EP0260617B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung und Weiterverarbeitung metallischer Stoffe - Google Patents

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EP0260617B1
EP0260617B1 EP87113316A EP87113316A EP0260617B1 EP 0260617 B1 EP0260617 B1 EP 0260617B1 EP 87113316 A EP87113316 A EP 87113316A EP 87113316 A EP87113316 A EP 87113316A EP 0260617 B1 EP0260617 B1 EP 0260617B1
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EP
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baffle surface
metal
inductors
inductor
crucible
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Paul Metz
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Centrem SA
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Centrem SA
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Priority claimed from LU86707A external-priority patent/LU86707A7/de
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    • B22F2009/084—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid combination of methods

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the production and further processing of metallic substances by directly acting on liquid metal with the centrifugal forces of a rotating induction field, which set the liquid metal in a rotationally symmetrical container wall in a rotating movement.
  • the rate of cooling determines the structure of the products produced; very high cooling rates even lead to glass-like, i.e. amorphous structures.
  • One of these methods is to allow the metal to be atomized or cooled to flow out of a mostly heated and pressurized crucible through a nozzle provided with a relatively small opening and then by means of gas jets or through rapidly rotating and mostly cooled plates, hollow spheres, Cut and cool cylinders etc. A combination of these methods has also been proposed.
  • the present invention is based on the object of creating a new method and a new device starting from the method described at the outset which no longer have the known disadvantages and additionally offer better possibilities for utilization.
  • the products divided by the described inductive centrifugation can by known methods such as gas atomization and / or impact atomization on rotating objects or in liquids or in an inductive movement and cooling device can be further divided or cooled.
  • a device according to claim 4 is proposed for carrying out the method. Further preferred embodiments of the method according to claim 1 and the device according to claim 4 are contained in the dependent claims.
  • the metal is subjected to a very large acceleration and, as a result, to a very large extent centrifugation and fragmentation.
  • the bodies or liquids used for collecting or impacting can have the same direction of rotation as the inductively centrifuged metal stream, or can be rotated in the opposite direction to increase the impact effect or cooling effect.
  • centrifugal force generated depends largely on the frequency of the electric current used, and that it is quenched during the production of very fine or very fast Products the application of frequencies of several 100 or several 1000 Hertz comes into question.
  • a tube can be continuously hurled onto a cylindrical impact wall, the wall thickness of which can reach from 1 mm to several centimeters.
  • This tube can be drawn off continuously and then rolled as a tube.
  • it can also be slit open, with a continuous metal strip being formed after straight bending, which can then be further shaped as a strip hot and / or cold.
  • the separation of the continuously formed pipe cross-section can be facilitated by the fact that the cylindrical impact wall has a slightly tapered extension.
  • the metal is conveyed in a direction substantially opposite to gravity by inductors and at the same time subjected to a rotating induction field, such that the metal is set in a rapid rotating movement and is subjected to centrifugal forces driving upwards, upon leaving the Device largely divides the metal flow.
  • the device for practicing this further development of the method according to the invention advantageously essentially consists of a cone-shaped guide surface which is closed at the bottom and expanded at the top and which is provided with inductors in such a way that a rotating induction field is generated in the interior of the cone, so that the metal located in the cone is centrifuged and, due to the conical design, is simultaneously spirally conveyed upwards.
  • the diverging guide surface can also be placed at the top end opposite a flat inductor, such that an annular gap is created between the outlet and the flat inductor.
  • the lower part of the diverging container normally consists of a flat or chopped bottom, advantageously a substantially cylindrical intermediate jacket between the bottom and the conical part.
  • This lower part, in which the liquid metals to be treated are introduced from below or from above, is advantageously heated.
  • the lower conical and / or cylindrical part is advantageously provided with helicoidally directed and controllable inductors in such a way that the metal flowing into the lower part can be brought in a regulated form into the area of the strong centrifuging inductors attached around the conical part and can be further processed there .
  • this system can be operated with or without a control nozzle. If you want to work with a control nozzle, it can convey the metal through the axis of the cone or the diverging guide surface to the bottom and allow the metal to escape in a controlled manner.
  • the storage container is located above the system. This arrangement has the advantage of not influencing the centrifuging circuit.
  • cylindrical part and / or part of the cone as an induction furnace form where the metal to be atomized is melted or brought to the desired temperature or kept.
  • the amount to be withdrawn can be regulated by the lowest inductors, which can have a helicoid effect.
  • the inductors attached to the conical or hyperbolic surface can also have a downward or upward helicoid effect.
  • At least the parts of the described devices exposed to the inductors should preferably be made of non-magnetic or electrically non-conductive materials.
  • the liquid metal to be treated which is introduced into the lower part of the device is possibly heated there and transported upwards and is subjected to centrifugal forces in the diverging part by strong inductors, which are possibly arranged in several planes, and by this the diverging guide surface is moved upwards in order to be centrifuged and atomized at high speed at the upper end of the cone or at its trumpet-shaped extension.
  • this type of installation in which the metal is moved against gravity, is also very suitable for producing very fine wires, e.g. forms the cone in the hyperboloid exit shape and provides this exit shape with grooves or ribs.
  • the wire produced in this way can, as already described above, be immediately collected in liquid cooling containers.
  • the device according to the invention also makes it possible to spin or atomize in a targeted direction, which is very favorable in many applications, for example for application coatings.
  • the upper part of the cone is provided with a cover and the cone itself in the direction of the one to be coated
  • the excess metal can be piped back to the bottom of the device. In this case it can be advantageous to position the system at an angle or horizontally.
  • the device is constructed in such a way that the parts exposed to the metal bath, such as the cone with or without a cylindrical lower part and possibly with a hyperbolic upper part, are easily removed from the others for reasons of quality of the metals to be atomized or for reasons of wear System parts such as inductors, possibly heating or cooling system can be installed and removed.
  • the system according to FIG. 1 understands the crucible 1, which contains the metal 2, the temperature of which is regulated by the inductor 3.
  • the metal flows, possibly conveyed by a slight overpressure, through the abrasion-resistant nozzle 4 provided with a small cylindrical bore, which is then directly extended by a trumpet-shaped or hyperboloidal refractory and abrasion-resistant guide surface 34.
  • the entire surface of 34 is cooled with a liquid which is introduced in closed cooling coils at 35 and is discharged at 36.
  • the quantity of metal stream entering the nozzle 4 is regulated by the helicoid inductors 5, at the same time a slight rotary movement of the metal jet can be generated.
  • the strong inductors 37 set the metal into a very rapid rotary movement, which is then further accelerated by flat inductors 38, such that the metal particles with a are thrown at very high speed against the cylindrical wall 40 cooled by the water nozzles 39.
  • This wall 40 can be rotated in the ball bearing 41 by a drive device, not shown. However, if you want to carry out the atomization under vacuum, the wall 40 is tightly connected to a hood 42 and the entire closed system is evacuated via a nozzle 43. In this case, the metal thrown against the wall 40 can be further moved and distributed by the inductors 44 which are attached around the cylindrical wall 40.
  • the metal particles generated collect in the lower funnel-shaped part 40a, from which they can be removed after opening a valve 45 and are fed directly to a compacting system after a possible intermediate heating.
  • a ring 47 provided with the flat inductors 46 can be attached under the diverging guide surface 34 such that an annular gap 48 is formed between the guide surface 34 and the ring 47 which the metal particles are accelerated even further.
  • the ring 47 can be heated, e.g. through the inductors 46.
  • the direction of rotation of the entire system, excited by the inductors 37, 38 and possibly 46, should be the same in all cases.
  • the impact wall 40 or the inductors 44 can, depending on the desired nature of the end product, either work in the same direction of rotation of the aforementioned inductors or act in the opposite direction.
  • the divided products can also be treated further, as described above.
  • a device similar to that shown in FIG. 1 can lead to the production of tubes, or after slitting the tubes, of flat products.
  • the impact wall 40 is designed to be slightly tapered downwards.
  • the funnel-shaped approach 4a is omitted.
  • the cooling nozzles 39 are then designed to be so weak that the particles emerging from 48 weld themselves together, the inductors 44 ensuring a uniform distribution of the particles spun on.
  • the divided metal flow between the annular gap 48 and the impact wall 40 is cooled by cooling, preferably inert gas cooling.
  • the tube of the individual particles is continuously pulled out by an extraction system (not shown) and then possibly rolled, for example in a planetary diagonal rolling mill.
  • the shaped tube can be slit open and then rolled and wound in the form of a continuous strip, possibly subsequently, warm and / or possibly cold.
  • the metal is centrifuged in a falling manner
  • it is in a direction opposite to gravity, i.e. transported or centrifuged from bottom to top.
  • the system according to FIG. 2 understands the crucible 1, which contains the metal 2, the temperature of which is regulated by the inductor 3.
  • the metal flows through a line 1a into a container 60 of the device, which may be designed as a cylindrical storage container heated by inductors 61 and is extended upwards by a fireproof and abrasion-resistant guide surface 62 which widens in a trumpet-like or hyperboloidal manner. All or at least the uppermost part of the guide surface 62 is cooled with a liquid which flows, for example, through cooling coils or is located in a closed space and is introduced through 63 and is discharged through 64. The cooling can also take place via atomizing nozzles.
  • a measuring probe 65 ensures a constant level of the metal bath 66 in 60 by operating a stuffing rod 69 via the controller 67 and an actuator 68 and / or actuating the inductors 5 designed as an induction valve.
  • a set of inductors is arranged along the underside of the guide surface 62. The metal is first accelerated more and more by inductor 70a and then by inductors 70b, 70c and 70d. These inductors can produce a simple rotary movement, but can also be designed helicoidally, for example the lower inductors 70a and 70b causing an upward helicoidal movement, and the upper inductors 70c and 70d can possibly act downwards in order to expose the metal to the centrifugal forces for as long as possible.
  • the inductor 70a it is sufficient to operate the inductor 70a at the mains frequency, ie at 50 Hertz, the inductor 70b at 200 Hertz, the inductor 70c at 1000 Hertz and the inductor 70d at 2000 Hertz to be operated advantageously. It can easily be seen that the metal leaves the guide surface 62 with very large centrifugal forces and consequently with very large atomization.
  • a ring 73 provided with the flat inductors 72 can be attached over the diverging guide surface 62 in such a way that an annular gap 74 is formed between the edge of the guide surface 62 and the ring 73 which the metal particles are accelerated even further.
  • the ring 73 can be heated e.g. through the inductors 72.
  • the device can also be used to produce fine wires, in that the exit side of the guide surface is provided with ridges and / or ribs 76, where the desired amount of metal is collected and collected in a liquid-filled, possibly rotatable basin 77, a very rapid cooling of the generated rays and a large length of the wires produced is achieved (left side of Figure 2).
  • the system described can also be used to coat metal strips, which are either bent spirally or temporarily around a tube the system can be pulled through.
  • the entire system described above can be centrifuged. However, if you want to centrifuge in a certain direction, e.g.
  • the system can be placed at an angle or horizontally for the production of thin wires or for further atomization by gas jets.
  • FIG. 3 Another embodiment of the device according to FIG. 2 is shown in FIG. 3.
  • This system was specially designed for one-sided centrifugation e.g. developed for coating purposes or for further atomization by gas jets. It also illustrates the possibility of feeding through an oven placed next to the system.
  • the system shown in FIG. 3 operates on similar principles to the system shown in FIG. 2, with the difference that the centrifuged metal is thrown out through the opening or slot 81 or the openings or slots 81, 82 and 83 (see also FIG. 3A) and that the excess amount can be collected in a trough 84 and returned to the crucible via a return 85.
  • the already finely divided metal can be atomized and cooled further by gas nozzles 86 or can be passed on to a rolling mill.
  • This device can also be closed with a lid at the top.
  • the crucible 1 is located next to the centrifuging system and is connected to the storage container 60 via the line 87 according to the principle of communicating tubes.
  • the return 85 into the crucible 1 is preferably surrounded by a heating winding 88 in order to prevent premature solidification.
  • the devices can also be set up horizontally or at an angle. This applies particularly to systems which, according to FIG. 3, have openings or slots in liquid metal strands emerging from the guide surfaces. The diverging or even cylindrical guide surface can then be closed on the side opposite the entry of the liquid metal.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung und Weiterverarbeitung metallischer Stoffe durch direktes Einwirken auf flüssiges Metall mit den Zentrifugalkräften eines rotierenden Induktionsfeldes, welche das flüssige Metall in einer rotationssymmetrischen Behälterwand in rotierende Bewegung setzen.
  • Es ist bekannt, flüssige Metalle derart zu zerteilen und abzukühlen, dass feinstverteilte metallische Pulver oder Drähte entstehen.
  • Die Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmt die Struktur der erzeugten Produkte; sehr hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten führen sogar zu glasförmigen, d.h. amorphen Strukturen.
  • Zur Erreichung dieser Ziele sind verschiedene Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren besteht darin, das zu zerstäubende bzw. abzukühlende Metall aus einem meistens geheizten und unter Druck befindlichen Tiegel durch eine mit einer verhältnismässig kleinen Öffnung versehenen Düse ausfliessen zu lassen und anschliessend durch Gasstrahlen bzw. durch schnell rotierende und meistens gekühlte Teller,Hohlkalotten, Zylinder usw. zu zerteilen und abzukühlen. Eine Kombination dieser Verfahren wurde ebenfalls vorgeschlagen.
  • Andere Verfahren sehen vor Metalle dadurch schnell abzukühlen, dass sie in eine Flüssigkeit eingebracht werden, welche durch Zentrifugalkräfte senkrecht an eine Behälterwand gepresst wird.
  • Diese bekannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass schnell rotierende Bauteile erfordert sind, was bei diesen hohen Drehzahlen zu Unwucht- und Verschmutzungsproblemen führt.
  • Diese Probleme bestehen nicht bei dem eingangs beschriebenen und aus der FR-A-2391799 bekannten Verfahren, gemäss welchem die Rotationsbewegung des flüssigen Metalls induktiv zustande gebracht wird und demgemäss keine beweglichen Teile mehr erfordert sind. Dieses bekannte Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass das flüssige Metall in einem Rohr gedreht wird, das unten bis auf eine kleine zentrale Öffnungsdüse abgeschlossen ist und durch welche das Metall dann auch das Rohr verlassen muss. Wegen dieser kleinen Düse ist erstens die Ausbeute begrenzt und zweitens stellt diese Düse eine Verstopfungsgefahr dar und ist einem schnellen Abrasionsverschleiss ausgesetzt. Ausserdem wird während der Rotationsbewegung das flüssige Metall infolge der Zentrifugalkraft schlauchförmig an die Innenwand des Rohres gedrückt und hat damit kaum die Gelegenheit, durch die axial angeordnete Düse zu entweichen.
  • Aus den beiden Druckschriften FR-A-1205683 und FR-A-1106022 ist es bekannt mit flüssigem Metall gefüllte Gefässe dadurch zu entleeren, dass das Metall elektromagnetisch in Drehbewegung gesetzt wird und durch die Zentrifugalkräfte aus dem Gefäss herausgepumpt wird.
  • Aus der Druckschrift FR-A-2352612 ist es desweiteren bekannt rohrförmige Produkte herzustellen indem flüssiges Metall induktiv in Drehbewegung gesetzt wird und längs einer zylindrischen Wand zu einem Rohr verformt wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von dem eingangs beschriebenen Verfahren ausgehend ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zu schaffen, welche die bekannten Nachteile nicht mehr aufweisen und zusätzlich bessere Verwertungsmöglichkeiten bieten.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäss Patentanspruch 1 vorgeschlagen.
  • In Fällen, wo eine noch weitgehende Zerteilung bzw. schnellere Abkühlung der erzeugten Produkte erwünscht ist, können die, durch die beschriebene induktive Zentrifugierung zerteilten Produkte, durch bekannte Verfahren wie Gaszerstäubung und/oder Aufprallzerstäubung auf rotierende Gegenstände bzw. in Flüssigkeiten oder in einer induktiven Bewegungs- und Abkühlungsvorrichtung weiter zerteilt bzw. abgekühlt werden. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung gemäss Anspruch 4 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformer des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 4 sind in den abhängegen Ansprüchen enthalten.
  • Auf diese Weise wird das Metall einer sehr grossen Beschleunigung und infolgedessen einer sehr weitgehenden Zentrifugation und Zerteilung ausgesetzt. In einzelnen Fällen kann es angebracht sein unter dem abgeflachten Hyperboloïd, einen weiteren Flachinduktor anzubringen, derart, dass das Metall in dem Ringspalt zwischen der trompetenförmigen Leitfläche und dem Flachinduktor weiter zerteilt wird. Zwecks Schonung der feuerfesten Auskleidung der Innenseite der divergierenden Erweiterung bzw. Ansatzes ist es vorteilhaft, zwischen dieser divergierenden Leitfläche und den Induktoren eine Kühlung anzubringen. Diese Kühlung kann derart intensiv sein, dass sich ein dünnfester Metallschichtenansatz bildet, der diese Teile dauernd schützt.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, eine Aufprallfläche, welche im gleichen Sinn oder im entgegengesetzten Sinn wie der ausströmende Metallstrom dreht, nicht mechanisch zu drehen, sondern die Metallteilchen selbst durch an oder um die Aufprallflächen angeordneten Induktoren einem schnell drehenden Induktionsfeld auszusetzen. Diese Methode hat den Vorteil, ein System zu schaffen, welches ohne bewegliche Bauteile eine ausgezeichnete Zerteilung und Abkühlung der Metalle zur Folge hat, so dass das gesamte Verfahren problemlos unter hohem Vakuum ausgeführt werden kann.
  • Desweiteren wurde festgestellt, dass die zum Auffangen bzw. zum Aufprallen eingesetzten Körper bzw. Flüssigkeiten je nach Verwendungszweck des erzielten Produktes die gleiche Drehrichtung haben können wie der induktiv zentrifugierte Metallstrom, oder zwecks Vergrösserung des Aufpralleffektes bzw. Abkühlungseffektes in entgegengesetzter Richtung gedreht werden können.
  • Ferner wurde festgestellt, dass die erzeugte Zentrifugalkraft wesentlich von der eingesetzten Frequenz des elektrischen Stromes abhängt, und dass bei der Erzeugung sehr feiner bzw. sehr schnell abgeschreckter Produkte die Anwendung von Frequenzen von mehreren 100 bzw. mehreren 1000 Hertz in Frage kommt.
  • Bei dem Massenvergiessen von Metallen wie Aluminium, Stahl usw. wurde bereits verschiedentlich vorgeschlagen, die Giessgeschwindigkeit dadurch zu beeinflussen, dass der Ausguss mit einem Wanderfeldinduktor umgeben ist, dessen elektrische Beaufschlagung eine Regelgrösse darstellt.
  • Die Anwendung dieses Prinzips bei sehr kleinen Ausgüssen kann bei dem vorliegenden Verfahren zu einer wesentlichen Vergrösserung des Ausgusses und somit zu einer betrieblichen Erleichterung führen. Im Rahmen dieser Erfindung wurde festgestellt, dass eine helikoïdale Anordnung der Induktoren zu einer zusätzlichen Regelmöglichkeit des flüssigen Metallstromes und infolgedessen des Endeffektes führen kann, wobei ein nach oben gerichtetes helikoïdales Induktionsfeld zu einer Verringerung des Durchsatzes und ein nach unten gerichtetes helikoïdales Induktionsfeld zu einer Erhöhung des Durchsatzes führt.
  • Bei richtiger Anwendung des Verfahrens können derart grosse Zentrifugalkräfte des verflüssigten Metalls erreicht werden, dass an einer zylindrischen Aufprallwand kontinuierlich ein Rohr aufgeschleudert werden kann, dessen Wandstärke von 1mm bis zu mehreren Zentimetern erreichen kann. Dieses Rohr kann kontinuierlich abgezogen werden und anschliessend als Rohr gewalzt werden. Es kann jedoch auch aufgeschlitzt werden, wobei nach Geradebiegen ein kontinuierliches Metallband entsteht, welches anschliessend als Band warm und/oder kalt weiterverformt werden kann. Das Abtrennen des kontinuier-lich gebildeten Rohrquerschnittes kann dadurch erleichtert werden, dass die zylindrische Aufprallwand eine leicht nach unten erweiterte Konizität aufweist.
  • Das bis jetzt beschriebene Verfahren bezieht sich im wesentlichen auf einen flüssigen Metallstrom, welcher ausser dem rotierenden Induktionsfeld seiner eigenen Schwerkraft ausgesetzt ist. Es wurde nun aber im Rahmen dieser Erfindung festgestellt, dass die Anwendung eines rotierenden Induktionsfeldes auf eine gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung zur Schwerkraft sich bewegende Metallmenge zu einer wesentlichen Steigerung der Wirkung der Induktionskräfte führt. Auf diese Weise kann in vielen Fällen auf die Regelung mittels Durchflussdüsen verzichtet werden, wobei andere Regelmöglichkeiten eingesetzt werden können.
  • Gemäss diesem Gesichtspunkt des Verfahrens wird das Metall in einer der Schwerkraft im wesentlichen entgegengesetzten Richtung durch Induktoren befördert und gleichzeitig einem rotierenden Induktionsfeld ausgesetzt, derart, dass das Metall in eine schnelle rotierende Bewegung versetzt wird und nach oben treibenden Zentrifugalkräften ausgesetzt wird, wobei beim Verlassen der Vorrichtung eine weitgehende Unterteilung des Metallstromes erfolgt.
  • Die Vorrichtung zur Ausübung dieser erfindungsgemässen Weiterbildung des Verfahrens besteht vorteilhafterweise im wesentlichen aus einer unten geschlossenen und nach oben erweiterten konusförmigen Leitfläche, welche derart mit Induktoren versehen ist, dass im Innern des Konus ein rotierendes Induktionsfeld erzeugt wird, so dass das sich im Konus befindliche Metall zentrifugiert wird und aufgrund derkonischen Ausbildung gleichzeitig spiralförmig nach oben befördert wird.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Divergenz des Konus kontinuierlich d.h. trompetenförmig oder sprungweise nach oben zu vergrössern und die so gebildete Leitfläche mit mehreren Induktoren zuversehen. Diese Induktoren können dieselbe Rotationsgeschwindigkeit aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch herausgestellt, die Induktoren derart auszubilden bzw. zu speisen, dass die Drehgeschwindigkeit von unten nach oben gesteigert wird. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, den oberen Teil der Leitfläche mit einer hyperboloïdähnlichen oder trompetenförmigen Austrittsform zu versehen.
  • Es fällt nicht aus dem Rahmen dieser Erfindung, die induktive Drehbewegung der Vorrichtung oder der konusförmigen Leitfläche mit ihrer eventuell zugeordneten hyperboloïdähnlichen oder trompetenförmigen Austrittsform durch eine mechanische Drehbewegung dieser Teile zu unterstüt zen.
  • Die divergierende Leitfläche kann ebenfalls am oberen Ende einem Flacheninduktor gegenüber gestellt werden, derart, dass zwischen dem Austritt und dem Flachinduktor ein Ringspalt entsteht.
  • Der untere Teil des divergierenden Behälters besteht normalerweise aus einem flachen oder gekümpelten Boden, wobei vorteilhafterweise zwischen Boden und konischem Teil ein im wesentlichen zylindrischer Zwischenmantel besteht.
  • Dieser untere Teil, in welchem die zu behandelnden flüssigen Metalle von unten oder von oben eingebracht werden, wird vorteilhafterweise beheizt.
  • Der untere konische und/oder zylindrische Teil wird vorteilhafterweise mit helikoïdal nach oben gerichteten und regelbaren Induktoren versehen, derart, dass das in dem unteren Teil einfliessende Metall in geregelter Form in den Bereich der um den konischen Teil angebrachten starken Zentrifugierinduktoren gebracht und dort weiterbehandelt werden kann.
  • Wie bereits erwähnt kann dieses System mit oder ohne Regeldüse betätigt werden. Will man mit Regeldüse arbeiten, so kann dieselbe das Metall durch die Achse des Konus oder der divergierenden Leitfläche bis an den Boden fördern und dort das Metall in geregelter Form austreten lassen. In diesem Falle befindet sich der Vorratsbehälter über der Anlage. Diese Anordnung hat den Vorzug, den Zentrifugierkreis nicht zu beeinflussen.
  • In anderen Fällen wird es möglich sein, das zu zerstäubende Metall von unten z.B. durch ein U-Rohr in den Boden bzw. in den zylindrischen Teil einzuführen.
  • In anderen Fällen ist es möglich, den zylindrischen Teil und/oder einen Teil des Konus als Induktionsofen auszubilden, wo das zu zerstaübende Metall geschmolzen bzw. auf die gewünschte Temperatur gebracht bzw. gehalten wird.
  • Die zu entnehmende Menge kann durch die untersten Induktoren, welche helikoïdal wirken können, geregelt werden.
  • Im übrigen wurde festgestellt, dass die an der konischen bzw. hyperbolischen Fläche angebrachten Induktoren ebenfalls eine nach unten bzw. nach oben gerichtete helikoïdale Wirkung haben können.
  • Zumindest die den Induktoren ausgesetzten Teile der beschriebenen Vorrichtungen sollten vorzugsweise aus nicht magnetischen beziehungsweise aus elektrisch nicht leitenden Materialien hergestellt werden.
  • Aus dem Vorherbeschriebenen ist ersichtlich, dass das in dem unteren Teil der Vorrichtung eingebrachte zu behandelnde flüssige Metall dort eventuell beheizt und nach oben befördert wird und im divergierenden Teil durch starke Induktoren, welche eventuell in mehreren Ebenen angeordnet sind, Zentrifugalkräften ausgesetzt wird und durch diese an der divergierenden Leitfläche nach oben bewegt wird, um am oberen Ende des Konus bzw. an seiner trompetenförmigen Erweiterung mit grosser Geschwindigkeit zentrifugiert und zerstäubt zu werden.
  • Es wurde festgestellt, dass diese Form der Anlage, in welcher das Metall gegen die Schwerkraft bewegt wird, ebenfalls zur Erzeugung sehr feiner Drähte bestens geeignet ist, indem man z.B. den Konus in der hyperboloïdischen Austrittsform ausbildet und diese Austrittsform mit Rillen bzw. Rippen versieht. Der so erzeugte Draht kann, wie bereit vorher beschrieben, sofort in Flüssigkühlbehältern aufgefangen werden.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht es ebenfalls, in eine gezielte Richtung zu schleudern bzw. zu zerstäuben, was bei vielen Anwendungen z.B. bei Auftragsbeschichtungen sehr günstig ist. In diesem Falle wird der obere Teil des Konus mit einem Deckel versehen und der Konus selbst in Richtung der zu beschichtenden Produkte mit einem oder mehreren Schlitzen versehen, welche den Austritt des feinverteilten zur Zerstäubung bzw. zur Beschichtung eingesetzten Metalls ermöglichen. Das überschüssige Metall kann über eine Rohrleitung an den Boden der Vorrichtung zurückgebracht werden. In diesem Falle kann es vorteilhaft sein, die Anlage schräg oder horizontal zu stellen.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Vorrichtung derart aufgebaut ist, dass die dem Metallbad ausgesetzten Teile, wie der Konus mit oder ohne zylindrischen Unterteil und eventuell mit hyperboloïdischen Oberteil, aus Qualitätsgründen der zu zerstäubenden Metalle bzw. aus Verschleissgründen leicht aus den anderen Anlageteilen wie Induktoren, eventuell Heizungen bzw. Kühlsystem ein- und ausgebaut werden können.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele und mit Bezug auf die Figuren, in welchen gleiche Teile mit denselben Bezugsnummern versehen sind, illustrationshalber näher beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine erste Ausführungsform der Erfindung;
    Figur 2:
    eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
    Figur 3:
    eine Variante der Ausführungsform gemäss Figur 2; und
    Figur 3A:
    Einzelheiten des oberen Teils der Leitfläche aus Figur 3.
    .
  • Die Anlage gemäss Figur 1 begreift den Tiegel 1, welcher das Metall 2 enthält, dessen Temperatur durch den Induktor 3 geregelt wird. Das Metall fliesst, eventuell durch einen leichten Überdruck gefördert, durch die mit einer kleinen zylindrischen Bohrung versehene abriebfeste Düse 4, welche direkt anschliessend durch eine trompetenförmige oder hyperboloïdische feuerfeste und abriebfeste Leitfläche 34 verlängert ist. Die gesamte Oberfläche von 34 ist mit einer Flüssigkeit gekühlt, welche in geschlossenen Kühlschlangen bei 35 eingeleitet und bei 36 abgeleitet wird. Der in die Düse 4 eintretende Metallstrom wird durch die helikoïdalen Induktoren 5 mengenmässig geregelt, wobei gleichzeitig eine leichte Drehbewegung des Metallstrahles erzeugt werden kann. Nach Eintritt des Metalls in den durch die Leitfläche 34 begrenzten Raum wird das Metall durch die starken Induktoren 37 in eine sehr schnelle Drehbewegung versetzt, welche dann anschliessend durch Flachinduktoren 38 weiterbeschleunigt wird, derart, dass am unteren Rand der trompetenförmigen Leitfläche 34 die Metallpartikeln mit einer sehr grossen Geschwindigkeit an die durch die Wasserdüsen 39 gekühlte zylindrische Wand 40 geschleudert werden. Diese Wand 40 kann durch eine nicht gezeigte Antriebsvorrichtung in der Kugellagerung 41 gedreht werden. Will man jedoch die Zerstäubung unter Vakuum vornehmen, so ist die Wand 40 dicht mit einer Haube 42 verbunden und die gesamte geschlossenen Anlage wird über einen Stutzen 43 evakuiert. In diesem Falle kann das an die Wand 40 geschleuderte Metall durch die Induktoren 44, welche um die zylindrische Wand 40 angebracht sind, weiter bewegt und verteilt werden. Die erzeugten Metallpartikel sammeln sich im unteren trichterförmigen Teil 40a, aus welchem sie nach Öffnung eines Ventils 45 abgezogen werden können und direkt, nach einem eventuellen Zwischenaufheizen, einer Kompaktieranlage zugeführt werden.
  • Will man eine noch grössere Beschleunigung der unter der Leitfläche 34 austretenden Metallpartikeln erzielen, so kann man unter die divergierende Leitfläche 34 einen mit den Flachinduktoren 46 versehenen Ring 47 anbringen, derart, dass zwischen der Leitfläche 34 und dem Ring 47 ein Ringspalt 48 entsteht, durch welchen die Metallpartikeln noch weiter beschleunigt werden. Um ein Einfrieren des Metalls in diesem Ringspalt 48 zu vermeiden, kann der Ring 47 beheizt werden, z.B. durch die Induktoren 46.
  • Die Drehrichtung des gesamten Systems, erregt durch die Induktoren 37, 38 und eventuell 46, soll in allen Fällen dieselbe sein. Die Aufprallwand 40 bzw. die Induktoren 44 können jedoch, je nach der gewünschten Beschaffenheit des Endproduktes entweder in dem gleichen Drehsinn der vorhergenannten Induktoren arbeiten oder in entgegengesetzter Richtung wirken.
  • Beim Verlassen des Ringspaltes 47 können die zerteilten Produkte, ebenfalls wie vorher beschrieben, weiter behandelt werden.
  • Eine ähnliche Vorrichtung wie in Figur 1 gezeigt kann zur Herstellung von Rohren, bzw. nach Aufschlitzen der Rohre, von Flachprodukten führen. In diesem Falle ist die Aufprallwand 40 leicht kegelförmig nach unten erweitert ausgebildet. Der trichterförmige Ansatz 4a entfällt. Die Kühldüsen 39 sind dann so schwach ausgelegt, dass die aus 48 austretenden Partikeln an sich zusammenschweissen, wobei die Induktoren 44 für eine gleichmässige Verteilung der aufgeschleuderten Partikeln sorgen. Bei grossen Durchsätzen wird der zerteilte Metallstrom zwischen dem Ringspalt 48 und der Aufprallwand 40 durch eine Kühlung, vorzugsweise Inertgaskühlung, gekühlt.
  • Das durch Aufschleudern und Zusammenschweissen der einzelnen Partikel entstandene Rohr wird kontinuierlich durch eine nicht aufgezeichenete Extraktionsanlage herausgezogen und eventuell anschliessend z.B. in einem Planetenschrägwalzwerk gewalzt. Wie bereits erwähnt kann das geformte Rohr aufgeschlitzt werden und in Form eines kontinuierlichen Bandes eventuell anschliessend, warm und/oder eventuell kalt gewalzt und aufgewickelt wird.
  • Während in dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel das Metall fallend zentrifugiert wird, wird es in den folgenden Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung, d.h. von unten nach oben befördert bzw. zentrifugiert.
  • Die Anlage nach Figur 2 begreift den Tiegel 1, welcher das Metall 2 enthält, dessen Temperatur durch den Induktor 3 geregelt wird. Das Metall fliesst durch eine Leitung 1a in einen Behälter 60 der Vorrichtung, welcher eventuell als zylindrischen durch Induktoren 61 beheizten Vorratsbehälter ausgebildet ist und durch eine sich trompetenförmig oder hyperboloïdisch erweiternde feuerfeste und abriebfeste Leitfläche 62 nach oben verlängert ist. Die gesamte oder zumindest der oberste Teil der Leitfläche 62 ist mit einer Flüssigkeit gekühlt, welche z.B. durch Kühlschlangen fliesst oder sich in einem geschlossenen Raum befindet und durch 63 eingeleitet und durch 64 abgeleitet wird. Die Kühlung kann auch über Zerstäubungsdüsen erfolgen. Eine Messsonde 65 sorgt für ein konstantes Niveau des Metallbades 66 in 60 dadurch, dass sie über den Regler 67 und ein Stellorgan 68 eine Stopfstange 69 bedient und /oder die als Induktionsventil ausgelegten Induktoren 5 betätigt. Eine Garnitur Induktoren ist entlang der Unterseite der Leitfläche 62 angeordnet. Das Metall wird zuerst durch den Induktor 70a und anschliessend durch die Induktoren 70b, 70c und 70d immer mehr beschleunigt. Diese Induktoren können eine einfache Drehbewegung erwirken, können jedoch auch helikoïdal ausgebildet sein, wobei z.B. die unteren Induktoren 70a und 70b eine nach oben wirkende helikoïdale Bewegung hervorrufen, und die oberen Induktoren 70c und 70d gegebenenfalls nach unten wirken können, um das Metall möglichst lange den Zentrifugalkräften auszusetzen. Es ist ebenfalls angebracht, die Induktoren von 70a bis 70d mit steigenden Frequenzen zu beaufschlagen. So genügt es in den meisten Fällen z.B. den Induktor 70a mit Netzfrequenz d.h. mit 50 Hertz zu betreiben, wobei der Induktor 70b mit 200 Hertz, der Induktor 70c mit 1000 Hertz und der Induktor 70d mit 2000 Hertz vorteilhafterweise betrieben werden soll. Es ist leicht ersichtlich, dass das Metall die Leitfläche 62 mit sehr grossen Zentrifugalkräften und infolgedessen unter sehr grosser Zerstäubung verlässt.
  • Ist eine noch grössere Beschleunigung der die Leitfläche 62 verlassenden Metallpartikeln erwünscht, so kann man über der divergierenden Leitfläche 62 einen mit den Flachinduktoren 72 versehenen Ring 73 anbringen, derart, dass zwischen dem Rand der Leitfläche 62 und dem Ring 73 ein Ringspalt 74 entsteht, durch welchen die Metallpartikeln noch weiter beschleunigt werden. Um ein Einfrieren des Metalls in diesem Ringspalt zu vermeiden, kann der Ring 73 beheizt werden z.B. durch die Induktoren 72.
  • Wie bereits erwähnt kann ein Auf- und Abbewegen der Vorrichtung gegenüber der Aufprallwand 75 oder umgekehrt zu einer grösseren Regelmässigkeit des erzielten Produktes führen.
  • Die Vorrichtung kann ebenfalls zur Erzeugung feiner Drähte eingesetzt werden, dadurch, dass die Austrittsseite der Leitfläche mit Erhöhungen und/oder Rippen 76 versehen ist, wo die gewünschte Metallmenge gesammelt und in ein mit Flüssigkeit gefülltes, eventuell drehbares Becken 77 aufgefangen wird, wobei eine sehr schnelle Abkühlung der erzeugten Strahlen und eine grosse Länge der erzeugten Drähte erzielt wird (linke Seite von Figur 2).
  • Die beschriebene Anlage kann ebenfalls zur Beschichtung von Metallbändern benutzt werden, welche entweder spiralförmig oder zeitweilig rohrförmig gebogen um die Anlage durchgezogen werden.
  • Die vorher beschriebene Anlage kann auf ihrem gesamten Umfang zentrifugieren. Will man jedoch in einer bestimmten Richtung zentrifugieren, z.B. zur Herstellung dünner Drähte oder zur weiteren Zerstäubung durch Gasstrahlen kann die Anlage schräg oder horizontal gestellt werden.
  • Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach Figur 2 ist in Figur 3 dargestellt. Diese Anlage wurde speziell zur einseitigen Zentrifugation z.B. zu Beschichtungszwecken oder zur weiteren Zerstäubung durch Gasstrahlen entwickelt. Sie veranschaulicht ausserdem die Möglichkeit der Speisung durch einen neben der Anlage aufgestellten Ofen. Die in Figur 3 dargestellte Anlage arbeitet nach ähnlichen Prinzipien wie die in Figur 2 dargestellte Anlage mit dem Unterschied, dass das zentrifugierte Metall durch die Öffnung oder Schlitz 81 oder die Öffnungen oder Schlitze 81, 82 und 83 (siehe auch Figur 3A) herausgeschleudert wird und dass die überschüssige Menge in einer Rinne 84 gesammelt und über einen Rücklauf 85 in den Tiegel zurückgeführt werden kann. Beim Austritt durch die Schlitze kann das bereits feinverteilte Metall durch Gasdüsen 86 noch weiter zerstäubt und abgekühlt werden oder in eine Walzanlage weitergeleitet werden. Diese Vorrichtung kann ausserdem mit einem Deckel nach oben abgeschlossen sein.
  • Wie in Figur 3 veranschaulicht befindet sich der Tiegel 1 neben der Zentrifugieranlage und ist mit dem Vorratsbehälter 60 nach dem Prinzip kommunizierender Röhren über die Leitung 87 verbunden.
  • Der Rücklauf 85 in den Tiegel 1 ist vorzugsweise von einer Heizwicklung 88 umgeben, um ein frühzeitiges Erstarren zu verhindern.
  • Da die Schwerkräfte im Vergleich zu den Zentrifugalkräften vernachlässigbar sind, können die Vorrichtungen ebenfalls horizontal oder schräg aufgestellt werden. Das gilt besonders bei Anlagen, welche entsprechend Figur 3 mit durch Öffnungen oder Schlitze in den Leitflächen austretenden flüssigen Metallsträngen arbeiten. Die divergierend oder sogar zylindrisch ausgebildete Leitfläche kann dann auf der dem Eintritt des flüssigen Metalls entgegengesetzten Seite geschlossen sein.
  • Zusammenfassend sei hervorgehoben, dass sämtliche oben beschriebene Ausführungsbeispiele das gemeinsame Merkmal aufweisen, dass ein flüssiger voller Metallstrang spätestens beim zentralen Eingang in die rotationssymmetrische Leitfläche durch die Zentrifugalkräfte der induktiv bewirkten Rotationsbewegung verformt wird. Dieser hohl geschleuderte Metallstrang erweitert sich anschliessend kegelförmig oder trompetenförmig entlang der inneren Leitfläche unter der Wirkung der Zentrifugalkraft, wobei diese Leitfläche von einem kontinuierlichen Flüssigmetallfilm beaufschlagt wird, dessen Dicke entsprechend der Radiusvergrösserung abnimmt. Der Durchfluss am Einlauf der Leitfläche sowie die Frequenz und Intensität der induktiven Drehfelder werden derart auf die Dimension der Leitfläche abgestimmt, dass der Metallfilm am Ausgangsrand der Leitfläche so dünn ist, dass der Metallfilm zerreist und völlig zerstäubt wird.

Claims (25)

  1. Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitung metallischer Stoffe durch direktes Einwirken auf flüssiges Metall mit den Zentrifugalkräften eines rotierenden Induktionsfeldes, welche das flüssige Metall innerhalb einer rotationssymmetrischen Begrenzungswand in rotierende Bewegung setzen, wobei die Zentrifugalkräfte dazu ausgenützt werden, das Metall in Form eines progressiv dünner werdenden rotierenden Films entlang einer sich in einem Induktionsfeld befindlichen Leitfläche auszudehnen, und wobei das flüssige Metall in Form eines vollen Metallstrangs in eine rohrförmige Düse geleitet wird, in welcher es durch induktive Zentrifugalkräfte zu einem rohrförmigen Strang vorgeformt wird und anschliessend entlang einer sich konusförmig oder trompetenförmig ausbreitenden Leitfläche in einem induktiven Drehfeld zu einem progressiv dünner werdenden konus- oder trompetenförmigen Film weiterverformt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Metall aus einem Gefäss durch induktiv bewirkte Zentrifugalkräfte in seiner Schwerkraft entgegengesetzten Richtung nach oben herausgehoben wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Metallfilm durch formgebende Rippen bzw. Schlitze auf bzw. in der Leitfläche draht- und bandförmig verformt und anschliessend gekühlt wird.
  4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem als Vorratsbehälter für das flüssige Metall (2) dienenden Tiegels (1), einer Zentrifugiervorrichtung und elektromagnetischen Induktoren zur Drehung des flüssigen Metalls in der Zentrifugiervorrichtung, wobei die Zentrifugiervorrichtung aus einer axialsymmetrischen Leitfläche ( 34, 62) besteht, an deren Aussenfläche der oder die Induktoren ( 38, 70) angeordnet sind, und der Tiegel (1) durch eine axiale Verbindungsstrecke mit der Innenseite der Leitfläche ( 34, 62) verbunden ist, wobei die Leitfläche (34, 62) sich trompetenförmig oder hyperboloïdisch erweitert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrecke aus einer rohrförmigen Düse (4) besteht, welche einen axialen Auslauf des Tiegels (1) bildet und welche nach unten in die Leitfläche ( 34) übergeht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) von einem Induktor (5) umgeben ist, welcher ein den Durchfluss regelndes Drehfeld erzeugt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (5) mehrere Polschuhe (5a, 5b, 5c) aufweist, welche helikoïdal um die Düse (4) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (34, 62) induktorseitig mit einem Kühlsystem versehen ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der sich trompetenförmig öffnenden Leitfläche (34, 62) ein flacher axialsymmetrischer Induktorring (47, 73) vorgesehen ist, welcher mit dem äusseren Rand der Leitfläche (34, 62) einen ringförmigen Austrittsspalt (48, 74) bildet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leitfläche (34) mehrere Inducktoren (37) (38) zugeordnet sind, welche verschieden orientierte Drehfelder induzieren, die dem Richtungswechsel der abgelenkten Metallpartikeln angepasst sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5, 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die trompetenförmige Leitfläche (62) sich vom oberen Rand eines zylindrischen Gefässes (60) nach oben erstreckt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (1) über dem Gefäss (60) angeordnet ist, und dass eine Verbindungsleitung (1a) zwischen dem Tiegel (1) und dem Gefäss sich axial durch die Leitfläche (62) erstreckt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (1) neben der trompetenförmigen Leitfläche (62) angeordnet ist und nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren mit dem Gefäss (60) verbunden ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (60) von einer Heizung (61) umgeben ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Messonde (65) zur Niveaumessung und Niveauregelung im Gefäss.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der der Leitfläche zugeordnete Induktor (70) aus mehreren Induktionsstufen (70a, 70b, 70c, 70d) besteht.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16 , dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorstufen (70a, 70b, 70c, 70d) mit der Erweiterung der Leitfläche (62) entsprechend höheren Stromfrequenzen speisbar sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche ( 34,62) koaxial im Innern einer zylindrischen Aufprallwand (40, 75) angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallwand ( 40, 75) der Wirkung einer Kühlvorrichtung (39) ausgesetzt ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite der Aufprallwand (40, 75) elektromagnetische Induktoren (44) angebracht sind, welche ein induktives Drehfeld auf die an die Innenseite der Aufprallwand (40, 75) geschleuderten Metallteilchen ausüben.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallwand (40, 75) um ihre Längsachse und um die Symmetrieachse der Leitfläche ( 34, 62) drehbar ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallwand (40, 75) zusammen mit einer Haube (42) und einem Auffangtrichter (40a) ein vakuumdichtes Gehäuse um die Zentrifugiervorrichtung und den Vorratstiegel (1) bildet.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die trompetenförmige Leitfläche (62) in der Nähe des Aussenrands Austrittsschlitze (81, 82, 83) aufweist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine am oberen Aussenrand der Leitfläche (62) vorgesehene Sammelrinne (84), welche durch einen geheizten Rücklauf (85) mit dem Tiegel (1) verbunden ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass am aussersten Rand der Leitfläche (34, 62) auf die aus der Leitfläche herausgeschleuderten Metallteilchen gerichtete Druckgasstrahldüsen (86) vorgesehen sind.
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