EP0357540A1 - Vorrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelze - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for atomizing molten metal in a system for producing metal objects by collecting the melt particles on a base.
- Plants for the production of metal objects from atomized molten metal are known in principle, for example from DE-OS 20 43 882.
- Such systems consist of a storage vessel with a spout for the molten metal arranged in the bottom.
- a device for atomizing the melt is located below the storage vessel. This consists of an annular tube which has downward-pointing outlet openings which are inclined to the axis of the pouring jet for the supply of an atomizing gas, for example nitrogen, argon or another inert gas.
- This device also referred to as a nozzle, is arranged coaxially with the spout. The metal jet flowing out of the spout flows through this nozzle and is atomized into fine particles by the gases.
- the underlay can be a shape or a flat surface.
- the pad is in a gas-tight chamber that is filled with protective gas.
- the nozzle for atomizing the melt can be arranged both inside and outside this chamber filled with protective gas.
- the reservoir is often interchangeable and is usually already filled with melt, placed above the nozzle and aligned with the spout so that the axes of the spout and nozzle are aligned. If the nozzle is inside the chamber, an opening in the wall for the passage of the melt is of course necessary.
- the invention has for its object to eliminate the shortcomings described, to avoid approaches to the nozzle and to ensure an improvement in product quality.
- a device for atomizing molten metal in a plant for the production of metal objects by collecting the melt particles on a base, with a storage vessel for the melt with a spout arranged in the bottom and at a distance below the bottom, surrounding the melt jet and lying coaxially to the spout , wherein the nozzle is provided with outlet openings for an atomizing gas, the axes of which are aligned such that they intersect the melt jet below the nozzle
- a surface with a central opening for the melt passage is arranged opposite the melt entry side of the nozzle and the surface of the contour of the nozzle is adapted such that the free cross-sectional area formed by the distance of the nozzle from the surface extends from the outer edge of the nozzle to the underside the nozzle continuously decreased.
- the invention is based on the knowledge that the gas streams causing the atomization of the molten metal jet aspirate air as "free jets" or suck in the existing inert gas in the chamber.
- vortices occur between the gas jets and the melt jet, which loosen metal droplets from the melt jet above the geometric atomization point and transport them against the direction of flow of the metal. These droplets are deposited on the cold nozzle wall and cause caking there. This caking leads to further impairment of the flow conditions and, in extreme cases, to clogging of the free cross-sectional area of the nozzle.
- the nozzle and the space above the nozzle and the spout of the storage vessel are considered and designed as a fluidic unit.
- the surface arranged above the nozzle creates a flow space which, due to its continuous contour and its cross-sectional area which decreases from the outer edge of the nozzle to the lower edge of the nozzle, precludes the formation of vortices which impair atomization.
- Continuous in the sense of the invention is understood to mean a smooth-walled course of the wall surface delimiting the flow channel.
- the inner circumferential surface of the nozzle which surrounds the melt jet emerging from the spout at a distance, is preferably convex, in such a way that the clear cross-sectional area of the nozzle is reduced in the flow direction of the melt.
- the surface opposite the melt entry side of the nozzle is formed by the bottom plate of the storage vessel. Moldings can be attached to the spout under the bottom of the storage vessel.
- the outer wall of the spout can also be adapted to the shape of the surface by appropriate shaping. It is also advantageous if the lower edge of the spout extends into the clear cross section of the nozzle.
- the area delimiting the flow channel can also be formed from the inside of a chamber wall receiving the atomizing nozzle.
- the spout which is designed as a ceramic tube
- the ring nozzle then has, in particular, bores directed parallel to the nozzle axis, which can be acted upon by gas.
- Fig. 1 the bottom 2 of a storage vessel 1 is shown.
- a tubular spout 3 made of refractory material is used, the lower edge of which extends into a nozzle 5 located at a distance below it.
- the nozzle 5 is provided with outlet openings 6.
- the axes 7 of the outlet openings 6 are inclined towards the melt jet 4 in such a way that they intersect it below the nozzle 5. Due to the gas flowing out of the outlet openings 6, the melt jet 4 is broken down into a droplet and collected on a base 15.
- the surface 11 assigned to the melt inlet side 10 of the nozzle 5 is part of the base 2 of the storage vessel 1.
- the surface 11 is adapted to the contour of the nozzle 5 such that the free cross-sectional area formed by the distance h of the nozzle 5 from the surface 11 is continuously reduced .
- the outer surface 8 of the nozzle is convex. It extends from a plane 13 of the melt entry side to the lower edge 9 of the nozzle in such a way that the clear cross-sectional area F of the nozzle 5 is continuously reduced.
- the lateral surface 8 runs smoothly in the surface of the nozzle on the melt inlet side 10. With 12 the outer edge (indicated by dashed lines) of the nozzle 5 is designated.
- the pouring spout 3 extends from the casting vessel 1 to below the level 13.
- the spout 3 is part of an annular nozzle 16 arranged in the bottom 2 of the vessel 1 with axially parallel bores 17.
- the bores 17 can be acted upon by gas via a feed line 18.
- the gas jets emerging therefrom bundle the melt jet 4 and also serve to set constant atomization conditions.
- a further embodiment is shown schematically in cross section in FIG.
- the storage vessel 1 is placed on the chamber 19 and the spout 3 is located in the surface 11 which is formed by an inner wall of the chamber 19.
- the chamber 19 encloses the nozzle 5, the atomized melt jet (4 in FIG. 2) and the base 15 in a gas-tight manner.
- Vortex formation in the metal supply area up to the atomization point is avoided. Baking of metal particles on the nozzle is prevented. The density of the metal objects produced is evened out.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelze in einer Anlage zur Herstellung von Metallgegenständen durch Auffangen der Schmelzpartikel auf einer Unterlage (15), mit einem Vorratsgefäß (1) für die Schmelze mit im Boden (2) angeordnetem Ausguß (3) und mit Abstand unterhalb des Bodens (2) angeordneter, den Schmelzenstrahl (4) umgebender und koaxial zum Ausguß (3) liegender Düse (5), wobei die Düse (5) mit Austrittsöffnungen (6) für eine Zerstäubungsgas versehen ist, deren Achsen (7) derart ausgerichtet sind, daß sie den Schmelzenstrahl (4) unterhalb der Düse (5) schneiden. Um bisher bestehende Mängel zu beseitigen, Ansätze an der Düse zu vermeiden und eine Verbesserung der Produktqualität sicherzustellen, wird vorgeschlagen, daß der Schmelzeneintrittsseite (10) der Düse (5) gegenüberliegend eine Fläche (11) mit zentraler Öffnung für den Schmelzendurchtritt angeordnet ist und die Fläche (11) der Kontur der Düse (5) derart angepaßt ist, daß sich die durch den Abstand (h) der Düse (5) von der Fläche (11) gebildete freie Querschnittsfläche vom äußeren Düsenrand (12) bis zur Unterseite (9) der Düse (5) fortlaufend stetig verringert.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelze in einer Anlage zur Herstellung von Metallgegenständen durch Auffangen der Schmelzenpartikel auf einer Unterlage.
- Anlagen zur Herstellung von Metallgegenständen aus zerstäubter Metallschmelze sind im prinzipiellen Aufbau bekannt, z.B. aus der DE-OS 20 43 882. Derartige Anlagen bestehen aus einem Vorratsgefäß mit im Boden angeordnetem Ausguß für die Metallschmelze. Unterhalb des Vorratsgefäßes befindet sich eine Vorrichtung zum Zerstäuben der Schmelze. Diese besteht aus einem ringförmigen Rohr, das nach unten gerichtete, zur Achse des Gießstrahles geneigte Austrittsöffnungen für die Zufuhr eines Zerstäubungsgases, z.B Stickstoff, Argon oder ein anderes inertes Gas, aufweist. Diese Vorrichtung, auch als Düse bezeichnet, ist koaxial zum Ausguß angeordnet. Der aus dem Ausguß ausfließende Metallstrahl fließt durch diese Düse und wird durch die Gase in feinste Partikel zerstäubt. Diese Partikel oder Metalltröpfchen werden auf einer Unterlage aufgefangen und bilden dort einen Gegenstand mit relativ hoher Dichte. Die Unterlage kann eine Form oder auch eine ebene Fläche sein. Die Unterlage befindet sich in einer gasdichten Kammer, die mit Schutzgas gefüllt ist. Die Düse zur Zerstäubung der Schmelze kann sowohl innerhalb als auch außerhalb dieser mit Schutzgas gefüllten Kammer angeordnet sein. Das Vorratsgefäß ist häufig auswechselbar und wird meist, bereits mit Schmelze gefüllt, oberhalb der Düse aufgesetzt und mit dem Ausguß derart ausgerichtet, daß die Achsen von Ausguß und Düse fluchten. Befindet sich die Düse innerhalb der Kammer, ist natürlich eine Öffnung in der Wand für den Durchtritt der Schmelze erforderlich.
- Man hat zwar bisher darauf geachtet, daß der zu zerstäubende Metallstrahl möglichst glatt und gleichmäßig in die Zerstäubungsdüse eintritt, um definierte Zerstäubungsbedingungen einstellen. Auch weiß man, daß die Neigung der Gasaustrittsöffnungen zum Metallstrahl, der Gasdruck und die Schmelzenmenge die Gleichmäßigkeit der zu erzeugenden Schmelzenpartikel und damit die Qualität der herzustellenden Metallgegenstände beeinflußt.
- Insbesondere bei der Zerstäubung von Leichtmetallschmelzen wurde gefunden, daß feinste Schmelzentröpfchen entgegen der Strömungsrichtung von Schmelze und Gasstrahlen in die Durchflußöffnung der Zerstäuberdüse zurückgeworfen werden und sich an der Innenfläche der Düse ansetzen, zu einer Beeinträchtigung der Zerstäubungsbedingungen und letzlich zum Zusetzen der Durchflußöffnung führen.
- Es wurde dabei bisher nicht erkannt, daß die Zuordnung und Ausbildung der Düse zum Ausguß des Vorratsgefäßes, zu dessen Boden bzw. zur Wand der Kammer von erheblicher Bedeutung sind.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Mängel zu beseitigen, Ansätze an der Düse zu vermeiden und eine Verbesserung der Produktqualität sicherzustellen.
- Bei einer Vorrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelze in einer Anlage zur Herstellung von Metallgegenständen durch Auffangen der Schmelzenpartikel auf einer Unterlage, mit einem Vorratsgefäß für die Schmelze mit im Boden angeordnetem Ausguß und mit Abstand unterhalb des Bodens angeordneter, den Schmelzenstrahl umgebender und koaxial zum Ausguß liegender Düse, wobei die Düse mit Austrittsöffnungen für ein Zerstäubungsgas versehen ist, deren Achsen derart ausgerichtet sind, daß sie den Schmelzenstrahl unterhalb der Düse schneiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Schmelzeneintrittsseite der Düse gegenüberliegend eine Fläche mit zentraler Öffnung für den Schmelzendurchtritt angeordnet ist und die Fläche der Kontur der Düse derart angepaßt ist, daß sich die durch den Abstand der Düse von der Fläche gebildete freie Querschnittsfläche von äußeren Düsenrand bis zur Unterseite der Düse fortlaufend stetig verringert.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die die Zerstäubung des Metallschmelzenstrahles bewirkenden Gasströme als "Freistrahlen" Luft, bzw. in der Kammer das vorhandene Inertgas ansaugen. Bei den herkömmlichen Düsen treten zwischen den Gasstrahlen und dem Schmelzenstrahl Wirbel auf, die aus dem Schmelzenstrahl oberhalb des geometrischen Zerstäubungspunktes Metalltröpfchen herauslösen und diese entgegen der Strömungsrichtung des Metalls transportieren. Diese Tröpfen schlagen sich an der kalten Düsenwand nieder und führen dort zu Anbackungen. Diese Anbackungen führen zur weiteren Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse und im Extremfall zum Zusetzen der freien Querschnittsfläche der Düse.
- Erfindungsgemäß wird die Düse und der Raum oberhalb der Düse und der Ausguß der Vorratsgefäßes als strömungstechnische Einheit betrachtet und ausgestaltet. Durch die oberhalb der Düse angeordnete Fläche wird ein Strömungsraum geschaffen, der aufgrund seines stetigen Konturverlaufs und seiner sich von der Außenkante der Düse bis zur Düsenunterkante verringernden Querschnittsfläche eine die Zerstäubung beeinträchtigende Wirbelbildung ausschließt. Unter stetig im Sinne der Erfindung wird dabei ein glattwandiger Verlauf der den Strömungskanal begrenzenden Wandfläche verstanden.
- Bevorzugt wird dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die innere Mantelfläche der Düse, die den aus dem Ausguß austretenden Schmelzenstrahl mit Abstand umgibt, konvex ausgebildet, und zwar derart, daß sich die lichte Querschnittsfläche der Düse in Durchflußrichtung der Schmelze verringert.
- Ferner wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die der Schmelzeneintrittsseite der Düse gegenüberliegende Fläche von dem Bodenblech des Vorratsgefäßes gebildet ist. Dabei können Formstücke unter den Boden des Vorratsgefäßes den Ausguß umgebend angebracht werden. Die Außenwand des Ausgusses kann auch durch entsprechende Formgebung dem Verlauf der Fläche angepaßt werden. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Unterkante des Ausgusses bis in den lichten Querschnitt der Düse hineinragt.
- Die den Strömungskanal begrenzende Fläche kann auch von der Innenseite einer die Zerstäubungsdüse aufnehmenden Kammerwand gebildet sein. In beiden Fällen ist es von Vorteil, wenn der als keramisches Rohr ausgebildete Ausguß als Innenrohr in eine im Boden des Vorratsgefäßes angeordnete Ringsdüse eingesetzt ist. Die Ringdüse weist dann insbesondere parallel zur Düsenachse gerichtete Bohrungen auf, die mit Gas beaufschlagbar sind. Durch diese achsparallel zum Metallstrahl angeordneten Düsen und die aus diesen Düsen austretenden Gasstrahlen wird in vorteilhafter Weise eine Führung des Metallstrahles bewirkt.
- Anhand der beiden Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden.
- Es zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
- Fig. 2 nähere Einzelheiten im Bereich der Zerstäubungsdüse gemäß Figur 1,
- Fig. 3 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt.
- In Fig. 1 ist der Boden 2 eines Vorratsgefäßes 1 dargestellt. In einer Ausnehmung 14 des Bodens 2 ist ein rohrförmiger Ausguß 3 aus Feuerfestmaterial eingesetzt, dessen Unterkante sich bis in eine darunter im Abstand liegende Düse 5 erstreckt. Die Düse 5, die von einer gasdichten Kammer 19 umschlossen ist, umgibt den in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Schmelzenstrahl 4 koaxial. Die Düse 5 ist mit Austrittsöffnungen 6 versehen. Die Achsen 7 der Austrittsöffnungen 6 sind zum Schmelzenstrahl 4 hin derart geneigt, daß sie diesen unterhalb der Düse 5 schneiden. Durch das aus den Austrittsöffnungen 6 strömende Gas wird der Schmelzenstrahl 4 in eine Tröpfchen zerlegt und auf einer Unterlage 15 aufgefangen. Die der Schmelzeneintrittsseite 10 der Düse 5 zugeordnete Fläche 11 ist Bestandteil des Bodens 2 des Vorratsgefäßes 1. Die Fläche 11 ist der Kontur der Düse 5 derart angepaßt, daß die sich durch den Abstand h der Düse 5 von der Fläche 11 gebildete freie Querschnittsfläche stetig verringert. Die Mantelfläche 8 der Düse ist konvex ausgebildet. Sie erstreckt sich von einer Ebene 13 der Schmelzeneintrittsseite bis zur Düsenunterkante 9 derart, daß sich die lichte Querschnittsfläche F der Düse 5 stetig verringert. Die Mantelfläche 8 läuft übergangslos in der Fläche der Düse auf der Schmelzeneintrittsseite 10 aus. Mit 12 ist der Außenrand (gestrichelt angedeutet) der Düse 5 bezeichnet. Das Ausgußrohr 3 erstreckt sich vom Gießgefäß 1 bis unter die Ebene 13.
- Der Ausguß 3 ist Bestandteil einer im Boden 2 des Gefäßes 1 angeordneten Ringdüse 16 mit achsparallelen Bohrungen 17. Die Bohrungen 17 sind mit Gas über eine Zuleitung 18 beaufschlagbar. Die daraus austretenden Gasstrahlen sorgen für eine Bündelung des Schmelzenstrahles 4 und dienen ebenfalls zur Einstellung konstanter Zerstäubungsbedingungen.
- In der Figur 3 ist eine weitere Ausführung im Querschnitt schematisch gezeigt. Abweichend von der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung ist hierbei das Vorratsgefäß 1 auf die Kammer 19 aufgesetzt und der Ausguß 3 befindet sich in der Fläche 11, die von einer Innenwand der Kammer 19 gebildet ist. Die Kammer 19 schließt die Düse 5, den zerstäubten Schmelzenstrahl (4 in Figur 2) und die Unterlage 15 gasdicht ein.
- Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden folgende Vorteile erzielt.
- Es werden Wirbelbildungen im Metallzufuhrbereich bis zum Zerstäubungspunkt vermieden. Anbackungen von Metallpartikeln an der Düse werden unterbunden. Es wird eine Vergleichmäßigung der Dichte der erzeugten Metallgegenstände erreicht.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Zerstäuben von Metallschmelze in einer Anlage zur Herstellung von Metallgegenständen durch Auffangen der Schmelzenpartikel auf einer Unterlage (15), mit einem Vorratsgefäß (1) für die Schmelze mit im Boden (2) angeordnetem Ausguß (3) und mit Abstand unterhalb des Bodens (2) angeordneter, den Schmelzenstrahl (4) umgebender und koaxial zum Ausguß (3) liegender Düse (5), wobei die Düse (5) mit Austrittsöffnungen (6) für ein Zerstäubungsgas versehen ist, deren Achsen (7) derart ausgerichtet sind, daß sie den Schmelzenstrahl (4) unterhalb der Düse (5) schneiden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmelzeneintrittsseite (10) der Düse (5) gegenüberliegend eine Fläche (11) mit zentraler Öffnung für den Schmelzendurchtritt angeordnet ist und die Fläche (11) der Kontur der Düse (5) derart angepaßt ist, daß sich die durch den Abstand (h) der Düse (5) von der Fläche (11) gebildete freie Querschnittsfläche vom äußeren Düsenrand (12) bis zur Unterseite (9) der Düse (5) fortlaufend stetig verringert.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmelzeneintrittsseite (10) der Düse (5) gegenüberliegend eine Fläche (11) mit zentraler Öffnung für den Schmelzendurchtritt angeordnet ist und die Fläche (11) der Kontur der Düse (5) derart angepaßt ist, daß sich die durch den Abstand (h) der Düse (5) von der Fläche (11) gebildete freie Querschnittsfläche vom äußeren Düsenrand (12) bis zur Unterseite (9) der Düse (5) fortlaufend stetig verringert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Mantelfläche (8) der Düse (5), die den aus dem Ausguß (3) austretenden Schmelzenstrahl (4) mit Abstand umgibt, konvex ausgebildet ist derart, daß sich die lichte Querschnittsfläche der Düse (5) in Durchflußrichtung der Schmelze verringert.
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Mantelfläche (8) der Düse (5), die den aus dem Ausguß (3) austretenden Schmelzenstrahl (4) mit Abstand umgibt, konvex ausgebildet ist derart, daß sich die lichte Querschnittsfläche der Düse (5) in Durchflußrichtung der Schmelze verringert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche (11) von dem Bodenblech des Vorratsgefäßes (1) gebildet ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche (11) von dem Bodenblech des Vorratsgefäßes (1) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche (11) von der Innenseite einer Wand einer Kammer (19) gebildet ist, die die Düse (5), den zerstäubten Schmelzenstrahl (4) und die Unterlage (15) gasdicht einschließt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche (11) von der Innenseite einer Wand einer Kammer (19) gebildet ist, die die Düse (5), den zerstäubten Schmelzenstrahl (4) und die Unterlage (15) gasdicht einschließt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausguß (3) das Innenrohr einer im oder unter dem Boden (2) des Vorratsgefäßes (1) angeordneten Ringdüse (16) bildet, die mit koaxial angeordneten, mit Gas beaufschlagbaren Bohrungen (17) versehen ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausguß (3) das Innenrohr einer im oder unter dem Boden (2) des Vorratsgefäßes (1) angeordneten Ringdüse (16) bildet, die mit koaxial angeordneten, mit Gas beaufschlagbaren Bohrungen (17) versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausguß (3) in den lichten Querschnitt der Düse (5) hineinragt.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausguß (3) in den lichten Querschnitt der Düse (5) hineinragt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenwand des Ausgusses (3), die über die Ringdüse (16) hinausragt, dem Verlauf der Fläche (11) angepaßt ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenwand des Ausgusses (3), die über die Ringdüse (16) hinausragt, dem Verlauf der Fläche (11) angepaßt ist.
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| DE3839739C1 (de) | 1989-10-05 |
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