DE4340102C2

DE4340102C2 - Einrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Metallpulver oder Metallgegenständen

Info

Publication number: DE4340102C2
Application number: DE19934340102
Authority: DE
Inventors: Hans Holthausen; Norbert Dipl Phys Uebber; Bernd Dipl Ing Commandeur
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2013-11-23
Also published as: DE4340102A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Metallpulver oder Metallgegenständen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei der Zerstäubung flüssiger Metallschmelzen zum Zwecke der Pulverherstellung oder Sprühkompaktierens werden in der Regel Freistrahl- oder Mehrstoffdüsen verwendet, bei spielsweise in Form von Gas- oder Wasserdüsen oder Kombi nationen von beiden.

Die Gas- bzw. Wasserstrahlen der Zerstäuberdüsen sind Frei strahlen und induzieren im Bereich zwischen Zerstäuberdüse und oben auslaufender Schmelze Rezirkulationsströmungen. Diese Strömungen sind entgegen der Hauptströmrichtung gerich tet und weisen teilweise beträchtliche Geschwindigkeiten auf. Dadurch können entstandene Metallpartikel mitgerissen und ent gegen der Schwerkraft bis zur Düse zurück transportiert werden. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der Stabilität der Ver düsung und in extremen Fällen sogar zu einem Einfrieren der Düse führen.

In der Praxis wird dieser Problematik dadurch begegnet, daß in den Rezirkulationsbereich zwischen der Metallschmelze und dem Zerstäubergas zusätzliche Gasstrahlen zugeführt werden, wodurch sich eine Schwächung und Verdrängung der Rückström gebiete erzielen läßt. Dazu macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß die Verdüsung für bestimmte Geometrien in einem bestimmten Wertebereich von Einstellparametern (Primärgas druck etc.) stabil ist.

Bisher wird dieser Stabilitätsbereich durch visuelle Beobach tung der Verdüsungszone erfaßt. Sollen aber die Stabilität der Verdüsung gezielt kontrolliert und Störungen kompensiert werden, so ist eine visuelle Erfassung nicht mehr ausreichend.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 2-228 407 A ist eine Einrichtung zur Herstellung von Metallpulver aus einer Metallschmelze durch Zerstäubung eines aus einem Vorratsgefäß ausströmenden Schmelzenstrahls durch einen Wasserfreistrahl bekannt. Um ein Metallpulver mit gleichbleibenden Eigenschaften herstellen zu können, und hierbei unabhängig von dem Durchmesser der Auslaufdüse für die Schmelze und der Höhe des Schmelzenspiegels in dem Vorratsgefäß zu sein, wird vorgeschlagen, daß der Raum zwischen der Auslaufdüse für den Schmelzenstrahl und dem Wasserfreistrahl als abgeschlossener Raum ausgebildet wird, der mit einer Zusatzgasleitung verbunden ist, und in diesem Raum ein Druck eingestellt wird, der zwischen dem Dampfdruck der Schmelze und dem metallostatischen Druck der Schmelze in dem Vorratsgefäß liegt. Um diesen Druck einstellen zu können, ist dem abgeschlossenen Raum eine Druckmeßeinheit zugeordnet. Über die Einstellung des Druckes in diesem Raum sollen die Einflüsse des Durchmessers der Auslaufdüse für die Schmelze und der Höhe des Schmelzenspiegels in dem Vorratsgefäß auf die Eigenschaften des herzustellenden Metallpulvers ausgeglichen werden. Eine Zuleitung des Zusatzgases über eine konzentrisch zur Auslaufdüse des Schmelzenstrahls verlaufende Düse ist hier nicht beschrieben.

Auch ist aus einer weiteren japanischen Offenlegungsschrift JP 4-325 605 A eine vergleichbare Einrichtung zur Herstellung von Metallpulver bekannt, bei der über die Durchflußmenge des Zusatzgases die scheinbare Schüttdichte des herzustellenden Metallpulvers, ohne dessen Korngröße und Korngrößenverteilung zu verändern, beeinflußt werden soll.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art zugrunde, mit welchem die aufgezeigten Nachteile beseitigt und eine stabile Verdüsung durch Kompensation der Rezirkulationsströmungen erzielt werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der vorliegendem Erfindung wird davon ausgegangen, daß sich bei steigendem Zerstäuberdruck auch die Ansauggeschwin digkeit und der Druckzustand im Bereich der Zerstäuberdüse verändern. Damit lassen sich die Druckverhältnisse als eine Regelgröße im Rezirkulationsgebiet nutzen, die den Strömungs zustand im Düsennahbereich charakterisieren. Erfindungsgemäß wird die Durchflußmenge der über Gasdüsen zugeführten zusätzlichen Gasstrahlen, welche in den Rezirkulationsbereich eingeführt werden, im Verhältnis zum Druckzustand, welcher bei der Verdü sung auf der Austrittsseite der Auslaufdüse in deren Nahbereich herrscht, eingestellt. Dadurch lassen sich Störungen kompensie ren und es besteht die Möglichkeit, den Stabilitätsbereich effizient auszunutzen, z. B. im Hinblick auf Maximierung des Metallmassenstroms durch gezielte Unterdruckeinstellung am Schmelzenauslauf oder für die Einstellung des Sprühgutcharak ters.

Durch die Zufuhr von zusätzlichem Gas in den Rezirkulations bereich wischen der Schmelze und dem Zerstäubergas wird im Nahbereich der Auslaufdüse ein Unterdruck erzeugt, welcher den flüssigen Metallstrahl ansaugt. Dadurch wird ein Einfrie ren in der Auslaufdüse verhindert. Auf diese Weise ergeben sich erweiterte Möglichkeiten bei der Materialauswahl für die Schmelzenauslaufdüse. Weiterhin kann durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Prozeßoptimierung im Hinblick auf die Erzielung größerer Metallmassenströme bei gleichbleibender Produktqualität erzielt werden.

Vorzugsweise ist das Verdüsungssystem zur genauen Bestimmung des Druckzustands gegen Fremdluft abgeschlossen.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die aus der Auslaufdüse austretende Schmelze durch die Zerstäuber düsen und die Gasdüsen zugeführten Gasstrahlen durch einen Ejektor gerichtet geführt. Dabei können der Ejektordurchmes ser und die -länge variabel sein, um eine Anpassung an das jeweils herzustellende Produkt herstellen zu können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bilden die Gasdüsen zur Zufuhr der zusätzlichen Gasstrahlen, die Zerstäuberdüsen und der Ejektor eine feste Zerstäubungseinheit, die kalottenartig gelagert ist. Weiterhin kann die Zerstäubungs einheit zum Zwecke der Prozeßoptimierung rotierbar und schwenk bar beweglich sein. Eine besonders vorteilhafte Schwenkbewe gung erfolgt dabei im Bereich bis zu 10°.

Zur gezielten Regulierung der Gaszufuhr ist es auch denkbar, die Winkeleinstellung der Zerstäuberdüsen und der Gasdüsen zu ändern, insbesondere in einem Bereich von 0 bis 30°.

Schließlich kann erfindungsgemäß das Gas, welches aus den Zerstäuberdüsen und den Gasdüsen zugeführt wird, aus einem einzigen Gasbehälter entnommen werden. Sofern die Prozeßvor aussetzungen dieses verlangen, kann aber auch jede der Düsen individuell, beispielsweise durch Verwendung verschiedener Gassorten, beschickt werden.

Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vor liegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung anhand der begleitenden Zeichnung.

Dabei zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Claims

1. Einrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Metallpulver oder Metallgegenständen, mit einem mit im Boden angeordneter Auslaufdüse versehenen Vorratsbehälter für die Schmelze, einer Düse für ein Fluid zum Zerstäuben des aus der Auslaufdüse austretenden Metallstrahls, einer Zufuhrleitung für ein Zusatzgas in einem von dem Metallstrahl und dem von dem Zerstäubungsfluid gebildeten Strahlenmantel begrenzten Bereich, die mit einer Unterdruckkammer in Verbindung steht, und einem Druckmeßsensor für das Zusatzgas, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zufuhrleitung (19) für das Zusatzgas mit einer Zusatzgasdüse (12) verbunden ist, die koaxial zur Auslaufdüse (3) angeordnet ist und den von dem Strahlenmantel des als Gas (7) zugeführten Fluids und dem Metallstrahl (4) begrenzten Bereich abschließt,
daß der Druckmeßsensor über eine Leitung (14) angeschlossen ist, welche mit einem Meßumformer (15) in Verbindung steht,
daß der Meßumformer (15) zur Übertragung der Drucksignale an einen Vergleichsregler (16) angeschlossen ist,
daß an den Vergleichsregler (16) ein Stellregier (17) angekoppelt ist und
daß der Stellregler (17) an ein Regelventil (18) zu dessen Ansteuerung angeschlossen ist, das in einer Zusatzgaszufuhrleitung (19) vorgesehen ist.

2. Einrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar mit der Unterdruckkammer verbundene Leitung (14) als Bohrung ausgebildet ist, an deren fußseitigem Ende sich ein als Signalkabel ausgebildeter Teil der Leitung (14) anschließt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Auslaufdüse (3) austretende Metall strahl (4) und die durch die Zerstäuberdüsen (6) und die Gasdüsen (12) zugeführten Gasstrahlen durch einen Ejektor (5) gerichtet führbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (5), die Zerstäuberdüsen (6) und die Gasdüsen (12) eine feste Zerstäubungseinheit bilden.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinheit kalottenartig gelagert ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinheit Schwenkbewegungen durchführen kann.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinheit Rotationsbewegungen durch führen kann.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeleinstellung der Zerstäuberdüsen (6) und der Gasdüsen (12) variabel ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, welches aus den Zerstäuberdüsen (6) und den Gasdüsen (12) zugeführt wird, aus einem einzigen Gasbehälter (8) entnehmbar ist.