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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Stahlgranulat Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Stahlgranulat, wobei
auf einen Strahl geschmolzenen Metalls rasch aufeinanderfolgend tröpfchenförmige
Kühlflüssigkeit hoher Geschwindigkeit geleitet wird, wodurch das flüssige Ausgangsmaterial
zerteilt und abgeschreckt wird.
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Stahlgranulat wird dem Stande der Technik entsprechend auf die Art
hergestellt, daß ein stetig ausfließender Strahl geschmolzenen Metalls von abgehackten,
rasch aufeinanderfolgenden,im übrigen aber unzerteilten Kühlflüssigkeitsstrahlen
quer zu seiner Strömungsrichtung, also im wesentlichen horizontal, getroffen und
sozusagen absatzweise zerschnitten wird. Durch die dabei auftretende explosionsartige
Wirkung zusammen mit der raschen Abkühlung des Ausgangsmaterials wird dieses in
kleine und kleinste Teilchen zersprengt, und diese werden gleichzeitig gehärtet.
Diese Verfahren haben eine Anzahl schwerwiegender Nachteile, die insbesondere in
Ungleichförmigkeit des Produktes, schwieriger Beeinflussung des Herstellungsprozesses,
demgemäß hohem Ausschuß, großem Flüssigkeitsverbrauch, Unbequemlichkeiten und insbesondere
auch in Gefährdung des Bedienungspersonals durch gelegentliche stärkere Explosionswirkungen
bestehen.
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Demgemäß geht die Erfindung neue Wege und vermeidet dadurch die angeführten
und noch andere Nachteile und sichert, insbesondere bei
gleichzeitiger
Anwendung mehrerer der erfindungsgemäßen Maßnahmen, ein gleichmäßiges Produkt innerhalb
brauchbarer Größenklassen, d. h. von nicht allzu feiner, nicht allzu grober Körnung
und besonders nicht allzu sehr von einem gewünschten Mittel abweichender Größenverteilung,
somit bei geringem fabrikatorischem Ausschuß, dabei mit erhöhter Sicherheit für
die bedienenden Arbeiter. Dies sind wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten
Verfahren, die durch die Praxis erwiesen sind und den wesentlichen Fortschritt und
Vorteil der Erfindung ausmachen.
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Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird in bekannter Weise auf einen
Strahl geschmolzenen Metalls rasch aufeinanderfolgend tröpfchenförmige Kühlflüssigkeit
hoher Geschwindigkeit geleitet. Das Kennzeichen des Verfahrens liegt darin, daß
die Kühlflüssigkeit von einem Schleuderrad absatzweise gegen den streifenförmig
ausfließenden Metallstrahl geschleudert wird.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die
sich durch ein solches Schleuderrad kennzeichnet, dessen senkrecht zur Rotationsebene
stehende Symmetrieebene den Metallstrahl schneidet.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der Erfindung. Es zeigt Fig. i eine schematische Darstellung der Vorrichtung,
teilweise im Schnitt durch die Symmetrieebene I-1 des Schleuderrades in Fig. 2,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Linie II-II der Fig. i, Fig. 3 eine Ansicht von unten
auf die Ausflußöffnung des das flüssige Ausgangsmetall enthaltenden Gefäßes und
die unterhalb dieses angebrachte Schutzvorrichtung, Fig. 4 eine Ansicht einer konkav
ausgeführten Schaufel des Schleuderrades und Fig. 5 eine Darstellung der Arbeitsweise
des Kühlmittelstrahles, welcher auf den flüssigen Metallstreifen auftrifft.
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Die Fig. i zeigt schematisch die Abstichrinne 18 eines nur angedeuteten,
elektrischen, kippbaren Schmelzofens io, der sich zum Schmelzen der bei diesem Verfahren
verwendeten Stahlsorten eignet und auf einem Fundament 17 steht.
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Die Laufrinne i i, die aus Metall besteht und mit feuerfestem Material
ausgekleidet sein kann, ist mit Hilfe einer schematisch dargestellten Vorrichtung
2i in bezug auf die Höhe verstellbar. Auf einem Rahmen 25 befindet sich ein Trog
oder Gefäß 12 mit einer den Ausflußquerschnitt bestimmenden Ausflußöffnung 26; diese
beiden Teile können aus Metall bestehen, und sie können mit feuerfestem Material
ausgekleidet sein. Der Querschnitt der Austrittsöffnung 26 kann je nach dem gewünschten
Querschnitt des flüssigen Metallstreifens 23 rechteckig oder quadratisch sein.
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Die Fig. i, 2 und 4. geben Einzelheiten des Schleuderrades 13 wieder:
Im Lager 30 läuft die Antriebswelle 32 mit der Nabe 35, die mit der Schleuderradscheibe
33 fest verbunden ist. Der Antrieb kann durch eine beliebige Kraftquelle über ein
Getriebe erfolgen. Zwischen den beiden Schleuderradscheiben 33 und 34 sitzen in
radialen Nuten 38 auswechselbare Schaufeln 39, die durch Schrauben 40 gehalten sind.
Die Schaufeln können auf der Vorderseite konkav gewölbt sein (Fig. 4). Die beiden
Schleuderradscheiben 33 und 34 werden durch Distanzbüchsen 36 und Schrauben 37 in
festem Abstande zur Symmetrieebene (Äquatorialebene) I-I gehalten.
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In einer zentralen Bohrung des Schleuderrades 13 ist ein Ringkörper
4i gelagert, in dessen Mantel 42 sich eine Öffnung 43 befindet, deren Querschnitt
so gewählt ist, daß auf den Schleuderradschaufeln 39 ein Kühlmittelstrahl gleichmäßiger
Dichte entsteht. Der Außendurchmesser des kingkörpermantels 42 ist mit sehr geringem
Spiel in der Öffnung der Innenkanten der Schaufeln 39 eingebaut. Die Hohlnabe 44
des Ringkörpers 41 ist im Lager 3 i drehbar, und auf der Hohlnabe 44 sitzt ein Getrieberad
45, das mit einem Ritzel 46 im Eingriff steht. Das letzte sitzt auf einer Steuerwelle
47 mit einem Handrad 48. Zum Festhalten einer einmal eingestellten Lage des Ritzels
46 dient eine Klinke 49, die durch eine Druckfeder 61 in die Zähne des Ritzels 46
eingreift. Am Lager 31 ist ein Anschlußstück 5o befestigt, in das die Leitung
5i von der Pumpe 14 her einmündet. Der Übergang vom Anschlußstück 5o zur Hohlnabe
44 ist durch nicht dargestellte Mittel abgedichtet. Eine Schutzhaube 54 umschließt
einen Teil des Umfanges des Schleuderrades 13 zum Auffangen desjenigen Teiles des
Kühlmittels, das etwa außerhalb des gerichteten Strahles 15 vom Schleuderrad 13
weggeschleudert werden sollte. Eine U-förmige Schutzvorrichtung 57 umgibt die Ausflußöffnung
26 des Gefäßes 12 und den flüssigen, bandförmigen Metallstreifen 23 zwischen der
Austrittsstelle und derAufschlagstelle des Kühlmittels auf den flüssigen Metallstreifen
und schützt diesen vor den vom Schleuderrad 13 herrührenden Einwirkungen der Ventilationsströmungen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform nach
Fig. i bis 5 ist die folgende: Aus der Abstichrinne 18 des Schmelzofens io fließt
ein Strahl von flüssigem Metall 2o durch die Rinne i i in das Gefäß i2. Die Rinne
i i kann mittels der Vorrichtung 21 der jeweiligen Lage der Abstichrinne 18 und
des Gefäßes 12 angepaßt werden. Das Gefäß 12 dient nicht nur dazu, im flüssigen
Metallstreifen 23, dessen Querschnitt durch die Form der Austrittsöffnung 26 bestimmt
wird, eine gleichmäßige Gefällshöhe zu erzeugen, sondern es wird dadurch auch sauberes
und schlackenfreies Metall erhalten.
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Der flüssige Metallstreifen 23 soll vorzugsweise eine gleichmäßige
Dicke X (Fig. 5) aufweisen, und die Breite Y soll ungefähr gleich oder besser noch
etwas geringer sein als die Breite des Kühlflüssigkeitsstrahles 15, wenn dieser
auf die Breitseite des flüssigen Metallstreifens 23 auftrifft.
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Vorteilhaft werden die zerteilten Kühltnittelmengen in etwa tangentialer
Richtung, d. h. unter
einem spitzen Winkel, auf den flüssigen Metallstreifen
23 geleitet, und zwar vorzugsweise schräg nach unten, so daß sie nahezu parallel
mit dem Strahl laufen.
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Die Pumpe 14 saugt aus einem nicht dargestellten Behälter flüssiges
Kühlmittel und fördert dieses durch die Leitung 51 in das Anschlußstück 5o und durch
die Hohlnabe 44 in den Ringkörper 41 mit der Öffnung 43 im Mantel 42. Durch die
Steuervorrichtung, die im dargestellten Beispiel aus den Teilen 45, 46, 4% und 48
besteht, kann die Öffnung 43 im Mantel 42 des Ringkörpers 41 in die gewünschte Stellung
gedreht werden, die die Lage und Richtung des Kühlmittelstrahles 15 bestimmt. Durch
die Klinke 49 wird die eingestellte Stellung am Kitzel 46 festgehalten.
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Das aus der Öffnung 43 des Ringkörpers 41 austretende flüssige Kühlmittel
wird von den Flächen der Schaufeln 39 des sich drehenden Schleuderrades 13 erfaßt
und auf dem Wege nach außen beschleunigt, so daß an der durch die Stellung der Öffnung
43 im Ringkörper 41 vorausbestimmten Stelle am Umfang des Schleuderrades 13 ein
Strahl 15, bestehend aus portionsweise abgeteilten Mengen feinen, tropfenförmig
verteilten Kühlmittels, weggeschleudert wird. Schematisch ist dies in Fig. 1 und
5 dargestellt, wobei die abgeteilten Mengen durch die Bogen 6o angedeutet sind.
Durch die konkave beaufschlagte Seite der Schaufeln 39 wird erreicht, daß der Kühlmittelstrahl
15 auf der ganzen Breite Y eine gleichmäßige Dichte aufweist.
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Der aus der kalibrierenden Ausflußöffnung 26 des Gefäßes 12 herunterfließende
Metallstreifen 23 wird von den vom Schleuderrad 13 absatzweise weggeschleuderten
zersprühten Kühlmittelmengen beaufschlagt und zerteilt, wobei das Stahlgranulat
22 entsteht.
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Die Abmessungen und Merkmale des erzeugten Stahlgranulates 22 können
durch geeignete Kombination der nachstehend aufgeführten Faktoren beeinflußt werden:
Drehzahl des Schleuderrades 13, Anzahl und Form der Schaufeln 39, Form, Abmessungen
und Stellung der Offnung 43 im Ringkörper 41, Form und Abmessungen des flüssigen
Metallstreifens 23, Abschreckungseigenschaften des Kühlmittels.
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Dichte und Geschwindigkeit, besonders aber die letzte des Kühlmittelstrahles
15 bestimmen die Größenordnung des erzeugten Stahlgranulates 22.
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Allgemein wird bei Verminderung der Schleuderraddrehzahl, d. h. bei
Verringerung der Geschwindigkeit des Kühlmittelstrahles 15, ein größerer Anteil
an grobkörnigem Granulat erzeugt, während bei einer Erhöhung der Schleuderdrehzahl
ein höherer Anteil an feinkörnigem Granulat entsteht.
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Die Dichte des pulsierenden Kühlmittelstrahles 15 kann auf folgende
Weise verändert «erden: a) durch Verändern der dem Schleuderrad 13 durch die Pumpe
14 zugeführten Kühlflüssigkeitsmenge, b) durchVerändern der Schleuderradbreite,
c) durch Verändern des Abstandes zwischen flüssigem Metallstreifen 23 und Schleuderrad
13, d) durch Verändern der Dicke des Kühlmittelstrahles 15 in Richtung auf den flüssigen
Metallstrahl.
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Zum Erreichen einer größeren Dichte des Kühlmittelstrahles 15 sind
somit notwendig: größeres Kühlflüssigkeitsvolumen von der Pumpe 14, in das Schleuderrad
13, verhältnismäßig schmales oder axial dünnes Schleuderrad 13, geringer Abstand
zwischen flüssigem Metallstreifen 23 und Schleuderrad 13 und geringe Dicke des Kühlmittelstrahles
15.
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Eine Verminderung dieser Dicke kann erreicht werden durch kürzere
Schaufeln 39, durch Verringerung der umfänglichen Länge der Öffnung 43 im Ringkörper
41 und durch Erhöhen der Schaufelzahl im Schleuderrad 13.
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Der Durchgangsquerschnitt der .Öffnung 43 im Ringkörper 41 ist auch
mitbestimmend für die Zerteilwirkung am flüssigen Metallstreifen 23. Allgemein nimmt
bei einer Verringerung des Querschnittes der Öffnung 43 die Geschwindigkeit des
durchfließenden Kühlmittels zu.
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Die Zerteilung des flüssigen Metallstreifens 23 kommt dadurch zustande,
daß dessen Oberflächenspannung, die im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten hoch ist,
vom Kühlmittelstrahl 15 bzw. den einzelnen Tröpfchen überwunden wird. Ist einmal
diese Oberflächenspannung überwunden, wozu beträchtliche Kraft notwendig ist, dann
wird jede etwa noch vorhandene überschüssige Kraft dazu verwendet, die bereits zerteilten
Metallteilchen noch weiter zu zerteilen. Diese Zerteilung scheint durch die Vielheit
der auftreffenden einzelnen Tröpfchen gitterartig zu erfolgen bzw. gefördert zu
werden.
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Es kann erwünscht sein, einen großen Anteil an grobkörnigem Granulat
zu erzeugen, oder das Gegenteil kann der Fall sein, wenn z. B. das erzeugte Stahlgranulat
auf Metallpulver weiterverarbeitet werden soll. In diesem letzten Falle bietet die
Erzeugung von feinkörnigem Granulat den Vorteil, daß die anschließenden Mahloperationen-
verkürzt werden können.
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In den vom Schleuderrad weggeschleuderten Kühlmittelstrahl 15 kann
Luft eingeschlossen sein; dies ist jedoch in bestimmten Fällen wegen der durch sie
verursachten Oxydationserscheinungen unerwünscht. Es trifft dies besonders bei der
Herstellung von Granulat großer Feinheit zu; das ganze Verfahren kann dann in einer
inerten oder reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden.
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Das erzeugte Stahlgranulat wird in einem gerichteten Strahl mit sehr
geringer Streuung an eine bestimmte Stelle in der Vorrichtung geschleudert, was
dessen leichte Entnahme aus der Vorrichtung gestattet. Ferner ist die Bedienung
gefahrlos, weil keine Metallteilchen herumfliegen.