DE4417100C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallgranulat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln/Granulat reaktiver Metalle, insbesondere von Magnesium und Magnesiumlegierungen mit einer extrem hohen Sauerstoffaffinität und einem beträchtlichen Gasdruck bei normalen Granuliertemperaturen. Das Verfahren ist jedoch für die Herstellung von Granulat aller reaktiven Metalle mit einem gewissen Dampfdruck, beispielsweise Aluminium, Zink und Calcium, geeignet.

Viele Verfahren zum Herstellen von Metallpartikeln sind bekannt. In Abhängigkeit des Endverbrauchs und der Partikelgröße des endgültigen Produkts können die Verfahren in zwei Haupt­ gruppen beschrieben werden:

I Atomisierungsverfahren

Während dieses Verfahrens wird ein Pulver eines reaktiven Metalls durch Atomisieren des geschmolzenen Metallstroms mit einem Atomisierungsmittel, wie einem inerten Gas oder einer Flüssigkeit, bei hohem Druck hergestellt. Das Atomisierungsmittel trifft durch spezielle, rund um den Metallstrom angeordnete Düsen auf das Metall mit einem deartig hohen Druck, daß der gesamte Metallstrom von der Oberfläche bis zur Mitte in feine Fragmente zerteilt wird. Daher entstehen aus den Atomisierungsverfahren immer extrem feine Metallpartikel in vielen Größen; gewöhnlich besitzen die Teile eine Größe unter 0,350 mm.

Die Herstellung von Pulvern eines reaktiven Metalls durch Atomisierung erzeugt viele Probleme. Eine große, für die Atomisierung notwendige Inertgasmenge (Argon und/oder Helium) macht das Produkt für gewöhnliche Verwendung sehr teuer. Daneben entsteht durch das Atomisierungsverfahren aufgrund des beträcht­ lichen Dampfdrucks des reaktiven Metalls eine große Menge pyrophoren Materials, das sehr schwierig zu handhaben ist. Zusätzlich reagieren reaktive Metalle, wie Magnesium und Calcium mit Sauerstoff, Schwefel und Wasserdampf/OH-Molekülen u. a. im Atomisierungsreagens vorhandenen Verunreinigungen schon bei geringen Konzentrationen, was Probleme hervorruft. Wenn flüssige Atomisierungsmittel verwendet werden, sind die entstehenden Metallpartikel von ungleichmäßiger Gestalt/Form, was in der Pulvermetallurgie für die Herstellung von pulvergesinterten und/oder pulvergeschmiedeten Artikeln geeignet ist. Derartige Pulver besitzen jedoch sehr geringe Fließfähigkeit und führen zu Problemen in auf der Pulverinjektionstechnologie beruhenden Verfahren.

Die Atomisierungsverfahren sind auf die Herstellung von kleinen Metallpulvermengen beschränkt, da die Herstellungsrate von dem gewöhnlich geringen Durchmesser des Metallstroms abhängt. Das vollständige Zerteilen eines relativ dicken Metallstroms in extrem feine Fragmente durch Atomisieren ist sehr schwer und kann gefährliche Bedingungen hervorrufen. Wenn in der Praxis die Oberfläche pro Volumeneinheit oder Oberflächeneigenschaften eines Metallpulvers von großer Wichtigkeit sind, ist das Pulver durch das Atomisierungsverfahren herzustellen. Beispiele solcher Ver­ fahren sind in DE 37 30 147 und US 4 124 377 beschrieben.

II Granulierverfahren

Herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen für die Granu­ latherstellung von reaktiven Metallen und/oder Metallegierungen stellen relativ große Partikel, in der Regel in einem Größenbe­ reich von 0,2-1,0 mm mit etwa 90%. über 0,5 mm, her. Das Verfahren kann Metallpartikel oder Metallgranulat sogar in einem größeren Größenbereich herstellen, aber die Vorrichtung wird sehr groß.

In herkömmlichen Verfahren wird der geschmolzene Metallstrom (wie Magnesium) vertikal nach unten einer im oberen Bereich der Granulierkammer angebrachten Düse zugeführt. Die Düse zerteilt den Strom in viele kleine Tröpfchen, die als Metallgranulat in einer Inertatmosphäre aus Helium oder Argon (im Fall von Magnesium) in der Granulierkammer aushärten. Da die Metalltropfen ′in einer Inertgasatmosphäre mit gewöhnlich sehr geringen Kühleigenschaften auskühlen, sind die Granulierkammern eher groß. Wenn nicht, würden die flüssigen Tropfen, falls sie noch nicht vollständig ausgehärtet sind, nicht dem vom Aufprall auf den Kammerboden herrührenden Stoß aushalten. Es ist bekannt, daß ein Magnesiumtropfen bis 1 mm Durchmesser eine Granulierkammer von etwa 7 m Höhe benötigt, was gewöhnlich unpraktisch ist. Dieses ist ein ernsthaftes Problem bei der Herstellung von großem Metallgranulat. Magnesiumtropfen mit 2 mm Durchmesser bräuchten eine Kammer von etwa 21 m Höhe.

Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Vorrichtung entwickelt, wie in der britischen Patentanmeldung Nr. 2240553 beschrieben, in der geschmolzenes Magnesium nach oben durch eine Düse gedrückt wird. Dieses führt dazu, daß die Düse Metalltropfen nach oben in die Kammer zerteilt. Das letztendliche Ergebnis ist, daß der Tropfen einem wesentlich längeren Weg folgt, bevor er den Boden des Granuliertanks erreicht. Daher kann die Höhe der Kammer um einiges verringert werden. Jedoch in der Herstellung von relativ großen Magnesiummetallgranulat, gröber als 1,0 mm, würde sogar eine auf diesem Verfahren beruhende Kammer gleichfalls unpraktisch hoch sein.

Die Verwendung von Inertgas als ein Kühlmedium ermöglicht es den Metalltropfen, kugelförmige Gestalt aufgrund des Ober­ flächenspannungseffekts anzunehmen. Das kugelförmige Granulat des reaktiven Metalls mit der geringsten Oberfläche pro Volumen­ einheit besitzt sehr gute Fließeigenschaften und ist in dem auf Pulverinjektion gründenden Verfahren erwünscht. Die Verwendung eines derartigen Materials in der Pulvermetallurgie oder in Verfahren, bei denen Druckkräfte angewandt werden, besitzt jedoch einen Nachteil, daß das Produkt geringe Kaltformbarkeit zeigt und somit zu gesinterten Artikeln mit vergleichsweise geringer Festigkeit führt.

Der Einsatz von Inertgas als Kühlmedium ist Grund für die folgenden zusätzlichen Probleme:

• 1. Da praktisch alle Inertgase eine geringe Wärmekapazität und Dichte besitzen, werden sie in großen Mengen benötigt, was deutlich teurer ist.
• 2. Während der Herstellung von Magnesium oder Magnesiumalu­ miniumgranulat, das Magnesiumdampfdruck bei Granuliertemperaturen zeigt, resultiert aus einem Inertgaseinsatz eine verstärkte Magnesiummetalldiffusion. Dieses geschieht, da der Partialdruck des Magnesiums im Inertgas praktisch Null ist. Dieses führt letztlich zu einer übermäßigen Magnesiumverdampfung, das in Abwesenheit von notwendigem Sauerstoff extrem gefährliches pyrophores Magnesium bildet und strenge Handhabungsbedingungen erforderlich macht.
• 3. Annähernd jedes Inertgas enthält etwas Sauerstoff als Verunreinigung. Gewöhnlich bringt Sauerstoff kein bemerkbares Problem mit sich. Da jedoch eine extrem große Inertgasmenge als Kühlmittel im herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Granulat aus reaktivem Metall benötigt wird, kommt ein deutlich größerer Teil des im Inertgas verbliebenen Sauerstoffs in Berührung mit dem reaktiven, geschmolzenen Metall. Aufgrund von im Verlauf der Herstellung von Magnesiumgranulat aus geschmolze­ nem Metall gemachten Experimente wurde beobachtet, daß Sauerstoff mit flüssigem Magnesium in der Nähe der Granulierdüse reagiert und den austretenden flüssigen Magnesiumstrom stört. Wenn die Düsenöffnung schmal ist, kann die obige Oxidationsreaktion die Düsenöffnung so ungünstig verengen, daß es notwendig wird, das Granulierverfahren zu beenden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur preiswerten Massenproduktion in industriellem Maßstab von reaktivem Metallgranulat, insbesondere von Magnesi­ umlegierungen zur Verfügung zu stellen, wobei die zuvor erwähnten Einschränkungen des Standes der Technik in Bezug auf das Reaktivmetallgranulierverfahren verringert werden sollen.

Diese und andere erfindungsgemäße Aufgaben werden mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren und Vorrichtung gelöst. Die Erfindung wird weiterhin anhand der Patentansprüche beschrieben und gekennzeichnet.

Reaktives Metallgranulat, insbesondere von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen wird direkt aus geschmolzenem Metall hergestellt. Das Metall wird unter Druck einer Granulier­ düse zugeführt, die das Metall in eine kreisförmige Bewegung mit zunehmender Geschwindigkeit zwingt, bevor es den Auslaß der Düse erreicht und nach und nach in kleine Fragmente und Tropfen zerfällt. Diese Fragmente und Tropfen werden in einer inaktiven Gasatmosphäre in einem abgeschlossenen System gebildet und anschließend in einem nicht oxidierenden Kühlbad in einer Granulierkammer ausgehärtet und gekühlt. Bevorzugt wird das Metall einer Granulierdüse mit einer Wirbelkammer zugeführt, in die das Metall tangential eintritt und nach und nach in starke Rotation versetzt wird, bevor es den Auslaß in einem Hohlkegel­ sprühmuster verläßt.

Das Metall wird der Düse mit einem Druck zwischen 1,2 und 4 bar, bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 3 bar zugeführt. Die Temperatur der Granulierdüse wird bei 500°C bis 850°C während des Granulierens gehalten. Es ist möglich die Höhe des abgeschlosse­ nen Systems, indem flüssige Metallfragmente und Metalltropfen gebildet werden, zu verändern. Argon oder Helium werden bevorzugt als inaktives Gas im abgeschlossenen System verwendet. Es ist gleichfalls möglich, ein anderes Inertgas mit extrem geringer Sauerstoff- und/oder Dampfkonzentration zu verwenden. Der im abgeschlossenen System vorliegende Druck wird bevorzugt bei etwa 1 Atmosphäre gehalten.

Als Kühlbad wird bevorzugt ein nicht polares Öl, ins­ besondere ein Mineralöl verwendet. Das Kühlbad wird fortwährend im Verlauf der Granulierung gerührt und bei 5°C bis 200°C gehalten. Eine bestimmte Kühlmittelmenge wird dem Bad entnommen, extern gekühlt und in die untere Kammer über Ölinjektionsdüsen rückgeführt. Es wird bevorzugt, die Wände der oberen Granulier­ kammer vor und nach dem Granulierverfahren mit einem nicht oxydierenden und inerten Kühlmittel, bevorzugt Öl, zu besprühen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine Granulier­ kammer aus zwei kreisförmigen Tanks, wobei ein umgekehrter Tank im oberen Bereich einen etwas geringeren Durchmesser als der untere Tank besitzt, so daß er nach oben und unten innerhalb des unteren Tanks bewegt werden kann. Die beiden Teile sind so konstruiert, daß sie in verschiedenen Stellungen über ein luftdichtes Verschlußsystem miteinander verbunden sind. Somit kann die der Granulierkammer auf eine gewünschte Höhe eingestellt werden. Die Granulierkammer ist zum Aufnehmen eines Kühlbades gebaut und an Injektionsdüsen zum Rühren und Kühlen des Bades angeschlossen. Düsen sind zum Besprühen der Wände im oberen Teil der Kammer mit Flüssigkeit angebracht, um das Anhaften von pyrophorem Magnesium an der Wand zu verhindern.

Es wird bevorzugt eine Granulierdüse verwendet, die eine umgekehrte, annähernd konische Wirbelkammer besitzt, deren größter Durchmesser mit dem Düseneinlaß ausgerichtet ist, und einen tangentialen Einlaß in die Wirbelkammer besitzt. Die Düsenkammer ist von einer Vorheizeinrichtung und einer zusätzli­ chen Einrichtung zum Schließen und Öffnen der Passage zwischen der Düse und der Granulierkammer umgeben.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Fig. 1 bis 3 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Granulierkam­ mer.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht der oberen Granulierkammer.

Fig. 3A und 3B zeigen eine seitliche Schnittansicht und eine ebene Schnittansicht des oberen Teils der im Verfahren ver­ wendeten Granulierdüse.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Granulierkammer aus zwei kreisförmigen Tanks, einem umgekehrten Tank 1 oben und einem unteren äußeren Tank 2. Der obere Tank kann innerhalb des unteren Tanks hochgezogen oder heruntergelassen werden. Die zwei Bereiche sind so konstruiert, daß sie in vielen Stellungen über ein luftdichtes Verschlußsystem 3 ineinander passen. Somit kann die Höhe der Granulierkammer auf eine bestimmte Höhe eingestellt werden. Die Kammer kann von allen Seiten wasser-/ölgekühlt werden. Die Granulierkammer ist teilweise mit einer vorbestimmten Menge Öl 4 gefüllt. Durch Ändern der Stellung der oberen Kammer innerhalb der unteren Kammer und durch Einfüllen einer gewünschten Ölmenge in die Granulierkammer kann der Raum oberhalb des Ölbades auf eine gewünschte Höhe eingestellt werden.

Eine Reihe Ölinjektionsdüsen 5 sind in kreisförmiger Anordnung zum Rühren/Aufwirbeln des Kühlmittels des Ölbades im unteren Tank 2 angeschlossen. Die Düsen können nach oben und unten bewegt und gleichfalls gedreht werden, um sie in einen bestimmten Winkel, sowie in einer bestimmten Stellung im Ölbad festzustellen. Die Injektionsdüsen können, falls gewünscht, im Oberteil oder den Seitenwänden des oberen Tanks eingepaßt sein. Im unteren Teil des Tanks 2 sind einige Ölauslaßleitungen 6, Temperaturmeßleitungen 7, eine Granulatsammelleitungsanordnung 8 und eine Gleitventilanordnung 9, zum vollständigen Entfernen des Inhalts aus dem unteren Tank, angeschlossen.

Während des Metallgranulierverfahrens wird durch die Ölauslässe 6 eine bestimmte Menge Öl entfernt. Das Öl wird in einem Kühler auf eine bestimmte Temperatur heruntergekühlt und anschließend in die Granulierkammer über die Öleinspritzdüsen 5 zurückgepumpt. Die Temperatur des Öls in der unteren Kammer kann bei 5°C bis 200°C gehalten werden. Ein unpolares Öl, bevorzugt ein Mineralöl mit guten Kühleigenschaften, wird, verwendet. Gleichfalls ist es möglich, eine andere unpolare, gegenüber Metall inerte Kühlflüssigkeit zu verwenden.

In der oberen Mitte der oberen Kammer befindet sich eine Öffnung für eine Anordnung mit einer Granulierdüse 10 in der Mitte. Die Düse wird an ihrer Stelle durch eine luftdichte Anordnung befestigt. Um den Düsenaufbau herum befinden sich eine Reihe Öffnungen in der oberen Kammer für Drucksensor 11, Ölstandskontrolle 12, Argoneinlaßventil 13, Überdruckventil 14, Schauglas 15, etc. Dieses ist am besten in Fig. 2 ersichtlich. Die Düsenkammer kann je nach Wunsch durch ein vom oberen Bereich des oberen Tanks bedienbares Verschlußsystem 16 geöffnet oder geschlossen werden.

Am Oberteil der Außenwand des umgekehrten oberen Tanks 1 sind einige Düsen 17 zum Besprühen der inneren Fläche der Kammer/des Tanks angebracht, um das Anhaften von ev. pyrophorem Magnesium an der Wand zu verhindern. Der Ölbesprühungsbetrieb wird vor dem Öffnen der Granulierkammer nach der Herstellung von Granulat aus reaktivem Metall wiederholt, um das pyrophore Magnesium zu passivieren. Demgemäß wird die im Stand der Technik beschriebene Gefahr aufgrund vorhandenen ev. pyrophorem Magnesi­ ums praktisch beseitigt.

Die Düsenanordnung 10 nimmt das geschmolzene reaktive Metall wie Magnesium über einen vorgeheizten Kanal 18 auf. Vor Beginn des Metallgranulierens wird das Öl in die Granulierkammer bis auf eine bestimmte Höhe eingefüllt, so daß der zwischen der Düsen­ anordnung und dem Ölbad verbleibende Raum zum Umwandeln der dispergierten reaktiven Metallfragmente von der Granulierdüse in kugelförmige Tropfen ausreicht. Anschließend wird Öl auf die Innenwand der oberen Kammer gesprüht und abschließend der Raum zwischen dem Ölbad und der Granulierdüse mit Argon gefüllt, so daß in ihm eine praktisch sauerstofffreie Atmosphäre mit 1 Atmosphäre Druck herrscht. Dann wird kein zusätzliches Argon oder anderes Inertgas der oberen Kammer während des Verlaufs des Magnesiumgranulierverfahrens zugesetzt. Das Überdruckventil der oberen Kammer regelt automatisch, daß der Druck immer 1 Atmosphä­ re beträgt. Während ein Druck unterhalb Atmosphärendruck (Teilvakuum) für die Metalltropfenbildung im offenen Raum der oberen Kammer vorteilhaft ist, würde dieses jedoch andererseits die Verdampfung des reaktiven Metalls insbesondere von Magnesium im offenen Raum und somit die Bildung pyrophoren Magnesiums in der oberen Kammer unerwünscht verstärken. Der Einsatz von Druck über 1 Atmosphäre ist nicht vorteilhaft, solange die Sauerstoff­ konzentration in der Raumatmosphäre auf geringem Niveau gehalten wird. Höherer Druck würde sich dagegen nachteilig auf die Bildung der Metalltropfen auswirken, da sich die Rotationsgeschwindigkeit des Magnesiummetalls in der Granulierdüse verringern würde.

Durch Regulieren der in und aus der Granulierkammer gelangenden Ölmenge, kann die Höhe des offenen Raums in der oberen Granulierkammer zu jeder Zeit während des Metallgranulier­ verfahrens eingestellt werden. Durch Regeln des durch die Düsen in die Kammer eingespritzten Öls und die Höhe des Ölbades in der Kammer ist es erfindungsgemäß möglich zu steuern, in welchem Zustand und mit welcher Rate die Metalltropfen gekühlt werden. Demzufolge benötigt im Gegensatz zum Stand der Technik, wo es notwendig ist die Metalltropfen vollständig in Argon auszuhärten, wozu enorme Mengen Argongas und ein unpraktisch hoher Granulier­ turm benötigt werden, das erfindungsgemäße Verfahren eine bestimmte, geringe Menge Argon und/oder eines anderen Edelgases in dem für die Überführung der Metallfragmente in kugelförmige Tropfen notwendigen Raum. Tatsächlich wird nur ein begrenzter Teil der im Stand der Technik verwendeten Granulierkammern für die Überführung der Fragmente aus reaktivem Metall in kugelförmi­ ge Tropfen verwendet. Ein wesentlicher Teil der Höhe wird zum Kühlen der Tropfen verwendet. Der erfindungsgemäße Kühlvorgang der Tropfen findet vollständig im Ölbad statt, das vergleichs­ weise wesentlich bessere Kühleigenschaften besitzt. Demzufolge ist die Höhe der Kühlkammer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bemerkenswert klein, sogar wenn Magnesiumgranulat von vergleichs­ weise grober Körnungsgröße hergestellt wird (< 1,0 mm).

Das erfindungsgemäße Verfahren kann Granulat reaktiven Metalls, insbesondere von Magnesium, von variierenden ungleichmä­ ßigen bis praktisch kugelförmigen Gestaltungen durch Einstellen der Entfernung zwischen der Granulierdüse und dem Ölbad und zu einem Teil durch Steuern der Temperatur, sowie durch die Menge des durch die Düsen in die obere Zone des Ölbades geleiteten Öls herstellen. Das Verfahren und die Vorrichtungen aus dem Stand der Technik stellen dagegen Metallpartikel von nur einer Gestalt her, während das erfindungsgemäße Verfahren flexibler ist.

Magnesiummetallgranulieren unter diesen Bedingungen produziert mehr oder weniger kugelförmige Partikel, da die Metalltropfen während des Fallens in das Ölbad etwas deformiert werden. Jedoch besitzt derartiges Magnesiumgranulat gute Fließeigenschaften und kann leicht in Pulverinjektionsverfahren eingesetzt werden.

Um Granulat mit unregelmäßiger Gestalt zu erhalten, muß die Höhe des Raums über dem Ölbad verringert werden, um das voll­ ständige Einstellen der dispergierten Metallfragmente zu kugelförmigen Tropfen zu vermeiden. Dieses Verfahren ergibt Magnesiumgranulat mit unregelmäßiger Gestalt. Das erfindungs­ gemäße Verfahren kann gleichfalls Magnesiumgranulat mit ver­ gleichsweise hoher Oberfläche und recht guten Fließeigenschaften durch Steigern der Höhe des Raumes oberhalb des Ölbades über die zum Gewinnen kugelförmiger Metalltropfen nötige Höhe herstellen. In diesem Fall schlagen die kugelförmigen Tropfen mit einem größeren Aufprall auf das Ölbad und werden stärker deformiert.

Fig. 3A und 3B zeigen die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Granulierdüse im einzelnen. Der wichtige Punkt dieser Düse ist, daß das flüssige Metall in ein schnelles kreisförmiges Fließbild oder eine schnelle Rotation gezwungen wird, bevor es austritt. Dieses wird durch Leiten der Flüssigkeit bei ver­ schiedenen Drücken entlang der Peripherie der Hohlkegelkammer 19 am oberen Teil der Düse erreicht, siehe Fig. 3B. Das flüssige Metall fließt danach unter Beibehaltung seines schnellen kreisförmigen Fließbildes nach unten in eine freie Passage 20, deren Durchmesser sich nach und nach verringert. Die Düse arbeitet befriedigend, wenn das Verhältnis von Ein- und Auslaß­ öffnungsbereichen zwischen 0,4 bis 1,5 liegt. Die Bedingung liegt darin, daß der Druck des reaktiven Metalls, beispielsweise Magnesium, am Einlaß mindestens 1,2 bar beträgt. Am besten liegt der Flüssigmetalldruck im Bereich von 1,4 bis 4,5 bar. Die Düse besteht aus zwei Teilen, einem oberen Teil 21 und einem unteren Teil 22. Falls notwendig ist es möglich den unteren Teil auszuwechseln, um ein anderes Verhältnis zwischen Ein- und Auslaßöffnungsbereich der Düse einzustellen. Obwohl eine derartige Düsenkonstruktion zum Wassersprühen unter Druck bekannt ist, war nicht bekannt, daß diese befriedigend in der Granulie­ rung von reaktiven Metallen arbeitet. Überraschend wurde beobachtet, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung, in der die Sauerstoffkonzentration, als auch die Sauerstoffmenge in der Atmosphäre unterhalb der Düse während des Ablaufs des Metall­ granulierverfahrens so extrem gering ist, wie die Düsenkon­ struktion problemlos arbeitet. Die Hauptvorteile der derartigen Düsenkonstruktion gegenüber der im Stand der Technik verwendeten sind:

• 1. Vergleichsweise geringer Druckabfall in der Düse.
• 2. Freie Flußpassage, die das Verstopfungsproblem minimiert oder praktisch beseitigt.
• 3. Relativ hohe Metallgranulierkapazität.
• 4. Flexibler im Betrieb und einfach in der Konstruktion, daher vergleichsweise preiswert.

Obwohl die in den Fig. 3A und 3B gezeigte Düse einen seitlichen Einlaß besitzt, können gleichfalls ähnliche Granulier­ ergebnisse mit einer baugleichen Düse mit einem Einlaß an der Oberseite erreicht werden.

Nach Beenden des Metallgranulierverfahrens ist es möglich, das Metall in der Düse einzufrieren. Nachdem der Druck auf der Düse etwa 0,5 bar erreicht hat, wird eine große Menge kalten Argons über die Granulierdüse zum Einfrieren des darin befindli­ chen Metalls geblasen. Auf diese Weise wird Magnesium in der Transportleitung zurückgehalten, sowie die Oxidation des Metalls verhindert.

Verfahren und Vorrichtung wurde anhand eines chargenweise ablaufenden Verfahrens beschrieben. Jedoch kann durch mehrere Metallgranulierdüsen im Oberteil der oberen Granulierkammer und durch Anbringen von zwei oder mehreren Auslässen mit Auslaßventi­ len zum kontinuierlichen Entfernen des Granulats aus der Kammer während des Granulierverfahrens das Metallgranulierverfahren als ein kontinuierliches Verfahren betrieben werden. Eine Möglichkeit zum Entfernen des Metallgranulats aus der Kammer besteht darin, daß zwei oder mehrere mit Öl gefüllte Behälter an die Auslässe der unteren Kammer angebracht werden. Beim Öffnen der Auslaß­ ventile der unteren Kammer würde das Metallgranulat in die Behälter ohne Einfluß auf den oberen Öl stand der Granulierkammer gefüllt werden. Die Behälter werden im Anschluß nacheinander geöffnet, um das Metallgranulat zu entfernen, und wieder mit Öl aufgefüllt zu werden.

Um das Öl von den Metallpartikeln zu entfernen, können diese zentrifugiert und gemäß unserer norwegischen Patentanmeldung Nr. 912548 weiterbehandelt werden.

Beispiel

Die Experimente werden in einer in den Figuren abgebildeten Granulierkammer zum Herstellen von Magnesiumpartikeln durch­ geführt. Die Entfernung zwischen der Düse und dem Ölstand in der Granulierkammer betrug ca. 80 cm. Die experimentellen Bedingun­ gen, sowie die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

In Tabelle 2 ist die Größenanalyse des Produkts angegeben.

Tabelle 2

Aus dem in Versuch I gewonnenen Granulat kann geschlossen werden, daß das flüssige Magnesium vollständig mit der Düse bei einem Druck von 1,45 bar granuliert wurde. Mit einer größeren Düse in Versuch II mit einem Durchmesser von 4 mm reichte der Ofendruck von 1,6 bar nicht zum vollständigen Granulieren aus. Die Entfernung zwischen Düse und Ölbad war in diesem Versuch 170 mm kürzer als im ersten Versuch; die Partikelgestalt zwischen 1-2,0 mm und gröber als 2,0 war mehr oder weniger unregelmäßig und weit von rund entfernt. Um kugelförmige Teilchen mit einem derartigen Düsendurchmesser zu erhalten, die identisch mit denen des ersten Versuchs sind, müßte die Entfernung zwischen Düse und Ölbad vergrößert werden.

Jedoch zeigen die Ergebnisse, daß es möglich ist, reines Magnesiumgranulat, sowie ungleichmäßige Partikel direkt aus geschmolzenem Metall herzustellen. Das flüssige Metall muß jedoch der Granulierdüse mit hohem Druck zugeführt werden.

Durch diese Erfindung wird ein flexibles Verfahren zur Verfügung gestellt, bei dem es möglich ist, Partikel/Granulat von reaktiven Metallen in unterschiedlicher Größe und Gestalt herzustellen. Schnelles Kühlen ist möglich, und die Höhe der Granulierkammer kann deutlich verringert werden. Die Partikel sind sauerstoffrei, und die Bildung pyrophorer Magnesiumpartikel wird vermieden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines reaktiven Metallgranu­ lats, insbesondere von Magnesium und/oder Magnesiumlegierungen, direkt aus dem geschmolzenen Metall, wobei das Metall unter Druck einer Granulierdüse zugeführt wird, die das Metall in eine kreisförmige Bewegung mit zunehmender Geschwindigkeit zwingt, bevor es den Auslaß der Düse erreicht und sukzessive in kleine Fragmente und Tropfen zerfällt, die als Granulat in einer Granulierkammer (1, 2) gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen flüssigen Fragmente, sowie die Tropfen in einer inaktiven Gasatmosphäre in einem abgeschlossenen System gebildet und anschließend in einem nicht oxydierenden Kühlbad ausgehärtet und gekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall einer Granulierdüse mit einer Wirbelkammer (19) zugeführt wird, in die das Metall tangential eintritt und nach und nach eine hohe Rotation erhält, bevor es den Auslaß in einem Hohlkegelsprühmuster verläßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Granulierdüse mit einem Druck zwischen 1,2-4 bar, bevorzugt mit 1,5-3,5 bar zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulierdüse bei einer Temperatur von 500°C-850°C gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des abgeschlossenen Systems, in dem flüssige Metall­ fragmente und Metalltropfen gebildet werden, auf eine gewünschte Höhe eingestellt werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inaktives Gas ein solches mit extrem geringer Sauerstoff- und/oder Wasserdampfkonzentration, insbes. Argon oder Helium, verwendet wird, und wobei der Druck des abgeschlossenen Systems bei etwa 1 Atmosphäre gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das verwendete Kühlbad (14) ein unpolares Öl, bevorzugt ein Mineralöl, verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlbad/Öl während des Metallgranulierverfahrens fortwährend gerührt und durch Entnahme einer bestimmten Menge heißen Öls, externen Abkühlen des Öls auf eine niedrige Temperatur und Rückführen des Öls in eine untere Kammer (2) über Ölinjektionsdüsen (5) bei 5°C-200°C gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der oberen Granulierkammer (1) mit einem nicht oxidierenden und inerten Kühlmedium, bevorzugt Öl, vor und nach dem Granulierverfahren besprüht werden.

10. Vorrichtung zur Herstellung eines reaktiven Metall­ granulats, insbesondere von Magnesium oder Magnesiumlegierungen, mit einer Einrichtung (18) zum Zuführen von geschmolzenem Metall zu einer im oberen Bereich einer Granulierkammer (1, 2) angeord­ neten Granulierdüse (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Granulierkammer aus zwei Teilen hergestellt ist, einem inneren die Granulierdüse (21, 22) umgekehrten Tank (1) im oberen Bereich und ein äußerer Tank (2), der mit einem luftdichten Verschluß­ system (3) in vielen Stellungen an dem oberen Tank befestigt werden kann, um eine gewünschte Höhe einzustellen, wobei der untere Teil der Granulierkammer zur Aufnahme eines Kühlbades ausgebildet und mit Injektionsdüsen (5) zum Rühren und Kühlen des Bades versehen ist, und wobei die Düsen (17) zum Sprühen von Flüssigkeit auf die Wände im oberen Teil der Kammer angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulierdüse (21, 22) eine umgekehrte konische Wirbelkammer (19) aufweist, wobei der größte Durchmesser mit dem Düseneinlaß ausgerichtet ist und einen tangentialen Einlaß in die Wirbelkammer besitzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsenkammer mit Ausnahme des Bodens durch eine Vorheizeinrichtung (10) und einer zusätzlichen Einrichtung (16) zum Schließen und Öffnen der Passage zwischen der Düse und der Granulierkammer umgeben ist.