DE4117140A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von pulvern und granulaten in kugelform aus einer schmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Herstellung von Pulvern und Granulaten in Ku­ gelform, wobei ein Schmelzstrahl zerstäubt und die zer­ stäubten Partikel gekühlt und verfestigt werden.

Aus der DE-C-35 33 964 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung bekannt, bei dem das Schmelzmaterial nach Überhitzung des Schmelzstrahles von einer trichterförmigen Treibgaszu­ führung nach unten in einen Gasraum zersprüht wird. Ein Problem der bekannten Verfahren dieser Art besteht darin, daß das Zerstäubergas einen vergleichsweise hohen Druck bis zu 20 bar aufweisen muß, was schon aus diesem Grunde das bekannte Verfahren vergleichsweise teuer macht. Auch der hohe Gasverbrauch ist kostspielig, man rechnet in der Regel mit 1 kg Gas pro 1 kg Pulver. Ein besonderes Problem besteht auch darin, daß insbesondere bei hohen Ansprüchen an die Reinheit und bei der Erzeugung reaktiver Pulver Edelgas eingesetzt werden muß. Es ist daher bekannt, diese Gase im Kreislauf zu führen, wobei der zusätzliche, zu treibende Aufwand häufig höher ist, als derjenige des Be­ triebes der Zerstäuberanlage selbst.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahrensweise bei der Gaszerstäubung besteht darin, daß durch kaltes Gas ein großer Anteil an Partikeln entstehen kann, der nicht der gewünschten Kugelform entspricht. So findet man Stäbchen, Spratzen, Hohlkörper oder Kugeln mit Satelliten, d. h. die Ausbeute an brauchbarem Material ist vergleichsweise ge­ ring.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der mit einem Verfahren bzw. einer entsprechenden Vorrich­ tung der eingangs bezeichneten Art die Ausbeute an kugel­ runden Pulverpartikeln erhöht wird, die zum Einsatz kommen­ de Energie reduziert und der steuerungs- und regelungstech­ nische Aufwand minimiert wird.

Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird die­ se Aufgabe gemäß der Erfindung verfahrensmäßig dadurch ge­ löst, daß der Schmelzstrahl von einem heißen Gas-/Plasma­ strahl aus einem Plasmagenerator zerstäubt wird.

Dadurch, daß zum Zerstäuben ein hochenergetischer Gas-/Plasmastrahl herangezogen wird, wird erreicht, daß sehr saubere, kugelrunde Granulate entstehen in einem Durchmes­ serbereich von unter 10 bis 1000 µm je nach Verfahrenspara­ meter. Die Zerstäubung mittels des Gas-/Plasmastrahles kann dabei in unterschiedlicher Weise erfolgen. So sieht die Erfindung einerseits vor, daß der in Schwerkraftrich­ tung austretende Schmelzstrahl von einem dazu im Winkel stehenden Gas-/Plasmastrahl zerstäubt wird, wobei sich als günstig herausgestellt hat, wenn der Gas-/Plasmastrahl et­ wa um 90°, d. h. in der Horizontalebene seitlich auf den Schmelzstrahl trifft, ohne daß die Erfindung auf diesen speziellen Winkel beschränkt wäre.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Schmelz­ strahl von einem gegen die Schwerkraftrichtung von unten wirkenden Gas-/Plasmastrahl zerstäubt wird.

Es versteht sich von selbst, daß die Zerstäubung in einem gasdichten, ggf. wandgekühlten Druckbehälter durchführbar ist, wobei die Gasatmosphäre beispielsweise als Schutzgas­ atmosphäre ausgebildet sein kann.

Durch den Einsatz eines Plasmagenerators, bei dem selbst auch Gas eingesetzt wird, liegt gleichwohl die zur Zerstäu­ bung eingesetzte Gasmenge bei nur 2 bis 20% des herkömmli­ chen Verbrauches bei gattungsgemäßen Verfahren. Der Ein­ satz an Frischgas liegt nur bei etwa 0,3%.

Zur Lösung der weiter oben angegebenen Aufgabe sieht die Erfindung auch eine Vorrichtung vor, mit einem die Schmel­ ze aufnehmenden, diese in Schwerkraftrichtung unten freige­ benden Aufnahmebehälter und einer Zerstäubungseinrichtung zur Zerstäubung des Schmelzstrahles in einem im wesentli­ chen gasdicht gekapselten Behälter, wie sie beispielsweise in der oben schon erwähnten DE-C-35 33 964 angegeben ist.

Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, daß im Bereich der Austrittsöffnung des Schmelzstrahles aus dem Aufnahmebehälter der Düsenmund für einen Gas-/Plas­ mastrahl aus einem Plasmagenerator angeordnet ist.

Wie oben schon erwähnt, weist der Einsatz eines Plasmagene­ rators mit dem damit erzeugten Gas-/Plasmastrahl eine Fül­ le von Vorteilen auf.

Der Düsenmünd kann dabei in unterschiedlicher Weise rela­ tiv zum in Schwerkraftrichtung verlaufenden Schmelzstrahl angeordnet sein, so nach einer Ausgestaltung der Erfindung etwa im rechten Winkel in einer Horizontalebene oder aber in Schwerkraftrichtung unterhalb des Schmelzstrahles, wo­ bei dann zweckmäßig ein Zerstäuberkopf vorgesehen ist.

Eine Besonderheit kann erfindungsgemäß darin liegen, daß der Zerstäuberkopf mit Plasmaaustrittsöffnungen zur Erzeu­ gung einer im wesentlichen tellerartigen Horizontalzerstäu­ ber-Strömung ausgerüstet ist. Dabei ergibt sich die Mög­ lichkeit, den Schmelzstrahl nicht nur zu zerstäuben, son­ dern auch federartig in einem Bereich des offenen Behäl­ ters abzuschleudern, so daß die Partikel noch vergleichs­ weise lange in einer vom Plasma erzeugten heißen Umgebung sind, so daß es zu einer optimalen Kugelauskühlung kommt.

Vorteilhaft ist das Gehäuse der Vorrichtung, das eine gas­ dichte Kapselung zur Einbringung einer Schutzgasatmosphäre aufweist, wobei das Gehäuse mit wenigstens einer das Ein­ führen des Vormaterials ermöglichenden und das Abführen der Pulverpartikel ermöglichenden Schleuse ausgerüstet ist.

Damit läßt sich eine vergleichsweise einfache Konstruktion verwirklichen, es läßt sich damit ein im wesentlichen kon­ tinuierliches Arbeiten erreichen.

Vorteilhaft kann es sein, eine Umwälzeinrichtung und/oder eine Kühleinrichtung für das Schutzgas vorzusehen, wobei zur Kühlung auch das Vorrichtungsgehäuse erfindungsgemäß doppelwandig ausgebildet sein kann, wobei auch vorgesehen sein kann, innerhalb des Gehäuses einen Schmelz-Drehofen für das Vormaterial vorzusehen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einer vereinfach­ ten Schnittdarstellung sowie in,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung in gleicher Darstellungsweise wie in Fig. 1.

In der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 1 und 2 sind gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen ver­ sehen, wobei bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die ent­ sprechenden Bezugszeichen mit einem "′" ergänzt sind.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung (bzw. 1′ in Fig. 2) besteht aus einem ggf. mantelgekühlten Druckbehäl­ ter 2 mit einer oberen Vormaterialeintragschleuse 3 und ei­ nem in Schwerkraftrichtung unten liegenden Auffangbehälter 4 für das Fertiggranulat 5, der mittels einer Schleuse 6 vom mit 7 bezeichneten Innenraum des Behälters 2 getrennt ist.

Im Inneren 7 des Behälters 2 befindet sich ein Schmelz- Drehofen 8 unterhalb der Eintragsschleuse 3, dessen mit 8a bezeichnete Schüttülle einen mit einer Außenheizung 9 ver­ sehenen Aufnahmebehälter 10 für die mit 11 bezeichneten Schmelze aufweist. Der Aufnahmebehälter 10 weist eine unte­ re Austrittsöffnung 12 auf, aus dem ein nicht näher be­ zeichneter Schmelzstrahl austritt.

Etwa in der Horizontalebene liegend und seitlich am Behäl­ ter 2 angeordnet, weist die Vorrichtung nach dem Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1 einen Plasmagenerator 13 auf mit einer Frischgaszuleitung 14 und Zuleitungen 15 für die elektrische Energie. Gleichzeitig ist eine Gasrückhollei­ tung 16 mit einem Gebläse 17 eingezeichnet, über die aus dem Behälterinnenraum 7 Gas umgewälzt werden kann.

In Fig. 2 ist noch die Möglichkeit dargestellt, in diese Rückführleitung 16′ einen Wärmeaustauscher 18 einzubauen.

Der Plasmagenerator erzeugt einen Gas-/Plasmastrahl 19, über den der Schmelzstrahl zerstäubt wird, die zerstäub­ ten, ggf. schon verfestigten Partikel sind punktiert in den Figuren dargestellt und mit 20 bezeichnet.

In Fig. 1 ist nicht näher dargestellt, daß die Zuordnung des Plasmastrahles 19 zum austretenden Schmelzstrahl so­ wohl im Abstand als auch im Winkel veränderbar ist, so kann beispielsweise der Plasmagenerator in der Behälter­ wand 2 um ein gewisses Maß verstellbar angeordnet sein.

Im nach Fig. 2 abgewandelten Ausführungsbeispiel ist in ei­ nem inneren Zentralschacht 21 der Plasmagenerator 13′ in Schwerkraftrichtung gegen die Austrittsöffnung 12′ des Schmelzstrahles angeordnet, wobei hier zusätzlich im Auf­ treffbereich ein Horizontalzerstäuber 22 vorgesehen ist, der in der Weise wirkt, daß sich eine etwa tellerartige Zerstäuberstrahlausbildung ergibt, wie dies in der Figur punktiert angedeutet ist.

In beiden Fällen der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind Anschlüsse 23 für eine Vakuumpumpe oder 24 für eine Erstgasfüllung vorgesehen, ebenso wie die Einsichtnahme er­ möglichende Schaugläser 25, die in den Figuren nur andeu­ tungsweise wiedergegeben sind.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Pulvern und Granulaten in Kugelform, wobei ein Schmelzstrahl zerstäubt und die zer­ stäubten Partikel gekühlt und verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzstrahl von einem heißen Gas-/Plasmastrahl aus einem Plasmagenerator zerstäubt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Schwerkraftrichtung austretende Schmelzstrahl von einem dazu im Winkel stehenden Gas-/Plasmastrahl zer­ stäubt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzstrahl von einem 90° dazu wirkenden, seitlich angreifenden Gas-/Plasmastrahl zerstäubt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzstrahl von einem gegen die Schwerkraftrich­ tung von unten wirkenden Gas-/Plasmastrahl zerstäubt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung in einem gasdichten, ggf. wandgekühl­ ten Druckbehälter durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung in einer von der Umgebungsluft abwei­ chenden Gasatmosphäre, insbesondere in einer Schutzgasatmo­ sphäre vorgenommen wird.

7. Vorrichtung zur Erzeugung von Pulvern und Granulaten in Kugelform aus der Zerstäubung eines Schmelzstrahles mit ei­ nem die Schmelze aufnehmenden, diese in Schwerkraftrich­ tung unten freigebenden Aufnahmebehälter und einer Zerstäu­ bungseinrichtung zur Zerstäubung des Schmelzstrahles in ei­ nem im wesentlichen gasdicht gekapselten Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austrittsöffnung (12) des Schmelzstrah­ les aus dem Aufnahmebehälter (10) der Düsenmund für einen Gas-/Plasmastrahl (19) aus einem Plasmagenerator (13) ange­ ordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenmund (13a) des Plasmagenerators (13) etwa im rechten Winkel in einer Horizontalebene zum Schmelzstrahl angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenmund (13a′) in Schwerkraftrichtung unterhalb des Schmelzstrahles angeordnet und mit einem Zerstäuber­ kopf (22) ausgerüstet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuberkopf (22) mit Plasmaaustrittsöffnungen zur Erzeugung einer im wesentlichen tellerartigen Horizon­ talzerstäuber-Strömung ausgerüstet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) der Vorrichtung (1) eine gasdichte Kap­ selung zur Einbringung einer Schutzgasatmosphäre aufweist, wobei das Gehäuse (2) mit wenigstens einer das Einführen des Vormaterials ermöglichenden und das Abführen der Pul­ verpartikel (5) ermöglichenden Schleuse (3 und 6) ausgerü­ stet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umwälzeinrichtung (17) und/oder eine Kühleinrich­ tung (18) für das Schutzgas vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorrichtungsgehäuse (2) doppelwandig zur Gehäuse­ mantelkühlung ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses unterhalb der Vormaterialein­ tragsschleuse (3) ein Schmelz-Drehofen (8) zur Verflüssi­ gung des Vormateriales vorgesehen ist.