EP1008407A2 - Einrichtung und Verfahren zur Herstellung von Metallpulver in Kapseln durch Verdüsung von Schmelzen - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zur Herstellung von Metallpulver in Kapseln durch Verdüsung von Schmelzen Download PDF

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EP1008407A2
EP1008407A2 EP99890354A EP99890354A EP1008407A2 EP 1008407 A2 EP1008407 A2 EP 1008407A2 EP 99890354 A EP99890354 A EP 99890354A EP 99890354 A EP99890354 A EP 99890354A EP 1008407 A2 EP1008407 A2 EP 1008407A2
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EP
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powder
metal powder
metal
container
gas
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EP1008407A3 (de
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Claes Tornberg
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Boehler Edelstahl GmbH and Co KG
Boehler Edelstahl GmbH
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    • B22F9/08—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
    • B22F9/082—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
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    • B22F2009/0896—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 particle transport, separation: process and apparatus

Definitions

  • the invention relates to a device and to a method for Creation of primary material for powder metallurgy parts.
  • the invention relates to a device for the production of Metal powder from melts with at least one metallurgical vessel for Treat and / or to provide the liquid metal, one Atomization chamber with a nozzle part for atomizing the liquid metal, a separator for classifying the metal powder formed, one Encapsulation system for inserting and closing the same in a container as well as conveying and connecting means for powder transport in the facility and Lines with regulators and connections and the like for providing Atomizing media.
  • the invention further comprises a method for producing metal powder from Melting, in which liquid metal from a metallurgical vessel into a Atomization chamber introduced, in this by means of a gaseous medium atomized solidified and a metal powder formed in this way classified and in Capsules are filled, after which they are sealed and further processed be fed.
  • Own workpieces and parts manufactured using powder metallurgy consistently fine-grained isotropic structure and thus advantageously the same Material properties regardless of the direction of use.
  • the cheap Structural and in particular mechanical properties are compared with conventional goods, also essential for high-alloy PM materials improved because they have no coarse primary excretions, even if the respective content of the elements causing these excretions is high.
  • a powder metallurgical production of workpieces is essentially carried out such that a molten metal in a thin stream into a cavity, a So-called atomization chamber, introduced and the melt jet by means a gas flow which exhibits or causes a high kinetic energy from nozzles, into small droplets.
  • the droplets freeze when further wandering through the chamber in an extremely short time and are considered Powder grains collected. This is followed by further cooling and optionally classifying the metal powder, which is ultimately in a Metal capsule is enclosed, whereupon the capsules are pressed subjected to high temperature.
  • This hot pressing can be done by forging or rolling the capsules brought to the deformation temperature or by hot isostatic pressing (HiP-en) of the same are carried out, with a Sintering together of the powder grains and a disappearance of the cavities done between these and a completely dense workpiece with extreme fine-grained, homogeneous structure on all sides.
  • HiP-en hot isostatic pressing
  • a device for metal powder production can be one, essentially vertical or have an essentially horizontal atomization chamber, depending on the which type of atomization or direction is intended for the molten metal.
  • a melt into powder can in the facility Remains of the same type remain, which are applied with the subsequent batch and with these are processed further.
  • This residual mixing is optional tolerable if subsequent melts or melts of the same Steel brand within the prescribed narrow range of chemical Composition for processing. Otherwise, however, is one elaborate and time-consuming cleaning of the atomizing device required undloder it must be the lead or the first partial powder eliminated and allocated to the waste.
  • the size is of the droplets formed with unchanged gas exposure from the Temperature of the melt and in particular the speed or ferrostatic pressure with which this is fed into the chamber. So are the temperature of the bath and / or the metal bath height in the metallurgical vessel not largely constant over the spraying time held, depending on the dependency different powder grain classes formed and can subsequently be layered in the capsule, whereby inhomogeneities with higher at least in its longitudinal direction Residual cavities arise.
  • the invention is based on the object To create facility for the production of metal powder from melts, which preferred solidification criteria of the metal droplets favored a special one Spraying chamber has an advantageous simple powder application in the Equipment used, the densest possible powder grain packs for filling Provides capsules and low overall height of the facility as well as high Has economic efficiency in the creation of facilities.
  • the task at a facility of the type mentioned is solved according to the invention in that the atomization chamber, which entry side communicates with the metallurgical vessel and in its longitudinal extent is inclined at an angle downwards, with a discharge side Bypass part interacts, on which part in continuation of the funding route for the powder, an upward pipe connects and this riser in a disintegrator upstream of the separator opens, the one with the Disintegrator connected to a separator connected to a deflector has a collecting container, which even with the interposition of a Shut-off device in connection with an encapsulation system or powder capsule is feasible.
  • the disintegrator positioned in a high position after the riser pipe has the Advantage that the powder easily uses a separator when gravity is used can be supplied, after which the selected ones subsequently Powder fractions can be introduced into a collection container.
  • the collection container has a shut-off device on the discharge side, so that, if appropriate large quantities of powder according to requirements in a variety of small Capsules can be filled.
  • the parts atomization chamber, riser, disintegrator, separator and Collecting container at least one briefly detachable and attachable Have cleaning closure means or a similar cleaning opening and that the bypass part is removable.
  • the bypass part andlor the riser pipe at least one feed for the upward in the pipe Directed effective pumping gas (s) are particularly favorable tunable Flow conditions and thus an advantageous powder delivery in the The facility can be reached and the respective can be particularly effective Internal pressure ratios can be set up.
  • the powder which is often used during the manufacturing process Depending on the batch, different grain sizes accumulate over time an insertion into a capsule are treated further if the Collecting container bottom at least one connection for the supply of gas Has homogenization of the powder fraction.
  • the capacity of the collection container corresponds to the amount of powder that is made up a batch of liquid metal can be created in the distributor.
  • a pressure is adjustable, which around is more than 0.1 bar above the ambient pressure.
  • the melt can be supplied with thermal energy in the distributor and / or this is movable by magnetic means.
  • the further aim of the invention is thereby in a generic method achieved that formed in the sloping downward atomization chamber Metal powder brought together in the lower or discharge area of the same, inserted in a downstream bypass section, by means of introduced Conveyed gas conveyed upwards in a pipe guide, into a disintegrator, in particular in a cyclone separator, introduced, disintegrated and subsequently is classified, then the desired fractions of the powder in a container collected, through which gas flows from below and mixed in such a way what after collecting a desired homogenized amount of powder Introducing the metal powder into a capsule and sealing the same respectively.
  • the advantages of the method according to the invention are in particular that when the liquid metal stream is atomized in the inclined Atomization chamber the trajectory of the droplets is enlarged and by that The atomization medium solidifies and effectively cools at an early stage the powder grains are effected.
  • the powder is transported with comparatively low gas throughput through the chamber, so that collection and introducing the grains into the bypass section under favorable conditions given is. From the bypass part, the powder is conveyed by conveying gas, which is a exerts further cooling effect, promoted upwards and subsequently disintegrates, classified and placed in the collection container, what plant and procedurally by a low heat load and by the Gravity effect can be advantageously carried out.
  • conveying gas which is a exerts further cooling effect, promoted upwards and subsequently disintegrates, classified and placed in the collection container, what plant and procedurally by a low heat load and by the Gravity effect can be advantageously carried out.
  • flow through increases in quality for use in capsules of the powder in the container with gas from below, because it is not just one homogeneous
  • Oxidation of the powder grain surfaces and an internal inert gas load during Hot compacting to non-porous workpieces can be prevented if the Production of the metal powder and its encapsulation while avoiding air access or with an overpressure of inert gas in the system.
  • each in one the first process step atomizes a batch or melt into metal powder and after preparation, this is introduced into and into at least one capsule is included, whereupon a disclosure in a subsequent step of the method the cleaning closures arranged in the individual parts of the device carried out and the equipment parts are cleaned of powder residues, after which the cleaning openings are sealed and a provision of the Setup for spraying another batch.
  • a molten metal is in one Metallurgical vessel 2 provided and by means of a nozzle in the form of a thin Metal stream introduced into a atomization chamber 3.
  • the metal stream 3 will by means of a gas nozzle part 12 in the upper region of the atomization chamber 3 escaping gas stream atomized with high kinetic energy while doing so Powder grains formed are introduced into a bypass part 4.
  • a Conveying gas supply line 13 from the compressed gas line system 10 takes place upwards directional conveyance of the powder in a riser 5, which by means of a Feed pipe 51 is connected to a disintegrator 6.
  • the atomizing and conveying gas is removed from the disintegrator in a gas return line 15 Interposition of a filter 16, a gas cooler 17 and a fine filter 18 fed to a pump 11 again.
  • a continuation of the metal powder from the Disintegrator 6 takes place with the interposition of a deflection valve 61 which a scrap portion can be fed to a powder scrap container 71, one Introduced into a separator 7.
  • Desired powder fractions are subsequently placed in a collecting container 8 introduced and at least temporarily in this by a mixed gas 14 homogenized.
  • a shut-off device 81 from the collecting container this can be done prepared metal powder of a molten metal 1 or a batch in or in several powder capsule (s) are introduced.
  • the atomization chamber 3 has one for this removable cover 31 of an upper cleaning opening and is on the discharge side to open by moving the deflection part 4. If the Feed pipe 51 or the like and removing the Disintegrator cover 62 can the riser 5 and the disintegrator 6 of Powder residues are cleaned. The same is for the separator 7 and Collection container 8 possible by removing the container covers.

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

Um bei geringerer Bauhöhe der Einrichtung bevorzugte Erstarrungskriterien der Metalltröpfchen, eine vorteilhafte Verbringung und Aufbereitung des gebildeten Pulvers und eine dichtestmögliche Pulverpackung zum Füllen von Kapseln zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Verdüsungskammer (3), welche eintragseitig mit dem metallurgischen Gefäß (2) in Verbindung steht und in deren Längserstreckung mit einem Winkel (α) nach unten geneigt ausgebildet ist, austragseitig mit einem Umführungsteil (4) zusammenwirkt, an welchen Teil (4), in Weiterführung des Förderweges für das Pulver, ein nach oben gerichtetes Rohr (5) anschließt und dieses Steigrohr (5) in einen dem Separator (7) vorgeordneten Desintegrator (6) mündet, wobei der mit dem Desintegrator (6) über ein Ablenkventil (61) verbundene Separator (7) eine Verbindung mit einem Sammelbehälter (8) aufweist, welcher selbst unter Zwischenlage eines Absperrorganes (81) mit einer Kapselungsanlage (9) bzw. Pulverkapsel in Verbindung bringbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung sowie auf ein Verfahren zur Schaffung von Vormaterial für pulvermetallurgisch herzustellende Teile. In engerer und genauerer Auslegung betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Herstellung von Metallpulver aus Schmelzen mit mindestens einem metallurgischen Gefäß zum Behandeln undloder zur Bereitstellung des Flüssigmetalles, einer Verdüsungskammer mit einem Düsenteil zur Zerstäubung des Flüssigmetalles, einem Separator für eine Klassierung des gebildeten Metallpulvers, einer Kapselungsanlage zum Einbringen und Verschließen desselben in einem Behälter sowie Förder-und Verbindungsmittel zum Pulvertransport in der Einrichtung und Leitungen mit Reglern und Anschlüssen und dergleichen zur Bereitstellung von Verdüsungsmedien.
Weiters umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulver aus Schmelzen, bei welchem Flüssigmetall von einem metallurgischen Gefäß in eine Verdüsungskammer eingebracht, in dieser mittels eines gasförmigen Mediums zerstäubt erstarren gelassen und ein derart gebildetes Metallpulver klassiert und in Kapseln abgefüllt wird, wonach diese verschlossen sowie einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Pulvermetallurgisch hergestellte Werkstücke und Teile besitzen durchwegs feinkörniges isotropes Gefüge und somit auch vorteilhaft gleiche Materialeigenschaften unabhängig von der Beanspruchungsrichtung. Die günstigen Gefüge- und insbesondere mechanischen Eigenschaftsmerkmale sind verglichen mit konventionellen Gütern, bei hochlegierten PM-Werkstoffen weiters wesentlich verbessert, weil diese keine groben Primärausscheidungen aufweisen, auch wenn der jeweilige Gehalt der diese Ausscheidungen bewirkenden Elemente hoch ist. Eine pulvermetallurgische Herstellung von Werkstücken erfolgt im wesentlichen derart, daß eine Metallschmelze in einem dünnen Strahl in einen Hohlraum, eine sogenannte Verdüsungskammer, eingebracht und der Schmelzenstrahl mittels eines, eine hohe Bewegungsenergie aufweisenden bzw. bewirkenden Gasstromes aus Düsen, zu kleinen Tröpfchen zerteilt wird. Die Tröpfchen erstarren beim weiteren Durchwandern der Kammer in äußerst kurzer Zeit und werden als Pulverkörner gesammelt. Anschließend erfolgt ein weiteres Kühlen und gegebenenfalls ein Klassieren des Metallpulvers, welches letztlich in einer Metallkapsel eingeschlossen wird, worauf die Kapseln einem Preßvorgang bei hoher Temperatur unterworfen werden. Dieses Heißpressen kann durch Schmieden oder Walzen der auf Verformungstemperatur gebrachten Kapseln oder durch ein heiß-isostatisches Pressen (HiP-en) derselben ausgeführt werden, wobei ein Zusammensintern der Pulverkörner sowie ein Verschwinden der Hohlräume zwischen diesen erfolgen und ein vollkommen dichtes Werkstück mit äußerst feinkörniger allseitig homogener Struktur entsteht.
Eine Einrichtung zur Metallpulverherstellung kann eine, im wesentlichen vertikale oder eine, im wesentlichen horizontale Verdüsungskammer besitzen, je nach dem, welche Verdüsgungsart bzw. Richtung für die Metallschmelze vorgesehen ist.
Wird der das flüssige Metall zerstäubende Gasstrahl in Richtung des Schmelzenstromes nach unten geführt, wie dies beispielsweise bei einer Einrichtung gemäß SE-AS-421758 vorgesehen ist, so ist eine mit ihrer Längsaxe vertikal ausgerichtete Verdüsungskammer vorteilhaft einsetzbar. Allerdings weisen derartige Verdüsungseinrichtungen in ihrer Gesamtheit eine beträchtliche Höhe auf, was sich nachteilig auf die Anlagen und Hallenkosten auswirken kann.
Bei einem Zerstäubungsverfahren, bei welchem der Gasstrom seitlich mit einem Winkel von etwa 90° auf den in die Kammer eingeführten Metallstrom trifft, wie dies die WO 89/05197 offenbart, wird vorzugsweise eine in ihrer Längserstreckung im wesentlichen horizontal gerichtete Verdüsungskammer Anwendung finden. Derartige horizontale Kammern bauen zwar einrichtungstechnisch niedrig, müssen jedoch zumeist zusätzliche Gaseinlässe undloder weitere Mittel aufweisen, um die Erstarrung der Metalltröpfchen und den Pulvertransport zu fördern bzw. zu bewerkstelligen sowie deren thermische Belastung zu erniedrigen.
Bei sämtlichen Einrichtungen zur Herstellung von Metallpulver aus Schmelzen soll während des gesamten Erstellungsvorganges bis zur Pulverkapselung ein Luftzutritt weitestgehend vermieden werden. Diese Vorgabe erfordert einen großen anlagen- und verfahrenstechnischen Aufwand wobei, oft einige Servicearbeiten behindernd, nur unbedingt erforderliche Gefäßöffnungen mit besonders wirkungsvollen Abdichtungen in den Einrichtungen vorgesehen sind.
Nach einer Verarbeitung einer Schmelze zu Pulver können in der Einrichtung dergleichen Reste verbleiben, welche mit der Folgechargge ausgebracht und mit dieser weiterverarbeitet werden. Diese Restmengenaufmischung ist gegebenenfalls tolerierbar, wenn in der Folge gleichartige Schmelzen bzw. Schmelzen der gleichen Stahlmarke innerhalb des vorgeschriebenen engen Bereiches der chemischen Zusammensetzung zur Verarbeitung gelangen. Anderenfalls ist jedoch eine aufwendige und zeitraubende Reinigung der Verdüsungseinrichtung erforderlich undloder es muß der Vorlauf bzw. die zuerst anfallende Pulverteilmenge ausgeschieden und dem Abfall zugeteilt werden.
Bei einer Zerteilung des Schmelzenstromes in der Verdüsungskammer ist die Größe der gebildeten Tröpfchen bei unveränderter Gasbeaufschlagung von der Temperatur der Schmelze und insbesondere von der Geschwindigkeit bzw. vom ferrostatischen Druck, mit welchem diese in die Kammer geleitet wird, abhängig. Werden also die Temperatur des Bades undloder die Metallbadhöhe im metallurgischen Gefäß über die Verdüsungszeit nicht weitgehend konstant gehalten, so werden abhängigkeitsgemäß unterschiedliche Pulverkornklassen gebildet und können in der Folge in der Kapsel schichtweise eingelagert werden, wodurch in dieser zumindest in deren Längsrichtung Inhomogenitäten mit höheren Resthohlräumen entstehen.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zur Herstellung von Metallpulver aus Schmelzen zu schaffen, welche bevorzugte Erstarrungskriterien der Metalltröpfchen begünstigt, eine besondere Verdüsungskammer aufweist, eine vorteilhafte einfache Pulververbringung in der Einrichtung verwendet, dichtestmögliche Pulverkornpackungen zur Füllung von Kapseln bereitstellt und geringe Bauhöhe der Einrichtung sowie hohe Wirtschaftlichkeit bei der Einrichtungserstellung aufweist.
Weiters ist es Ziel der-Erfindung ein Verfahren anzugeben, mittels welchen auf einfache und wirtschaftliche Weise Pulver aus Flüssigmetall herstellbar ist und von diesem Pulver Kapseleinlagen mit hoher Dichte und Homogenität erstellbar sind.
Die Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verdüsungskammer, welche eintragseitig mit dem metallurgischen Gefäß in Verbindung steht und in deren Längserstreckung mit einem Winkel nach unten geneigt ausgebildet ist, austragseitig mit einem Umführungsteil zusammenwirkt, an welchen Teil in Weiterführung des Förderweges für das Pulver, ein nach oben gerichtetes Rohr anschließt und dieses Steigrohr in einen dem Separator vorgeordneten Desintegrator mündet, wobei der mit dem Desintegrator über ein Ablenkventil verbundene Separator eine Verbindung mit einem Sammelbehälter aufweist, welcher selbst unter Zwischenlage eines Absperrorganes mit einer Kapselungsanlage bzw. Pulverkapsel in Verbindung bringbar ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die Einzelteile der Einrichtung in ihrer jeweiligen Funktion hinsichtlich der hohen Anforderungen an das Metallpulver bzw. an das Endprodukt optimiert und synergetisch aufeinander abgestimmt sind sowie die Einrichtung in ihrer Gesamtheit hohe Wirtschaftlichkeit, Betriebssicherheit und Verfügbarkeit besitzt. Dabei bewirkt eine Schräglage der Verdüsungskammer eine der Flugparabel angepaßte Erstreckung und somit eine lange Abkühlzeit bzw. Erstarrungszeit der Metalltröpfchen im Verdüsungsmedium. In vorteilhafter Weise wird mittels des Umführungsteiles ein kleinräumiges Sammeln der Pulverkörner mit einem anschließenden Einbringen und Fördern in einem Steigrohr zum Separator erreicht. Dadurch werden einerseits Ansammlungen von Pulverresten in fördertechnischen Totlagen vermieden und andererseits die Höhe der Einrichtung in ihrer Gesamtheit verringert.
Der nach dem Steigrohr in einer Hochlage positionierte Desintegrator hat den Vorteil, daß das Pulver bei Ausnutzung der Schwerkraft leicht einem Separator zugeführt werden kann, wonach in gleicher Weise anschließend die gewählten Pulverfraktionen in einen Sammelbehälter einbringbar sind. Der Sammelbehälter besitzt erfindungsgemäß austragseitig ein Absperrorgan, sodaß gegebenenfalls große Pulvermengen den Erfordernissen entsprechend in eine Vielzahl von kleinen Kapseln abgefüllt werden können.
Um die Verfügbarkeit der Einrichtung weiter zu erhöhen, aber auch um deren gegebenenfalls erforderliche Reinigung bei einem Chargenwechsel mit hoher Effizienz in kleinen Zeiträumen auszuführen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Teile Verdüsungskammer, Steigrohr, Desintegrator, Separator und Sammelbehälter jeweils mindestes ein kurzzeitig lös- und befestigbares Reinigungsverschlußmittel bzw. eine dergleichen Reinigungsöffnung aufweisen und daß der Umführungsteil abnehmbar ausgeführt ist.
Sowohl eine Reinerhaltung als auch eine entsprechende kurzzeitige Reinigung der Verdüsungskammer wird gefördert, wenn der Neigungswinkel Alpha (α) oder Verdüsungskammer zwischen 5≮° und 60≮° beträgt. Gemäß der Erfindung werden dadurch auch die Erstarrung der Metalltröpfchen und die weitere Abkühlung der Pulverkörner günstig beeinflußt.
Wenn weiters, wie erfindungsgemäß vorgesehen sein kann, der Umführungsteil undloder das Steigrohr zumindest eine Zuführung für das im Rohr nach oben gerichtete wirksame Fördergas aufweist(en), sind besonders günstig abstimmbare Strömungsverhältnisse und damit eine vorteilhafte Pulverförderung in der Einrichtung erreichbar und es können besonders zielführend die jeweiligen Innendruckverhältnisse eingerichtet werden.
Das Pulver, welches oft während des Herstellungsvorganges gegebenenfalls chargenabhängig mit verschiedenen Korngrößen über die Zeit anfällt, kann vor einer Einbringung in eine Kapsel weiter behandelt werden, wenn der Sammelbehälter bodenseitig zumindest einen Anschluß für die Zufuhr von Gas zur Homogenisierung der Pulverfraktion besitzt.
Besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine wirtschaftliche Herstellung aber auch die Qualitätssicherung und Dokumentation des Erzeugnisses betreffend ist es, wenn das Fassungsvermögen des Sammelbehälters der Pulvermenge entspricht, die aus einer Charge Flüssigmetall im Verteiler erstellbar ist.
Zum Erreichen besonderer Erzeugnisgüte ist bevorzugt, wenn mittels eines Leitungssystems in allen mit Metallpulver beaufschlagten Teilen sowie den Gasreinigungs- und dergleichen Kühlkomponenten ein Druck einregelbar ist, der um mehr als 0,1 bar über dem Umgebungsdruck liegt.
Schließlich ist es für die Güte des Flüssigmetalles und die Verdüsungsergebnisse günstig, wenn der Schmelze im Verteiler Wärmeenergie zuführbar und/oder diese durch magnetische Mittel bewegbar ist.
Das weitere Ziel der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß das in der schräg nach unten geneigten Verdüsungskammer gebildete Metallpulver im unteren bzw. austragseitigen Bereich derselben zusammengeführt, in einen nachgeordneten Umführungsteil eingesetzt, mittels eingeleiteten Fördergases in einer Rohrführung nach oben gefördert, in einen Desintegrator, insbesondere in einen Zyklonseparator, eingebracht, desintegriert und nachfolgend klassiert wird, worauf die gewünschten Fraktionen des Pulvers in einem Behälter gesammelt, in diesem von unten mit Gas durchströmt und derart gemischt werden, worauf nach Sammlung einer gewünschten homogenisierten Pulvermenge ein Einbringen des Metallpulvers in eine Kapsel und ein Verschließen derselben erfolgen.
Die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß bei einem Zerstäuben des Flüssigmetallstromes in der geneigten Verdüsungskammer die Flugbahn der Tröpfchen vergrößert ist und durch das Verdüsungsmedium schon frühzeitig eine Erstarrung und eine wirksame Kühlung der Pulverkörner bewirkt werden. Der Transport des Pulvers erfolgt mit vergleichsweise geringem Gasdurchsatz durch die Kammer, sodaß ein Sammeln und Einbringen der Kömer in den Umführungsteil unter günstigen Voraussetzungen gegeben ist. Vom Umführungsteil wird das Pulver durch Fördergas, welches eine weitere Kühlwirkung ausübt, nach oben gefördert und nachfolgend desintegriert, klassiert und in den Sammelbehälter eingebracht, was anlagen- und verfahrenstechnisch durch eine geringe Wärmebelastung und durch die Schwerkraftwirkung vorteilhaft ausführbar ist. Besonders wirkungsvoll und gütesteigernd für den Einsatz in Kapseln ist erfindungsgemäß ein Durchströmen des Pulvers im Sammelbehälter mit Gas von unten, weil damit nicht nur eine homogenes Pulvergemisch gebildet sondern auch eine dichte Pulverkornpackung erreicht werden können.
Eine Oxidation der Pulverkornoberflächen und eine innere Inertgasbelastung beim Heißkompaktieren zu porenfreien Werkstücken ist verhinderbar, wenn die Herstellung des Metallpulvers und dessen Kapselung bei Vermeiden von Luftzutritt bzw. bei einem Überdruck von Inertgas im System erfolgt.
Im Hinblick auf höchste Güteanforderungen an das Erzeugnis sowie optimale Qualitätssicherung und Dokumentation kann es günstig sein, wenn jeweils in einem ersten Verfahrensschritt eine Charge oder Schmelze zu Metallpulver verdüst und dieses nach einem Aufbereiten in mindestens eine Kapsel eingebracht und in dieser eingeschlossen wird, worauf in einem Folgeschritt des Verfahrens ein Offenstellen der in den einzelnen Teilen der Einrichtung angeordneten Reinigungsverschlüsse durchgeführt und die Einrichtungsteile von Pulverrückständen gesäubert werden, wonach die Reinigungsöffnungen abgedichtet und eine Bereitstellung der Einrichtung für eine Verdüsung einer weiteren Charge erfolgt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert. Eine Bezugszeichenliste ist den Erläuterungen vorgeordnet.
Bezugszeichenliste
1
Metallschmelze
2
metallurgisches Gefäß
21
Schmelzenbewegungseinrichtung
3
Verdüsungskammer
31
Abdeckung der obenen Reinigungsöffnung
4
Umführungsteil
5
Steigrohr
51
Zuführungsrohr zum Desintegrator
6
Desintegrator
61
Ablenkventil
62
Desintegratorabdeckung
7
Separator
71
Pulverschrottbehälter
8
Sammelbehälter
81
Absperrorgan
82
Behälterabdeckung
9
Pulverkapsel
10
Druckgasleitungssystem
11
Pumpe
12
Gasdüsenteil
13
Fördergaszuleitung
14
Mischungsgaszuleitung
15
Gasrückleitung
16
Filter
17
Gaskühler
18
Feinfilter
Wie in der Zeichnung schematisch dargestellt, wird eine Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß 2 bereitgestellt und mittels einer Düse in Form eines dünnen Metallstromes in eine Verdüsungskammer 3 eingebracht. Der Metallstrom 3 wird durch einen aus einem Gasdüsenteil 12 im oberen Bereich der Verdüsungskammer 3 austretenden Gasstrom mit hoher Bewegungsenergie zerstäubt und dabei gebildete Pulverkörner in einen Umführungsteil 4 eingebracht. Mittels einer Fördergaszuleitung 13 vom Druckgasleitungssystem 10 erfolgt eine nach oben gerichtete Förderung des Pulvers in einem Steigrohr 5, welches mittels eines Zuführungsrohres 51 an einen Desintegrator 6 angeschlossen ist. Das Verdüsungs- und Fördergas wird aus dem Desintegrator in einer Gasrückleitung 15 unter Zwischenschaltung eines Filters 16, eines Gaskühlers 17 und eines Feinfilters 18 einer Pumpe 11 wieder zugeführt. Eine Weiterführung des Metallpulvers aus dem Desintegrator 6 erfolgt unter Zwischenschaltung eines Ablenkventils 61 durch welches ein Schrottanteil einem Pulverschrottbehälter 71 zuführbar ist, wobei eine Einbringung in einen Separator 7 erfolgt. Mittels des Separators 7 erstellte gewünschte Pulverfraktionen werden nachfolgend in einen Sammelbehälter 8 eingebracht und zumindest zeitweise in diesem durch ein zugeleitetes Mischgas 14 homogenisiert. Mittels eines Absperrorganes 81 vom Sammelbehälter kann das aufbereitete Metallpulver einer Metallschmelze 1 bzw. einer Charge in einer oder in mehreren Pulverkapsel(n) eingebracht werden.
Zur Reinigung der Einrichtung, zum Beispiel für eine Verarbeitung einer zusammensetzungsungleichen Metallschmelze 1 sind verschließbare Reinigungsöffnungen vorgesehen. Die Verdüsungskammer 3 besitzt dafür eine abnehmbare Abdeckung 31 einer oberen Reinigungsöffnung und ist austragseitig durch ein Verfahren des Umlenkungsteiles 4 zu öffnen. Bei einer Abnahme des Zuführungsrohres 51 oder dergleichen und einem Entfernen der Desintegratorabdeckung 62 können das Steigrohr 5 und der Desintegrator 6 von Pulverrückständen gesäubert werden. Gleiches ist für den Separator 7 und den Sammelbehälter 8 durch Abnahme der Behälterabdeckungen möglich.

Claims (11)

  1. Einrichtung zur Herstellung von Metallpulver aus Schmelzen (1) mit mindestens einem metallurgischen Gefäß (2) zum Behandeln und/oder zur Bereitstellung des Flüssigmetalles, einer Verdüsungskammer mit einem Düsenteil zur Zerstäubung des Flüssigmetalles, einem Separator für eine Klassierung des gebildeten Metallpulvers, einer Kapselungsanlage zum Einbringen und Verschließen desselben in einem Behälter sowie Förder- und Verbindungsmittel zum Pulvertransport in der Einrichtung und Leitungen mit Reglern und Anschlüssen und dergleichen zur Bereitstellung von Verdüsungsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdüsungskammer (3), welche eintragseitig mit dem metallurgischen Gefäß (2) in Verbindung steht und in deren Längserstreckung mit einem Winkel (α) nach unten geneigt ausgebildet ist, austragseitig mit einem Umführungsteil (4) zusammenwirkt, an welchen Teil (4), in Weiterführung des Förderweges für das Pulver, ein nach oben gerichtetes Rohr (5) anschließt und dieses Steigrohr (5) in einen dem Separator (7) vorgeordneten Desintegrator (6) mündet, wobei der mit dem Desintegrator (6) über ein Ablenkventil (61) verbundene Separator (7) eine Verbindung mit einem Sammelbehälter (8) aufweist, welcher selbst unter Zwischenlage eines Absperrorganes (81) mit einer Kapselungsanlage (9) bzw. Pulverkapsel in Verbindung bringbar ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile Verdüsungskammer (3), Steigrohr (5), Desintegrator (6), Separator (7) und Sammebehälter (8) jeweils mindestens ein kurzzeitig lös- und befestigbares Reinigungsverschlußmittel bzw. eine dergleichen Reinigungsöffnung (31, 51, 62, 72, 82) aufweisen und daß der Umführungsteil (4) abnehmbar ausgeführt ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel Alpha (α) der Vedüsungskammer zwischen 5≮° und 60≮° beträgt.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umführungsteil (4) und/oder das Steigrohr (5) mindestens eine Zuführung (13) für das im Rohr (5) nach oben gerichtete wirksame Fördergas aufweist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (8) bodenseitig zumindest einen Anschluß (14) für die Zufuhr von Gas zur Homogenisierung der Pulverfraktionen besitzt.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen des Sammelbehälters (8) der Pulvermenge entspricht, die aus einer Charge Flüssigmetall (1) im Verteiler (2) erstellbar ist.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Leitungssystemes (10,13,15) in allen mit Metallpulver beaufschlagten Teilen sowie den Gasreinigungs (16, 18)- und dergleichen Kühlkomponenten (17) ein Druck einregelbar ist, der um mehr als 0,1 bar über dem Umgebungsdruck liegt.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze (1) im Verteiler (2) Wärmeengergie zuführbar und/oder diese durch magnetische Mittel (21) bewegbar ist.
  9. Verfahren zur Herstellung von Metallpulver aus Schmelzen, bei welchem Flüssigmetall von einem metallurgischen Gefäß in eine Verdüsungskammer eingebracht, in dieser mittels eines gasförmigen Mediums zerstäubt, erstarren gelassen und ein derart gebildetes Metallpulver klassiert und in Kapseln abgefüllt wird, wonach diese verschlossen sowie einer Weiterverarbeitung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das in der schräg nach unten geneigten Verdüsungskammer gebildete Metallpulver im unteren bzw. austragseitigen Bereich derselben zusammengeführt, in einen nachgeordneten Umführungsteil eingesetzt, mittels eingeleiteten Fördergases in einer Rohrführung nach oben gefördert, in einen Desintegrator, insbesondere in einen Zyklonseparator, eingebracht, desintegriert und nachfolgend klassiert wird, worauf die gewünschten Fraktionen des Pulvers in einem Behälter gesammelt, in diesem von unten mit Gas durchströmt und derart gemischt werden, worauf nach Sammlung einer gewünschten homogenisierten Pulvermenge ein Einbringen des Metallpulvers in eine Kapsel und ein Verschließen derselben erfolgen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Metallpulvers und dessen Kapselung bei Vermeiden von Luftzutritt bzw. bei einem Überdruck von Intertgas im System erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in einem ersten Verfahrensschritt eine Charge oder Schmelze zu Metallpulver verdüst und dieses nach einem Aufbereiten in mindestens eine Kapsel eingebracht und in dieser eingeschlossen wird, worauf in einem Folgeschritt des Verfahrens ein Offenstellen der in den einzelnen Teilen der Einrichtung angeordneten Reinigungsverschlüsse durchgeführt und die Einrichtungsteile von Pulverrückständen gesäubert werden, wonach die Reinigungsöffnungen abgedichtet und eine Bereitstellung der Einrichtung für eine Verdüsung einer weiteren Charge erfolgt.
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