DE7441597U

DE7441597U - Vorrichtung zum herstellen von durch die umgebungsluft nicht verunreinigtem kugeligem metallpulver

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Publication number: DE7441597U
Application number: DE7441597U
Authority: DE
Original assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Current assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1974-12-13
Publication date: 1977-08-18
Also published as: IT1024960B; FR2255122A1; GB1448038A; SE7415904L; CH597948A5; JPS5095167A; FR2255122B1; US3966374A; JPS5834526B2; DE2459131A1

Description

Vorrichtung zum Herstellen von durch die Umgebungsluft nicht verunreinigtem kugeligem Metallpulver

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung- zum Herstellen von Metallpulver durch Gaszerstäubung eines Metallschmelzestrahls.

Es ist bekannt, Metallpulver in großen vertikalen, allgemein "Reaktoren" genannten Behältern zu erzeugen, in die man oben einen Metallschmelzestrahl einführt, der von einem Schmelzofen unter Zwischenschaltung einer Gießpfanne herkommt. Am oberen Eingang des Reaktors wird dieser Schmelzestrahl einer kräftigen Zerstäubung durch vorzugsweise gegenüber dem zu zerstäubenden Metall chemisch neutrale Gasstrahlen ausgesetzt, die den Metallschmelzestrahl zu feinen Tropfen zerplatzen lassen, die sich unter Bildung des Pulvers abkühlen, das man am Boden des Reaktors sammelt.

Ein sehr wesentlicher Nachteil der bekannten Reaktoren beruht auf Ihrem großen Volumen und damit auf ihrem großen Raumbedarf. Man muß nämlich für einen dauernden Wärmeberelch sorgen, der eine ausreichende Abkühlung der beim Eintritt in den Reaktor sehr heißen Metallmasse slohert, und die Wärme kann - abgesehen von der geringen Wärmemenge, die duroh Abgabe an das neutrale Zerstäubungs-

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gas mitgeführt wird - praktisch nur durch Wärmeleitung über die Wände des Reaktors abgeführt werden. Daher ergibt sich die Notwendigkeit einer großen Seitenfläche der Reaktoren bekannter Vorrichtungen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Reaktoren liegt in einem verhältnismäßig hohen Gasverbrauch, der auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, die Metallschmelze erstarren zu lassen und genügend abzukühlen.

Dies gilt beispielsweise auch für die Vorrichtung nach der US-PS j5 752 611, die zusätzlich zu den üblichen Zerstäubungsgasinjektoren an der unteren Hälfte der, über dem konisch verengten Auslaßteil befindlichen zylindrischen Reaktorteils eine zusätzliche Metallpulver- und Gaseinführungseinrichtung mit mehreren zur Reaktorachse und schräg aufwärts gerichteten Gasstrahlinjektoren aufweist, um Metallpulverteilchen unregelmäßiger Gestalt ohne Oxidhaut und mit optimalen Komptaktierungseigenschaften in ausreichend abgekühltem Zustand zu erhalten.

Andererseits ist es aus der US-PS 2 787 5J54 bekannt, ein als Zerstäubungsgas verwendetes Inertgas im Kreislauf mit eingefügter Reinigungseinrichtung zu führen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Vorrichtung nach der US-PS 3 752 6II die Seitenfläche der Reaktoren und damit ihre Gesamtabmessungen für gleichen Durchsatz merklich zu verringern und gleichzeitig dennoch eine ausreichende Abkühlung in permanentem Wärmebereloh zu sichern, indem der Wärmeübergang zwischen der abzukühlenden Metallmasse und den Wänden des Behälters besohleunlgt wird.

Gegenstand der Neuerung, womit diese Aufgabe gelöst

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wird, ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver durch Gaszerstäubung eines Metallschmelzestrahle, die aus einem zylindro-konischen, vertikalen, von oben den Metallschmelzestrahl aufnehmenden Behälter besteht,

der an seinem oberen Teil einen mit Zerstäubungsgasinjektoren ausgerüsteten Ring und eine Auslaßöffnung für mit Metallstaub beladenes Gas sowie an seinem unteren Teil einen Trichter zur Entnahme des hergestellten Metallpulvers und an der unteren Hälfte seines zylindrischen Teils eine zusätzliche Gaseinführungseinrichtung mit wenigstens einem mit der Horizontalebene einen spitzen Winkel bildenden Gasstrahlinjektor aufweist, mit dem Kennzeichen, daß der bzw. jeder Gasstrahlinjektor der zusätzlichen Gaseinführungseinrichtung tangential zu einem theoretischen, zur Achse des Behälters konzentrischen und durch die Blasöffnung des oder der Injektoren gehenden Zylinder gerichtet ist.

Wenn mehrere solche tangential gerichteten Gasstrahlinjektoren vorgesehen sind, sind sie sämtlich tangential zu einem und demselben theoretischen, zur Achse des Behälters konzentrischen Zylinder gerichtet und blasen das Zerstäubungsgas sämtlich gleichsinnig bezüglich der Achse dieses theoretischen Zylinders.

Diese in der unteren Hälfte des zylindrischen Teils des Behälters vorgenommene Gaseinführung weist solche geometrischen Eigenschaften auf, daß sie Verwirbelungen des Gasgemisches und des Metallpulvers, die sich in dem Behälter befinden, erzeugt, die die Häufigkeit der Stöße der Metallkörner gegen die Wand des Behälters erhöhen sowie die Wärmeaustauschvorgänge zwlsohen den vorhandenen Gasen und der Wand aktivieren. Bei der Erzeugung dieser Wirbel 1st es die tangentlale Gaseinführung gemäß der Neuerung, die die optimale Turbulenz hervorruft.

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Nach einer besonderen Ausführungsart der Neuerung können die Tangentialinjektoren vorteilhaft mit der Horizontalebene einen Winkel nach oben bis zu 60 , vorzugsweise von etwa 50° bilden.

Nach einer anderen besonderen Ausführungsart der Neuerung können die Tangentialinjektoren ebenfalls vorteilhaft nach unten so geneigt sein, daß sie mit der Hcrizontalebene einen Winkel bis zu 60°, vorzugsweise von etwa 30° derart bilden, daß die Geometrie des Behälters eine Reflexion der Gasströme in die Nähe der Tangentialinjektoren zuläßt.

Gemäß einer ersten Variante der Neuerung weist die Vorrichtung eine Zerstäubungsgas-Abzweigleitung von der zum Zerstäubungsgasinjektoren-Ring führenden Gaszuführungs-Hauptleitung zu den tangential gerichteten Gasstrahlinjektoren auf.

Nach einer zweiten Variante der Neuerung weist die Vorrichtung eine von einer das von der Auslaßöffnung des Behälters kommende, mit Metallstaub beladene und danach entstaubte Gas führende Auslaßleitung abgezweigte Entnahmeleitung als Zerstäubungsgas-ZufUhrleitung su den tangential gerichteten Gasstrahlinjektoren auf.

Nach einer besonderen Punktionswelse dieser Vorrichtung lassen sich die Gasdurchsätze derart regeln, daß der Im Inneren des Behälters herrschende Druck an allen Punkten des Gaskreislaufs ständig über dem Umgebungsdruck und unter dem ferrostatlschen Druck in der Gießpfanne, vorzugsweise zwischen 0 und 150 Millibar liegt.

Naoh einer anderen besonderen Punktionsweise dieser Vorrichtung kann man In einem vorübergehenden Stadium, wenn die Temperatur im Inneren des Behälters anormal hooh

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ist, in ale untere Hälfte des Behälters kurzzeitig ein solohes verflüssigtes Gas einführen, das im Inneren des Behälters nach seiner Einführung verdampft·

Wie man aufgrund der vorstehenden Angaben versteht, besteht einer der Hauptvorteile der neuerungsgemäßen Vorrichtung darin, die Erzeugung von Verwlrbelungen des Gemisches Gas - Pulver zu ermöglichen und so die Häufigkeit der Stöße der Metallpulverkörner gegen die Wand des Behälters zu steigern, was zu einer Beschleunigung des Wärmeüberganges zwischen dem Gemisch Gas - Pulver und der Wand führt.

Ein anderer wesentlicher Vorteil der neuerungsgemäßen Vorrichtung in ihrer zweiten Variante 1st ein geringer Gasverbrauch im Vergleich mit dem von bekannten Reaktoren. Und zwar ist bei diesen letzteren ohne Zusatzgasstrahlinjektoren der Gasdurchsatz im Zerstäubungsring so hoch, um nicht nur die Zerstäubung zu sichern, sondern auch eine ausreichende Abkühlung des Metallpulvers gewährleisten zu können, während der nur für die Zerstäubung, des Metallschmelzestrahls erforderliche Gasdurchsatz erheblich niedriger liegt und bei der neuerungsgemäßen Vorrichtung tatsächlich als ausreichend verwendet werden kann. Der unbedingt für die Zerstäubung nötige Gasdurchsatz kann in brauchbarer Weise mittels der Vorrichtung eingeführt werden, die in der FR-Patentanmeldung 73-43159 vom 4. 12. 1973 der Firma "Air Liquide" beschrieben ist.

So muß man in einem bekannten, zur Zerstäubung von 30 kg Metall je Minute geeigneten Reaktor zur Erzeugung von zerstäubtem Metall einer mittleren Korngröße von 250 /um bei einem Verbrauch von etwa 65O g Gas je 1 kg zerstäubtes Metall einen Argonverbrauch im Zerstäubungsring in der

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Größenordnung von 18 bis 20 kg d^e Minute in Kauf nahmen, während bei dem Behälter gemäß der Erfindung de¹¹ Gesamtargondurohsatz nur 200 bis 500 g Je 1 kg zerstäubtes Metall beträgt.

Einer der wesentlichen Vorteile der neuerungsgemäßer) Vorrichtung 1st in jedem Fall die erhebliche Verringerung der Behälterabmessungen, z. B. auf die Hälfte der linearen Maße, so daß das mit Gas zu füllende Volumen im Vergleloh mit dem bekannten Volumen etwa auf 1/8 verringert 1st.

Dementsprechend hat ein zur Erzeugung von ?0 kg Pulver je Minute geeigneter Reaktor des bekannten Typs eine Höhe von etwa 10 m und einen Durchmesser von 2 m, während der neuerungsgemäß konstruierte Behälter nur eine Höhe vor 4,5 m und einen Durchmesser von 1,1 m für diese Kapazität zu haben braucht.

Die Neuerung wird anhand zweier In der Zeichnung veranschaulichter AusfUhrungsbelspiele näher erläutert) darin zeigen:

Fig. ). ein Vertikalschema des ersten Ausführungsbelspiels mit Abzweigung des den Tangentlalinjektoren zuzuführenden Gases vom Hauptgasspelsenetz des Zerstäubungsringes,

Fig. 2 ein Vertikalschema des zweiten AusfUhrungsbeispiels mit Entnahme des den Tangentialinjektoren zuzuführenden Gases aus dem Strom der am oberen Teil des Behälters austretenden Gase nach deren Entstaubung, wobei der Entstaubungsventilator das Antriebselement der Gaszirkulation darstellt, und

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FIg, 5 einen Horlsontalsohnltt das Behälters. In der

Ebene der Ofaszuführrohre der beiden Tangential« Injektoren,

Nach dem ersten Aus führungsstiel spiel gemäß FIg, 1 weist die Vorrichtung einen zyllndro-konisohen, vertikalen Behälter 1 auf, der von oben mit Metallschmelze von einem Hochfrequenzofen 2 aus gespeist wird, aus dem beispielsweise Stahlschmelze zunächst In eine Zwisohengleßpfanne läuft, bevor sie In den Behälter 1 gelangt.

Der obere Teil des Behälters 1 weist einen Zerstäubungsring 4 auf, der beispielsweise mit 6 nicht dargestellten Injektoren ausgerüstet ist, die schräg von oben nach unten und zur Achse des Behälters hin gasförmiges Argon mit einem Druck von 12 bar blasen, wodurch der vertikal aus der Gießpfanne j5 austretende Metall-, z. B. Stahlschmelzestrahl in zahlreiche Tröpfchen zerspritzt wird.

Dieses Zerstäubungsargon wurde zunächst durch ein Druckminderventil 5 auf 12 bar entspannt, und seine Einführung in den Behälter 1 wird mittels eines Einlaßventils 6 gesteuert. Das Druckminderventil 5 und das Einlaßventil 6 befinden sich in der Hauptleitung 7·

An diese Leitung 7 schließt sich eine Abzweigleitung 8 an, die weiter zu einem Druckminderventil 9 führt, durch das Argon mit 1 bis 2 bar zwei Leitungen 10 und 11 mit Einlaßventilen 12 und I3 zugeführt wird, die in der unteren Hälfte des zylindrischen Teils des Behälters 1 münden, so daß die hier austretenden Gasstrahlen die erfindungsgemäß angestrebten Verwlrbelungen hervorrufen. Diese beiden Leitungen 10, 11 speisen zwei tangentiale

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Injektoren SS und ??, die in Horlaontalansloht in Fig, 2 dargestellt ui
geneigt sind,

t dargestellt und Über der Horizontalen vorzugsweise um JQ⁰

Am oberen Teil des Behälters tritt mit Metallstaub beladenes Argon durch die Leitung 14 aus und gelangt in einen Entstauber I5, bevor es durch die Auslaßleitung l6 welter abströmt.

Man sammelt das so erzeugte Metallpulver hauptsächlich im Trichter 17, der am Boden des Behälters 1 angeordnet 1st, und in zweiter Linie am Boden des Entstaubers 15 im Trichter l8.

Die zweite Ausführungsart gemäß Flg. 2 unterscheidet sich von der ersten nur durch das System der Speisung der Tangentiallnjektoren 22 und 2j5 mit dem Gas, das die Wirbel erzeugt.

Dieses Gas für die Tangentialinjektoren wird in diesem Fall von der Auslaßleitung 16, die dem Entstauber I5 nachgesohaltet ist, mit niedrigem Druck abgezogen und nach Durchgang durch die von der Auslaßleitung l6 abgezweigte Entnahmeleitung I9 auf zwei Teilleitungen 20 und 21 aufgeteilt, deren Durchsatz durch die Einlaßventile 12 und 1J5 gesteuert wird.

Mit den neuerungsgemäßen Vorrichtungsvarianten erhält man ohne weiteres rundliche metallische Pulver, deren V, Korngröße völlig im Bereich von 10 bis 1500,,um liegt, wo-

j bei der Mittelwert z. B. in der Größenordnung von I50 ,um

sein kann.

j' Selbstverständlich lassen sich, ohne den Bereich der

Neuerung zu verlassen, Varianten und Verbesserungen von

;. Einzelheiten oder auch die Anwendung äquivalenter Mittel

vorstellen.

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Claims

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1. Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver durch Gaszerstäubung eines Metallsohmelzestrahls, die aus einem zyllndro-konlschen, vertikalen, von oben den Metallschmelzestrahl aufnehmenden Behälter besteht, der an seinem oberen Teil einen mit Zerstäubungsgasinjektoren ausgerüsteten Ring und eine Auslaßöffnung für mit Metallstaub beladenes Gas sowie an seinem unteren Teil einen Trichter zur Entnahme des hergestellten Metallpulvers und an der unteren Hälfte seines zylindrischen Teils eine zusätzliche Gaseinführungseinrichtung mit wenigstens einem mit der Horizontalebene einen spitzen Winkel bildenden Gasstrahlinjektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder. Gasstrahlinjektor (22, 23) der zusätzlichen Gaseinführungseinrichtung tangential zu einem theoretischen, zur Achse des Behälters (l) konzentrischen und durch die Blasöffnung des oder der Injektoren (22, 2J) gehenden Zylinder gerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstrahlinjektoren (22, 23) mit der Horizontalebene einen Winkel nach oben von bis zu 60°, vorzugsweise von etwa 30° bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstrahlinjektoren (22, 23) nach unten unter Bildung eines Winkels bis zu 60°, vorzugsweise von etwa 30° mit der Horizontalebene geneigt sind.

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4ι Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt^Gaselnführimgöelnrlohtung mit einer öffnung zum Anschluß an die tangential gerlohteten Gassbrahllnjektoreji (22, 2?) veraehen let (Flß. 1).

5, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, daduroh gekennzeichnet, daß die einen Entstauber (15) aufweisende GasabfUhrungselnrlohtung mit einer öffnung zum Ansohluß an die tangential gerlohteten Gasstrahlinjektoren (22, 25) versehen 1st (Flg. 2).

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