in a very fine Grain spectrum are available because of the Change in the cross section of the Metal beam or in particular reduction of its cross section in Area of the atomization zone the metal flow rate in the Relationship to the flow through the nozzle device Atomizing fluid is correspondingly small, so that the The inventive method excellent productivity having.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Metallstrahl mittels des elektromagnetischen Feldes der Elektromagnetfeldeinrichtung stromabwärts nach der Ausgabedüse beschleunigt werden, so daß die Geschwindigkeit des eingeengten Metallstrahles dem Querschnittsverhältnis von Ausgabedüse zu eingeengtem Metallstrahl entsprechend größer ist als die Durchströmgeschwindigkeit des Metallstrahles durch die Ausgabedüse hindurch. Es ist auch möglich, daß der Metallstrahl mittels des elektromagnetischen Feldes der Elektromagnetfeldeinrichtung in der Ausgabedüse derart beeinflußt wird, daß die zur Innenfläche der Ausgabedüse benachbarte Zone des Metallstrahles im Vergleich zu seiner zentralen Zone gebremst wird. In jedem Fall ergibt sich folglich ein eingeengter Metallstrahl, d. h. ein Metallstrahl, dessen Querschnitt im Vergleich zum Querschnitt der Ausgabedüse klein ist. Die Ausgabedüse kann eine beliebige Querschnittsform aufweisen, d. h. sie kann einen runden, einen eckigen, einen ovalen oder einen beliebigen anderen Voll- oder Ringquerschnitt besitzen.In the method according to the invention, the metal jet can be the electromagnetic field of the electromagnetic field device be accelerated downstream after the dispensing nozzle so that the speed of the narrowed metal beam Cross-sectional ratio of dispensing nozzle to restricted Metal beam is correspondingly larger than that Flow rate of the metal jet through the Dispensing nozzle. It is also possible that the Metal beam by means of the electromagnetic field of the Electromagnetic field device in the dispensing nozzle such is influenced that to the inner surface of the dispensing nozzle adjacent zone of the metal beam compared to its central zone is braked. In any case, it results consequently a narrowed metal beam, i. H. a metal beam, its cross section compared to the cross section of the dispensing nozzle is small. The dispensing nozzle can have any cross-sectional shape have d. H. it can be round, angular, one oval or any other full or ring cross-section have.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den mit einem bestimmten Querschnitt aus der Ausgabedüse austretenden Metallstrahl mittels der Elektromagnetfeldeinrichtung so zu beeinflussen, daß das Verhältnis von Querschnittsfläche des eingeengten Metallstrahles zu seiner Umfangslänge vergrößert wird. Das kann bspw. dadurch realisiert werden, daß ein Metallstrahl mit einem kreisrunden Austrittsquerschnitt durch die Einwirkung der Elektromagnetfeldeinrichtung derart umgeformt wird, daß sein Querschnitt eine flache Ellipse bildet, bevor der Metallstrahl in die Zerstäubungszone eintritt. Dadurch wird einerseits die Angriffsfläche für das Zerstäubungs-Fluid vergrößert und andererseits die notwendige Eindringtiefe zur Desintegration des Metallstrahles durch das Zerstäubungs-Fluid reduziert. Beide Effekte unterstützen bzw. fördern in vorteilhafter Weise die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden, oben angegebenen Aufgabe.According to the invention, it is also possible to use a specific one Cross section of metal jet emerging from the dispensing nozzle to influence by means of the electromagnetic field device that the ratio of cross-sectional area of the constricted Metal beam is enlarged to its circumferential length. The can be realized, for example, that a metal beam with a circular outlet cross section through the action of Electromagnetic field device is deformed in such a way that Cross section forms a flat ellipse before the metal beam enters the atomization zone. On the one hand, this means that Area of attack for the atomizing fluid enlarged and on the other hand, the depth of penetration required for disintegration of the metal jet reduced by the atomizing fluid. Both effects support or promote in an advantageous manner the solution of the basis of the invention, above specified task.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn der Metallstrahl stromabwärts nach der einen Durchmesser zwischen 5 und 20 mm, vorzugsweise 8 bis 10 mm aufweisenden Ausgabedüse auf einen Querschnitt mit einer linearen Abmessung zwischen etwa 0,5 und 4 mm, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 2 mm eingeengt wird. It has proven to be useful if the metal beam downstream after a diameter between 5 and 20 mm, preferably 8 to 10 mm dispensing nozzle on a Cross section with a linear dimension between about 0.5 and 4 mm, preferably between about 1 and 2 mm.

Selbstverständlich kann die Ausgabedüse auch größere lineare Querschnittsabmessungen besitzen. Entsprechendes gilt für die linearen Abmessungen des eingeengten Metallstrahles. Die zuletzt genannten Dimensionen sollen primär dazu dienen, Größenordnungen anzugeben; keinesfalls sollen diese Dimensionen den Erfindungsgegenstand einschränken.Of course, the dispensing nozzle can also be larger linear Have cross-sectional dimensions. The same applies to the linear dimensions of the narrowed metal beam. The the latter dimensions are primarily intended to serve To indicate orders of magnitude; by no means should these Dimensions restrict the subject of the invention.

Der eingeengte Metallstrahl kann in der Zerstäubungszone mit einem gasförmigen Fluid beaufschlagt werden, bei dem es sich um Luft oder um ein Inertgas handeln kann. Selbstverständlich kann auch ein beliebiges anderes gasförmiges Fluid zur Anwendung gelangen.The restricted metal jet can co-exist in the atomization zone a gaseous fluid, which is Air or an inert gas. Of course you can any other gaseous fluid for use reach.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den eingeengten Metallstrahl in der Zerstäubungszone mit einer Flüssigkeit zu beaufschlagen.Another option is to narrow the Metal jet in the atomization zone with a liquid too act upon.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Metalle anwendbar, die magnetische Eigenschaften besitzen, so daß die aus der Ausgabedüse ausgegebene Metallschmelze in Form eines Metallstrahles im elektromagnetischen Feld der in der Nachbarschaft der Ausgabedüse angeordneten Elektromagnetfeldeinrichtung nach Art einer substanzlosen Kokille eingeengt werden kann. Die Elektromagnetfeldeinrichtung bzw. das elektromagnetische Feld muß also entsprechend dimensioniert und passend orientiert sein, um den laminaren Strahl der Metallschmelze entsprechend einzuengen. Als Metallschmelze wird bspw. eine Aluminiumschmelze oder eine Kupferschmelze verwendet. Es sind selbstverständlich auch andere Metallschmelzen anwendbar, wie bereits erwähnt worden ist.The method according to the invention can be used for all metals, which have magnetic properties, so that from the Dispensing nozzle in the form of a molten metal Metal beam in the electromagnetic field in the Neighboring the dispensing nozzle arranged Electromagnetic field device like a substanceless Chill mold can be concentrated. The electromagnetic field device or the electromagnetic field must accordingly dimensioned and appropriately oriented to the laminar Narrow the beam of the molten metal accordingly. As Metal melt becomes, for example, an aluminum melt or a Copper smelt used. Of course they are too other metal melts are applicable, as already mentioned is.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch gezeichneten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Further details, features and advantages result from the following description of a schematically drawn Embodiment of a device for performing the inventive method.

Die Figur zeigt abschnittweise eine Ausgabedüse 10, die teilweise aufgeschnitten gezeichnet ist. Durch die Ausgabedüse 10 strömt ein Metallstrahl 12 mit einer durch den Pfeil v1 bezeichneten Geschwindigkeit hindurch. Stromabwärts nach der Ausgabedüse 10 ist eine Elektromagnetfeldeinrichtung 14 vorgesehen, die zur Ausgabedüse 10 koaxial angeordnet ist und die mit einem Durchgang 16 für den Metallstrahl 12 ausgebildet ist. Im Durchgang 16 der Elektromagnetfeldeinrichtung 14 ist ein elektromagnetisches Feld H gegeben. Durch das elektromagnetische Feld H wird der aus der Ausgabedüse 10 austretende Metallstrahl 12 zu einem Metallstrahl 12′ eingeengt. Der Querschnitt der Ausgabedüse 10 ist in der Zeichnung mit Q und der Querschnitt des eingeengten Metallstrahles 12′ ist mit q bezeichnet. Der Querschnitt q kann formmäßig dem Querschnitt Q entsprechen, d. h. z. B. ein kreisrunder Querschnitt Q kann zu einem kreisrunden Querschnitt q reduziert werden. Es ist jedoch auch möglich, daß der Querschnitt q sich vom Querschnitt Q unterscheidet, d. h. bspw. kann ein kreisrunder Querschnitt Q zu einem elliptischen Querschnitt q transformiert werden. Hierbei ist vorzugsweise q < Q. Entsprechend dem Verhältnis des Querschnittes Q der Ausgabedüse 10 zum Querschnitt q des eingeengten Metallstrahles 12′ ist die Geschwindigkeit v2 des eingeengten Metallstrahles 12′ größer als die Geschwindigkeit v1 des Metallstrahles 12 beim Durchströmen der Ausgabedüse 10. Die Geschwindigkeit v2 des eingeengten Metallstrahles 12 ist in der Zeichnung wie die Geschwindigkeit v1 durch einen Pfeil angedeutet.The figure shows sections of a dispensing nozzle 10 , which is drawn partially cut away. A metal jet 12 flows through the dispensing nozzle 10 at a speed indicated by the arrow v 1 . Downstream of the dispensing nozzle 10 , an electromagnetic field device 14 is provided, which is arranged coaxially with the dispensing nozzle 10 and which is designed with a passage 16 for the metal jet 12 . An electromagnetic field H is given in the passage 16 of the electromagnetic field device 14 . By the electromagnetic field H, the metal jet 12 emerging from the dispensing nozzle 10 is narrowed to a metal jet 12 '. The cross section of the dispensing nozzle 10 is in the drawing with Q and the cross section of the narrowed metal jet 12 'is denoted by q. The cross section q can correspond in shape to the cross section Q, ie, for example, a circular cross section Q can be reduced to a circular cross section q. However, it is also possible that the cross section q differs from the cross section Q, ie, for example, a circular cross section Q can be transformed into an elliptical cross section q. Here is preferably q <Q. Corresponding to the ratio of the cross section Q of the dispensing nozzle 10 to the cross section q of the narrowed metal jet 12 ', the speed v 2 of the narrowed metal jet 12 ' is greater than the speed v 1 of the metal jet 12 when flowing through the dispensing nozzle 10 . The speed v 2 of the narrowed metal beam 12 is indicated in the drawing like the speed v 1 by an arrow.

Stromabwärts nach der Elektromagnetfeldeinrichtung 14 ist eine Düseneinrichtung 18 vorgesehen, die gegen den eingeengten bzw. reduzierten Metallstrahl 12′ gerichtet ist. Durch die Düseneinrichtung 18 wird ein Fluid 20 gegen den eingeengten Metallstrahl 12′ gerichtet, so daß das durch Pfeile angedeutete Fluid 20 den eingeengten Metallstrahl 12′ beaufschlagt und der eingeengte Metallstrahl 12′ in der durch die Düseneinrichtung 18 festgelegten Zerstäubungszone 22 zu Metallpartikeln zerstäubt wird. Die Metallpartikel werden dann in einer Abkühlzone 24 abgekühlt und können entsprechend gesammelt werden.Downstream of the electromagnetic field device 14 , a nozzle device 18 is provided, which is directed against the restricted or reduced metal jet 12 '. Through the nozzle device 18 , a fluid 20 is directed against the restricted metal jet 12 ', so that the fluid 20 indicated by arrows acts on the restricted metal jet 12 ' and the restricted metal jet 12 'is atomized into metal particles in the atomization zone 22 defined by the nozzle device 18 . The metal particles are then cooled in a cooling zone 24 and can be collected accordingly.

Die Elektromagnetfeldeinrichtung 14 dient also als substanzlose Kokille, um den aus der Ausgabedüse 10 austretenden Metallstrahl 12 passend einzuengen.The electromagnetic field device 14 thus serves as a substance-free mold in order to appropriately narrow the metal jet 12 emerging from the dispensing nozzle 10 .

Claims

1. A method for producing metal particles from a molten metal, the molten metal being discharged through an output nozzle ( 10 ) as a metal jet ( 12 ) and the metal jet ( 12 ) downstream of the output nozzle ( 10 ) in an atomization zone ( 22 ) with a through a nozzle device ( 18 ) passed through fluid ( 20 ), through which the metal jet ( 12 ) is atomized to the metal particles, characterized in that the metal jet ( 12 ) in the area between the dispensing nozzle ( 10 ) and the atomizing zone ( 22 ) the electromagnetic field (H) flows through an electromagnetic field device ( 14 ), the cross section (q) of the metal beam ( 12 ) being changed by the electromagnetic field (H) in comparison to the initial cross section (Q) defined by the dispensing nozzle ( 10 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the cross section (q) through the electromagnetic field (H) is reduced in comparison to the output cross section (Q) defined by the dispensing nozzle ( 10 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the metal beam ( 12 ) by means of the electromagnetic field (H) of the electromagnetic field device ( 14 ) is accelerated downstream after the dispensing nozzle ( 10 ), so that the speed (v 2 ) of the restricted Metal jet ( 12 ') the cross-sectional ratio (Q: q) of the dispensing nozzle ( 10 ) to the constricted metal jet ( 12 ') is correspondingly greater than the flow rate (v 1 ) of the metal jet ( 12 ) through the dispensing nozzle ( 10 ).

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the metal beam ( 12 ) by means of the electromagnetic field (H) of the electromagnetic field device ( 14 ) in the dispensing nozzle ( 10 ) is influenced such that the adjacent to the inner surface of the dispensing nozzle ( 10 ) Zone of the metal beam ( 12 ) is braked compared to its central zone.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that is affected with a specific, through the dispensing nozzle (10) fixed output cross-section (Q) from the dispensing nozzle (10) exiting the metal beam (12) by means of the electromagnetic field means (14) in such a way that the ratio of cross-sectional area (g) of the narrowed metal jet ( 12 ') to its circumferential length is increased.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal jet ( 12 ) downstream after the having a diameter between 5 and 20 mm, preferably 8 to 10 mm, having output nozzle ( 10 ) on a cross section (q) with a linear dimension between about 0.5 and 4 mm, preferably between about 1 and 2 mm, is concentrated.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the restricted metal jet ( 12 ') in the atomization zone ( 22 ) with a gaseous fluid ( 20 ) is applied.

8. The method according to claim 7, characterized in that the restricted metal jet ( 12 ') in the atomization zone ( 22 ) is acted upon by air.

9. The method according to claim 7, characterized in that the restricted metal jet ( 12 ') in the atomization zone ( 22 ) is acted upon by an inert gas.

10. The method according to claim 7, characterized in that the restricted metal jet ( 12 ') in the atomization zone ( 22 ) is acted upon by a liquid.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized, that used as molten metal an aluminum melt becomes.

12. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized, that a copper melt is used as the molten metal becomes.