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Verfahren und Vorrichtung zur Überführung von flüssigen. Stoffen in
feinverteilte Form Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Überführung von flüssigen bzw. verflüssigten, insbesondere schmelzflüssigen
Stoffen und Stoffgemischen, wie Metallen, Metallegierungen, metallurgischen Zwischenprodulden
und Abfullprodukten, schmelzbaren Verbindungen, schmelzbaren Naturprodukten und
anderen Stoffen, in feinverteilte Form.
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Für die Verarbeitung gemäß Erfindung kommen z. B. edle bzw. edlere
Metalle, wie Gold, Silber, Kupfer u. dgl., weniger edle Metalle, wie Eisen, Nickel,
Blei, Aluminium, Magnesium, Natrium, ferner die verschiedensten Legierungen, insbesondere
auch sogenanntes Scheidgut, in Betracht. Von erfindungsgemäß zu verarbeitenden schmelzbaren
Metallverbindungen ist beispielsweise Bleiglätte, Natriumhydroxyd, Zinkchlorid,
Zinnchlorid; Ammoniumnitrat, Naphthalin genennt. Als metallurgische Zwischenprodukte
kommen unter anderem Roh- oder Werkmetalle, Glätten, Steine, Speisen, als weitere
Ausgangsstoffe z. B. schmelzflüssige Schlacken u. dgl. in Betracht.
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Die Überführung der flüssigen Ausgangsstoffe in feinverteilte Form
erfolgt erfindungsgemäß derart, daß der flüssige Stoff auf einen schnell umlaufenden
Körper, z. B. eine schnell umlaufende Scheibe-, geleitet, hierbei der Einwirkung
der Fliehkraft unterworfen und gleichzeitig einer vorzugsweise zur Auftreffrichtung
auf den umlaufenden Körper etwa quer gerichteten Schlagwirkung ausgesetzt wird.
Dabei werden die durch die Schlagwirkung entstehenden Stoffteilchen gleichzeitig
abgekühlt bzw. abgeschreckt. Dies kann. etwa derart erfolgen, daß Kühlflüssigkeit
auf die Scheibe
aufgebracht und gleichzeitig mit den Stoffen zersprüht
wird oder daß kühlend wirkende Gase oder Gasgemische durch die Zerteilungszone geführt
werden. Auch eine Kühlung durch gleichzeitige Anwendung von Kühlflüssigkeiten und
kühlend wirkenden Gasen oder Gasgemischen kann in gewissen Fällen vorteilhaft sein.
Durch die verschiedenen, auf die zu zerteilende Flüssigkeit wirkenden Kräfte, wie
Schleuderwirkung und Schlagwirkung in Verbindung mit dem Einfluß des Aufpralls der
flüssigen Masse auf den Drehkörper kann man bei sehr großen Leistungen außerordentliche
Wirkungen z. B. mit Bezug auf die Feinheitsgrade der Erzeugnisse erzielen. Hierbei
kann man den Vorgang noch weitgehend regeln, z. B. durch die Fallhöhe der auf den
Drehkörper geleiteten Flüssigkeit und den dadurch bedingten, mehr oder weniger heftigen
Aufprall, durch die Umlaufgeschwindigkeit des Drehkörpers und die Art der Schltagwirkung.
_ Zur Durchführung des Verfahrens kann man Drehkörper verwenden, welche mit Unebenheiten,
z. B. Erhöhungen oder Vertiefungen, derart versehen sind, daß die auf den Drehkörper
auftreffende Flüssigkeit bzw. die daraus entstehenden Teilchen den gewünschten Schlagwirkungen
unterworfen werden.
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Man kann z. B. Scheiben verwenden, die mit Leisten oder Rippen oder
Rillen versehen sind, die z. B. in radialer Richtung oder auch schräg hierzu verlaufen
können. Die Leisten u. dgl. können z. B. einen geraden Verlauf aufweisen-oder-auch
andersärtig, z. B. etwa schaufelförmig ausgebildet sein, um die auftreffenden Masseteilchen
in eine bestimmte Richtung zu schleudern. I5urch die Gestaltung der die Schlagwirkung
ausübenden Teile, wie Leisten u. dgl., kann man noch Sonderwirkungen erzielen. Die
Leisten, Rippen od. dgl. können z. B. scharfkantig oder teilweise abgerundet ausgebildet
werden. Sie können z. B. einen rechteckigen, dreieckigen oder unterschnitttenen
Querschnitt aufweisen. Die Schlagteile können fortlaufend ausgebildet sein oder
z. B. unterbrochen und derart gegeneinander versetzt sein, daß die Masseteilchen,
welche eine Unterbrechung passiert haben, von dem nächsten Schlagteil erfaßt werden.
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Man kann die Oberfläche der Drehkörper auch mit verschiedenartigen
Erhöhungen, wie Zacken, Schneiden u. dgl., versehen, so daß die auftretenden Masseteilchen
auf ihrem Wege von der Mitte des Drehkörpers zu dem Außenumfang von. einer _ Erhöhung
gegen- eine andere, von dieser wieder gegen eine andere geschleudert werden usw.,
bis sie schließlich in feinverteiltem Zustand abgeschleudert werden: Bei Anordnung
und Ausbildung der Schlagteile, wie Rippen, Rillen u. dgl., hat man darauf zu achten,
daß die auftreffenden Masseteilohen abschleudert werden und sich nicht etwa . zwischen
den Schlagteilen, z. B. Rillen, ansammeln und z. B. infdlge von Erstarrungsvorgängen
festsetzen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die umlaufenden -Körper
mif Durch-Brechungen versehen, deren Wände infolge der hohen Umlaufgeschwindigkeit
heftige Schlagwirkungen auf die in die Durchbrechungen eintretenden Masseteilchen
ausüben. Je nach Anordnung und Gestaltung der Durchbrechungen ist man in "der Lage,
die einfallenden Masseteilchen durch Schlagwirkung nach oben oder nach .unten oder
nach beiden Richtungen hin weiterzuschleudern.
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Mit Vorteil kann man die Drehkörper mit Schlagarmen, wie z. B. Rippen
oder Leisten und außerdem noch mit Durchbrechungen der eben beschriebenen Art versehen.
Auch hierbei können z. B. die Rippen _ oder Leisten Unterbrechungen u. dgl. aufweisen.
In allen Fällen sind die Anord-. nungen so zu treffen, daß Gewähr dafür gegeben
ist, daß die Masseteilchen einen oder mehrere quer gerichtete Schläge erhalten.
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Die Ausbildung des Drehkörpers kann z. B. auch derart sein, daß er
auf einer gewissen radialen Breite lediglich aus ,einzelnen Schlagarmen besteht,
die so dicht aneinandergesetzt sind, daß die Flüssigkeit bzw. die darauf entstandenen
Teilchen unter allen Umständen Schlagwirkungen erhalten und nicht etwa unbeeinflußt
durch die Zwischenräume durchfallen können.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht-Fig.
r zeigt eine Aufsicht auf einen scheibenartigen Drehkörper i; der mit Leisten :2
versehen ist, die radial zur Mitte gerichtet sind: In Fig. 2 ist eine der Fig. i
ähnliche Aufsicht auf einen Drehkörper dargestellt, dessen Leisten 3 schräg verlaufen.
Der Abstand der Leisten voneinander kann beliebig gehalten werden und richtet sich
danach, mit welcher Umlaufzahl der Drehkörper betrieben wird.
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In Fig. 3 sind schematisch zwei weitere Anordnungen der Leisten dargestellt;
auf der rechten Seite des Drehkörpers sind Leisten, Rippen od.dgl. schematisch veranschaulicht,
die unterbrochen sind und bei denen an den unterbrochenen Stellen, etwas versetzt,
weitere Rippen od. dgl. angeordnet sind, so daß die durch die Unterbrechungen hindurchgehenden
Masseteilchen von der zurückliegenden Rippe oder Leiste getroffen werden. Die linke
Seite der Fig. 3 veranschaulicht Rippen oder . Leisten 4 auf dem Drehkörper, die
schaufelartig ausgebildet sind.
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In der Fig. 4 sind einige Querschnittsformen der Rippenoder Leisten
dargestellt. Vorzugsweise sind die Leisten scharfkantig ausgebildet, damit sie messerartig
wirken können. Die Querschnitte können rechteckig, trapezförmig oder gewölbt sein.
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Fig.5 zeigt ein Beispiel- im Querschnitt für einen Drehkörper, dessen
Oberfläche mit einzelnen im Ouerschnitt dreieckförmigen Zacken od. dgl. besetzt
ist.
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Fig. 6 veranschaulicht einen Drehkörper ii, auf dem einzelne Durchbrechungen
12 im reget- oder unregelmäßigen Abstand vorgesehen sind.
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Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch den Drehkörper mit Durchbrechungen.
Der Drehkörper ist hierbei so stark zu machen, daß beim Durchfallen
der
Masseteilchen durch die Durchbrechungen diese Teilchen auf jeden Fall von der entsprechenden
Durchbrethungswand getroffen werden, wodurch sie einen seitlichen Schlag erhalten.
Neben diesen Unterbrechungen können auch noch ErhÖhungen 13 auf d--in Drehkörper
vorgesehen werden.
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Bei Durchführung des Verfahrens mit Hilfe von Vorrichtungen der vorstehend
beschriebenen Art ist es, wie bereits oben erwähnt, wesentlich, dafür Sorge zu tragen,
daß ein Festsetzen von Teilchen an dem Drehkörper vermieden wird. Es hat sich nun
gezeigt, daß man derartigen Nachteilen in ausgezeichneter Weise entgegenwirken kann,
wenn man, gleichzeitig mit den zu zerteilenden Schmelzen u. dgl., Flüssigkeiten,
wie z. B. Wasser, Alkohol u. dgl., auf die Scheibe aufbringt. Derartige Flüssigkeiten
wirken außer als Kühlmittel gewissermaßen auch als Gleit- oder Schmiermittel und
verhindern ein Festsetzen oder Verbacken von Teilchen an dem Drehkörper. Man kann
z. B. derart verfahren, daß man schmelzflüssiges Material, z. B. eine metallische
Schmelze, in einem Strahl oder mehreren Strahlen auf die umlaufende Scheibe auffließen
läßt und gleichzeitig Flüssigkeit, z. B. Wasser, etwa durch Aufsprühen, auf die
umlaufende Scheibe bringt und sie zusammen mit der Schmelze versprüht.
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Bei Verarbeitung von Schmelzen u. dgl. hat es sich weiterhin ais wesentlich
erwiesen, für rasche Abkühlung der Teilchen Sorge zu tragen. Hierdurch gelingt es
unter anderem, Kornvergröberungen durch Wiederzusammentreten feiner Teilchen und
Agglomerierungen, wie sie selbst nach bereits eintretender Verfestigung beim Aufprall
auf die Behälterwandung vorkommen können, zu vermeiden.
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Bei Verwendung von Flüssigkeiten als Gleituni Schmiermittel dienen
diese, wie erwähnt, zugleich als Kühlmedien. Durch Aufbringen geeigneter Flüssigkeiten
auf die umlaufende Scheibe wird einerseits die Scheibe gekühlt, andererseits eine
Dampfatmosphäre im Zerteilungsraum erzeugt. Gegebenenfalls können auch noch die
Wandungen des Zerstäubungsraumes gekühlt und das versprühte Material in Flüssigkeiten
aufgefangen werden oder beide Maßnahmen getroffen werden. Durch Aufbringen von Flüssigkeiten
Kauf den Drehkörper und gegebenenfalls dessen explösionsartige Verdampfung kann
man außerdem noch den Zerteilungsvorgang günstig beeinflussen.
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Man verfährt z. B. derart, daß man die Schmelze, z. B. eine Silber-Kupfer-Legierung,
in dünnem Strahl auf die schnell umlaufende, in einen verschließbaren Behälter eingebaute
Scheibe laufen läßt, während gleichzeitig Kühlwasser, z. B. mit Hilfe von Düsen,
nuf die Scheibe gesprüht wird: Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wird die auf
die Scheibe auftreffende Schmelze in feine oder feinste Teilchen zerrissen. Je nach
Umlaufgeschwindigkeit der Scheibe, Dicke des Gießstrahles bzw. der Gießstrahlen
der Schmelze, Auflaufgeschwindigkeit (Fallhöhe), Viskosität der Schmelze usw. kann
man den Vorgang .z. B. mit Bezug auf den Feinheitsgrad des Produktes weitgehend
regeln. Durch das Aufsprühen von Kühlwasser wird die Zerteilung der Schmelze begünstigt,
die Scheibe gekühlt und infolge Verneblung und Zerstäubung des Kühlmediums eine
Dampfatmosphäre erzeugt, durch welche die durchfliegenden Teilchen gekühlt werden
und ein Ansetzen von Teilchen an den Behälterwänden verhindert wird. In Sonderfällen
kann man die Wirkung noch durch Maßnahmen, wie Beregnen und Besprühen des Zerstäubungsraumes
mit Kühlwasser, Berieseln der Wandungen u. dgl. verbessern. Der untere Teil des
Behälters kann als Wasserbassin ausgebildet sein, in dem die Teilchen aufgefangen
und vollends abgeschreckt werden. Das Wasser kann kontinuierlich oder dikontinuierlich
abgeführt und durch Frischwasser ersetzt werden.
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Bei Verarbeitung von Legierungen der vorstehend genannten Art kann
man den Zerteilungsvorgang z. B. so regeln, daß das Produkt in Teilchengrößen anfällt,
welche praktisch vollständig durch ein Sieb gehen, das mindestens 5o Maschen pro
cm2 aufweist. Derartiges Material ist außerordentlich leicht aufarbeitbar, z. B.
durch Rösten. Herauslösen des Kupfers durch Schwefelsäure und Zugutemachung des
Silbers, wobei ein Silber von hohem Reinheitsgrad erhalten wird.
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Bei Verarbeitung von Scheidgut hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
vor oder nach der Zerteilung der Schmelze Schwefel oder Schwefel enthaltende Stoffe,
wie z. B. Sulfide, vorzugsweise in Mengen vom etwa 3 bis ro °!o, zuzufügen. Hierdurch
erhält man poröse, spröde, für die Weiterverarbeitung besonders geeignete Produkte.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird durch Leiten eines kühlend
wirkenden Gasstromes oder kühlend wirkender Gasströme durch die Zerstäubungszone
für möglichst rasche Abkühlung der Teilchen Sorge getragen und gegebenenfalls ein
zu rasches Berühren der Teilchen mit festen Flächen verhindert. Der Gasstrom kann
dabei auch gleichzeitig zur Kühlung von App,arabeteilchen, insbesondere der umlaufendien
Scheibe dienen. Man verfährt vorteilhaft derart, däß man den Gasstrom in der Nähe,
gegebenenfälls unmittelbarer Nähe der umlaufenden Scheibe bzw. der Auftrefsbelle
der Schmelze auf die Scheibe einführt oder daß man durch Einblasen von Kühlgas in
die Schmelze bei deren Auftreffen auf die Scheibe oder unmittelbar vorher die zerteilende
Wirkung der umlaufenden Scheibe unterstützt. Zur Einführung des Gases in den Zers.täubungsraum
bzw. zum Einmischen bzw. zum Blasen von Gas in die Schmelze kann man sich üblicher
Vorrichtungen, wie Injektoren, Lerstäuber od. dgl., bedienen. Man kann die umlaufende
Scheibe auch noch durch andere Mittel gegen den Angriff der heißen Schmelze schützen,
z. B. derart, daß man sie hohl ausbildet und durch eine Hohlwelle Kühlwasser in
ddas Innere der Schieibe einführt.
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Besonders gute -Wirkungen werden erzielt, wenn man die Kühlung durch
vereinigte Artwendung von
Kühlflüssigkeit und Kühlgas bewirkt, z.
B. derart, daB Kühlflüssigkeit, wie oben beschrieben, auf die umlaufende Scheibe
aufgebracht und gleichzeitig mit -der Schmelze versprüht wird und außerdem noch
Kühlgas in der vorstehend beschriebenen Weise in den Zerteilungsraum eingeführt
wird.
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Nach einer Ausführungsform wird der Gasstrom derart und mit solcher
Geschwindigkeit durch die Zerstäulningszorne geführt, daß nicht nur eine Kühlwirkung
ausgeübt wird, sondern gleichzeitig auch das von der Scheibe abgeschleud'erte feinverteilte
Gut durch den Gasstrom weitergeführt wird. Hierdurch ist es möglich, die Zeitdauer
zwischen dem Übergang der Schmelze in feinverteilten Zustand und dem Auffangen des
feinverteilten Gutes in gewünschter Weise zu erhalten und dadurch eine zu rasche
Berührung der Teilchen mit festen Wänden oder ein zu rasches Absetzender Teilchen
zu verhindern. Man kann z. B. .auch so arbeiten, daß die Teilchen oder Teile derselben
mit Hilfe des Gasstromes in mit dem Zerstäubungsraum in, Verbindung stehende Absetz-
bzw. Sammelräume getragen werden. Hierdurch kann man die Teilchen nach Art derWindrichtungin
einzelnenFraktionengewinnen.
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Als Kühl- und Trägergase kann man z. B. Stickstoff, Kohlensäure, Wasserstoff,
Generatorgas, Leuchtgas, Rauchergase u. dgl. verwenden.
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Wenn die Ausgangsstoffe bei dem Zerteilungsvorgang chemische Veränderungen
nicht erfahren sollen, sind inerte Kühlmittel (Kühlflüssigkeiten und/oder Kühlgase)
anzuwenden. So kann man z. B. bei Verarbeitung von Stoffen, z. D. gewissen Metallen
oder Legierungen, welche die Neigung haben, mit Wasser zu reagieren, als Kühlflüssigkeit
inerte Flüssigkeiten, wie z. B. Benzol u. dgl., verwenden. Das Verfahren kann unter
anderem mit Vorteil zur Herstellung von Metallpulvern, z. B. Eisenf aalver, verwendet
werden. Bei. Verarbeitung unedler Metalle-empfiehlt sich hierbei, das Zerstäuben
in inerter Atmosphäre vorzunehmen.
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Die Erfindung gestattet aber auch, die Ausgangsstoffe-.gleichzeitig
mit der Zerteilung in chemischer Hinsicht zu beeinflussen, also z. B. Metalle in
gewünschte Metallinerbindungen oder angewandte Verbindungen in solche anderer Art
überzuführen. Man kann z. B. durch Anwendung einer oxydierenden, z. B. sauerstoffreichen
Atmosphäre Metalle bereits während des Zerstäubers in Oxyde überführen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Zertei:lungsvorgang
in Gegernwart von festen Stöffen, wie Kohlenstaub, Ruß, Salzen"z. B. Alkalichloriden
wsw., vorgenommen. In diesem Falle empfiehlt es sich, die festen, feinverteilten
Stoffe zusammen mit inerten und/oder selbst reaktionsfähigen Gasen oder Gaisgenuschen,
z. B. Luft, in die Zerstäubutigszone einzuführen. In gegebenen Fällen kann man auch
feste Zusatzstoffe zusammen mit der Schmelze einführen. Die Arbeitsbedingungen,
@ z. B. mit Bezug auf Temperatur u. dgl., können so gewählt werden, ,daß gewünschte
Umsetzungen ganz oder zum Teil 4n der Zerstäubungszone stattfinden. Man kann aber
auch die Bedingungen so wählen, daß die Zusatzstoffe, z. B. Kohlenstaub, in innige
Mischung mit dem zerstäubten Gut, z. B. metallurgischen Zwischenprodukten, gebracht
werden und das zerteilte Mischgut alsdann in üblicher Weise, z. B. in Schacht-,
Flamm-, Muffelöfen, Destillationsretorten USW., veiterverarbeitet wird.
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Erfindungsgemäß in feinverteilten Zustand übergefülÜte Stoffe, wie
Pülver aus Metallen, Legierungen - u. dgl., sind unter anderem auch ausgezeichnet
geeignet für dieHerstellung von-Körpern auf metallkeramischem Wege.