EP1373586A2 - Method for producing hard metal granulated material - Google Patents

Method for producing hard metal granulated material

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EP1373586A2
EP1373586A2 EP02703390A EP02703390A EP1373586A2 EP 1373586 A2 EP1373586 A2 EP 1373586A2 EP 02703390 A EP02703390 A EP 02703390A EP 02703390 A EP02703390 A EP 02703390A EP 1373586 A2 EP1373586 A2 EP 1373586A2
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EP
European Patent Office
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hard metal
wet sludge
spray
producing
tower
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EP02703390A
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Gerhard Knünz
Helmut Beirer
Andreas Lackner
Wolfgang GLÄTZLE
Erwin Hartlmayr
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Ceratizit Austria GmbH
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Plansee Tizit AG
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Definitions

  • a solids content of the wet sludge in the range from 70 to 80% by weight has proven to be particularly advantageous.
  • the ratio of the amount of water supplied in liters per hour via the wet sludge, based on the tower volume in m 3, is in the range between 0.5 and 1.8 and that a maximum of 0.17 kg of wet sludge is atomized per m 3 of drying gas supplied are.
  • the wet sludge has a solids content in the range of 65 to 85 wt.%.
  • the temperature conditions and the amount of drying gas supplied provide the amount of energy that is sufficient for the problematic evaporation of the amount of water supplied via the wet sludge. It is advantageous if the tapered section -3-

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Abstract

The invention relates to a method for producing a hard metal granulated material by carrying out wet milling and spray drying inside a spray tower -1- while using pure water as the liquid phase. According to the invention, the spray tower -1- is configured and operated in such a manner that the ratio of the amount of water, which is supplied over the wet slurry, in liters per hour ranges from 0.5 to 1.8 with regard to the tower volume in m<3>, and that a maximum of 0.17 kg wet slurry is supplied per m<3> drying gas, whereby the wet slurry has a solids content ranging from 65 to 85 wt. %. Under these conditions, the usually necessary addition of a water-soluble, long-chain polyglycol to the wet slurry before spraying in order to prevent the hard metal granulated material from oxidizing is eliminated.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON HARTMETALLGRANULAT METHOD FOR PRODUCING HARD METAL GRANULES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates durch Nassmahlen der im fertigen Granulat gewünschten Hartstoff- und Bindemetallanteile und Ausbildung eines sprühfähigen Nassschlammes unter Verwendung von reinem Wasser als Flüssigphase, wobei der Nassschlamm durch Sprühtrocknung in einem Gasstrom mit einer Gaseintrittstemperatur im Bereich von etwa 160 bis 220°C und einer Gasaustrittstemperatur im Bereich von etwa 85 bis 130°C in einem Sprühturm in Granulatform gebracht wird, wobei der Sprühturm aus einem zylindrischen Abschnitt und einem kegelförmigen Abschnitt besteht.The invention relates to a method for producing a hard metal granulate by wet grinding the hard material and binder metal components desired in the finished granulate and forming a sprayable wet sludge using pure water as the liquid phase, the wet sludge being spray dried in a gas stream with a gas inlet temperature in the range from about 160 to 220 ° C and a gas outlet temperature in the range of about 85 to 130 ° C in a spray tower in granular form, the spray tower consisting of a cylindrical section and a conical section.
Formteile aus Hartmetalllegierungen werden durch Pressen und Sintern der pulverförmigen Ausgangsmaterialien hergestellt. Zur verbesserten Verarbeitbarkeit werden die feinteiligen Ausgangspulver der Hartmetalllegierungen mit einer mittleren Korngröße im Bereich von wenigen μm und vielfach noch darunter, in Granulatform, d.h. in möglichst ideale Kugelform mit einer mittleren Granulatkorngröße von mindestens etwa 90 μm, gebracht. Dazu werden die einzelnen Hartstoff- und Bindemetallpulver zunächst durch Mahlung unter Zusatz von Flüssigkeit in feinst disperse Gemenge in Form eines Nassschlammes gebracht. Bei Verwendung von grobkörnigeren Ausgangspulvern ist dieser Schritt mit einer Zerkleinerung der Ausgangspulver verbunden, während bei feinkörnigen Ausgangspulvern hauptsächlich eine Homogenisierung des Nassschlammes erfolgt. Die Flüssigkeit soll einerseits das Zusammenbacken der Pulverteilchen und andererseits ihre Oxidation während des Mahlens verhindern.Molded parts made of hard metal alloys are produced by pressing and sintering the powdery starting materials. For improved processability, the finely divided starting powders of the hard metal alloys with an average grain size in the range of a few μm and often even less are in granulate form, i.e. brought into the ideal spherical shape with an average granule size of at least about 90 μm. For this purpose, the individual hard material and binder metal powders are first brought into finely disperse mixtures in the form of a wet slurry by grinding with the addition of liquid. If coarse-grained starting powders are used, this step is associated with comminution of the starting powders, whereas fine-grained starting powders mainly homogenize the wet sludge. The liquid is intended on the one hand to prevent the powder particles from caking together and on the other hand to prevent their oxidation during grinding.
Als geeignete Mahlaggregate werden heute praktisch ausschließlich Rührwerkskugelmühlen sogenannte Attritoren verwendet, in denen das Mahlgut in einem zylindrischen Behälter zusammen mit Hartmetallkugeln durch einen mehrflügeligen Rührarm in Bewegung versetzt wird. In den durch die Mahlung unter Flüssigkeitszugabe entstehenden Nassschlamm wird wahlweise ein Presshilfsmittel, z.B. in Form von Paraffin zugegeben. Die Zugabe eines Presshilfsmittels ist insbesondere dann notwendig, wenn das fertige Granulat durch Matrizenpressen verdichtet und in die gewünschte Form gebracht wird. Das Presshilfsmittel verleiht dem Granulat neben dem besseren Verdichten beim Pressvorgang auch eine bessere Rieselfähigkeit, die das Befüllen der Pressmatrizen erleichtert. Soll das fertige Hartmetallgranulat durch Strangpressen weiterverarbeitet werden, wird dem Nassschlamm in der Regel kein Presshilfsmittel zugesetzt. Der Nassschlamm wird dann auf sprühfähige Konsistenz gebracht und in einer Sprühtrocknungsanlage getrocknet und gleichzeitig granuliert. Dazu wird der Nassschlamm durch eine Düse, welche sich im Inneren eines Sprühturms befindet, versprüht. Ein heißer Gasstrom trocknet die versprühten Tröpfchen auf dem Flugweg und diese scheiden sich im unteren konischen Teil des Sprühturms in Form von kleinen Kügelchen als Granulat ab, wo es dann entnommen werden kann. In der Hartmetallindustrie werden bis heute als Lösungsmittel zum Mahlen und Ausbilden des Nassschlammes fast ausnahmslos nur organische Lösungsmittel wie Aceton, Alkohol, Hexan oder Heptan in konzentrierter oder bestenfalls nur geringfügig mit Wasser verdünnter Form verwendet.As suitable grinding units, so-called attritors are used almost exclusively today, in which the material to be ground is set in motion in a cylindrical container together with hard metal balls by a multi-bladed stirring arm. A pressing aid, for example in the form of paraffin, is optionally added to the wet sludge resulting from the grinding with the addition of liquid. The addition of a pressing aid is particularly necessary when the finished granulate is compressed by die pressing and brought into the desired shape. The pressing aid gives the granulate not only better compaction during the pressing process but also better flowability, which makes it easier to fill the press dies. If the finished hard metal granulate is to be processed further by extrusion, no pressing aids are generally added to the wet sludge. The wet sludge is then brought to a sprayable consistency and dried in a spray drying system and granulated at the same time. For this purpose, the wet sludge is sprayed through a nozzle, which is located inside a spray tower. A hot gas stream dries the sprayed droplets on the flight path and these separate in the lower conical part of the spray tower in the form of small balls as granules, where it can then be removed. In the hard metal industry, almost exclusively organic solvents such as acetone, alcohol, hexane or heptane are used as solvents for grinding and forming the wet sludge in concentrated or at best only slightly diluted with water.
Da alle diese Lösungsmittel leicht entflammbar und leicht verflüchtigbar sind, müssen die Attritoren und die Sprühtrocknungsanlage explosionsgeschützt ausgeführt sein, was einen hohen konstruktiven Aufwand und damit hohe Investitionskosten mit sich bringt. Zudem muss die Trocknung im Sprühturm unter Schutzgasatmosphäre, in der Regel Stickstoff, durchgeführt werden.Since all of these solvents are highly flammable and volatile, the attritors and the spray drying system must be designed to be explosion-proof, which entails a high level of design effort and thus high investment costs. In addition, drying in the spray tower must be carried out under a protective gas atmosphere, usually nitrogen.
Alle genannten Lösungsmittel sind darüber hinaus umweltbelastend und führen aufgrund ihrer leichten Verflüchtigbarkeit trotz Durchführung von Recyclingmaßnahmen zu hohen Verdampfungsverlusten.In addition, all of the solvents mentioned are environmentally harmful and, due to their easy volatility, lead to high evaporation losses despite the implementation of recycling measures.
Die Sprühtürme von Sprühtrocknungsanlagen in der Hartmetallindustrie sind mit einem zylindrischen oberen Abschnitt und einem kegelförmig zulaufenden, unteren Abschnitt ausgeführt und arbeiten in der Regel im Gegenstrom nach dem Fontänenprinzip, d.h. im unteren Abschnitt des Sprühturmes befindet sich zentral angeordnet die Sprühlanze die den Nassschlamm mit Hochdruck von etwa 12 bis 24 bar in Form einer Fontäne nach oben versprüht. Der Gasstrom zum Trocknen der versprühten Tröpfchen wird von oben gegen die Sprührichtung der Tröpfchen geführt und veriässt den Sprühturm im oberen Drittel des kegelförmig zulaufenden Abschnittes unterhalb der Sprühlanze. Auf diese Weise werden die Tröpfchen zuerst nach oben gedrückt und dann aufgrund der Schwerkraft und der entgegengesetzt gerichteten Gasströmung nach unten umgeleitet. Im Zuge des Durchlaufens dieses Trocknungsweges werden die Tröpfchen in ein kompaktes Granulat mit einer geringenThe spray towers of spray drying systems in the hard metal industry are designed with a cylindrical upper section and a tapered, lower section and generally work in countercurrent according to the fountain principle, i.e. the spray lance that removes the wet sludge with high pressure from is centrally located in the lower section of the spray tower sprayed about 12 to 24 bar in the form of a fountain. The gas stream for drying the sprayed droplets is against the top Direction of spray of the droplets and leaves the spray tower in the upper third of the tapered section below the spray lance. In this way, the droplets are first pushed up and then diverted downward due to gravity and the opposite gas flow. In the course of this drying path, the droplets are transformed into compact granules with a low level
Restfeuchte umgewandelt, welches dann nach Auftreffen auf dem Boden des Sprühturmes durch dessen kegelförmig zulaufenden Verlauf automatisch zur zentralen Entnahmeöffnung rieselt. Dadurch, dass die Flugbahn der versprühten Tröpfchen zuerst nach oben und dann nach unten verläuft, wird im Vergleich zu Sprühtürmen, die im Gleichstrom arbeiten, wo sowohl die Versprühung des Nassschlammes, als auch der Strom der Trocknungsluft vom oberen Ende des Sprühturmes aus nach unten gerichtet ist, der gleiche Trocknungsweg für die Trocknung der Tröpfchen mit nahezu der halben Sprühturmhöhe erreicht, wodurch sich eine kompakte Bauweise ergibt.Residual moisture converted, which then automatically falls to the central removal opening after hitting the bottom of the spray tower due to its tapered shape. Because the trajectory of the sprayed droplets first goes up and then down, compared to spray towers that work in co-current, both the spraying of the wet sludge and the flow of drying air are directed downwards from the top of the spray tower is reached, the same drying path for drying the droplets with almost half the spray tower height, resulting in a compact design.
Sprühtürme, die im Gegenstrom nach dem Fontänenprinzip arbeiten, sind in der Praxis mit einem zylindrischen Abschnitt mit einer Höhe im Bereich von etwa 2 bis 9 m bei einem Zahlenverhältnis von Höhe zu Durchmesser im Bereich von etwa 0,9 bis 1 ,7 ausgeführt, während Sprühtürme, die im Gleichstrom mitSpray towers that work in countercurrent according to the fountain principle are in practice designed with a cylindrical section with a height in the range of approximately 2 to 9 m and a ratio of height to diameter in the range of approximately 0.9 to 1.7 Spray towers that co-current with
Zufuhr von oben arbeiten, mit einem zylindrischen Abschnitt mit einer Höhe im Bereich von etwa 5 - 25 m bei einem Zahlenverhältnis von Höhe zu Durchmesser im Bereich von etwa 1 bis 5 ausgeführt sind.Working feed from above, are designed with a cylindrical section with a height in the range of about 5 - 25 m with a ratio of height to diameter in the range of about 1 to 5.
Zur Klarstellung sei hier insbesondere noch darauf hingewiesen, dass der allgemeine Begriff Hartmetall selbstverständlich auch sogenannte Cermets, eine spezielle Gruppe von Hartmetallen mit in der Regel stickstoffhaltigen Hartstoffen mit einschließt.For clarification, it should in particular be pointed out here that the general term hard metal naturally also includes so-called cermets, a special group of hard metals with hard materials which generally contain nitrogen.
Die US 4 070 184 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einesUS 4 070 184 describes a method for producing a
Hartmetallgranulats durch Mahlen und Sprühtrocknen, bei dem an Stelle von organischen Lösungsmitteln reines Wasser für die Mahlung und Herstellung des versprühbaren Nassschlammes verwendet wird. Durch die Verwendung von reinem Wasser als Flüssigphase wird es ermöglicht, die Attritoren und die Sprühtrocknungsanlage in offener, nicht mehr explosionsgeschützter Bauweise herzustellen, was bedeutende Kosteneinsparungen mit sich bringt. Beim Sprühtrocknen kann an Stelle von Schutzgas Luft als Trockenmedium verwendet werden. Darüber hinaus wird durch den vollständigen Ersatz von organischen Lösungsmitteln jegliche Gesundheitsgefährdung durch Lösungsmitteldämpfe vermieden.Carbide granules by grinding and spray drying, in which pure water is used instead of organic solvents for the grinding and production of the sprayable wet sludge. By using it Pure water as a liquid phase makes it possible to manufacture the attritors and the spray drying system in an open, no longer explosion-proof design, which brings significant cost savings. In spray drying, air can be used as the drying medium instead of protective gas. In addition, the complete replacement of organic solvents avoids any health risk from solvent vapors.
Der große Nachteil bei diesem Verfahren ist, dass es durch die Verwendung von reinem Wasser und Luft zu einer starken Beeinträchtigung der Pulver durch Oxidation kommt. Extrem feinkörnige Hartmetallpulver mit einer mittleren Korngröße zwischen 0,5 - 0,6 μm, was nach der BET-Messung einer Oberfläche von 1 ,6 - 3,2 m2/g entspricht, wie sie heute für viele Hartmetallsorten eingesetzt werden, sind aufgrund ihrer großen Oberfläche besonders oxidationsempfindlich und sind durch dieses Verfahren nicht herstellbar. Selbst bei Hartmetallpulvern mit einer größeren, mittlerenThe major disadvantage of this method is that the use of pure water and air severely affects the powder due to oxidation. Extremely fine-grained hard metal powders with an average grain size between 0.5 - 0.6 μm, which, according to the BET measurement, corresponds to a surface area of 1.6 - 3.2 m 2 / g, as are used today for many types of hard metal, are due to their large surface area is particularly sensitive to oxidation and cannot be produced by this process. Even with carbide powders with a larger, medium-sized one
Korngröße von 1 μm und knapp darunter und einer damit wesentlich kleineren Oberfläche, was zum Zeitpunkt der Anmeldung des US-Patentes die kleinsten üblichen Korngrößen waren, war man gezwungen, die Oxidationsanfälligkeit durch die Zugabe eines langkettigen Polyglykols in den Nassschlamm unmittelbar vor der Sprühtrocknung in Grenzen zu halten. Die Polyglykole, die auch eine verbesserte Verpressbarkeit der Granulate mit sich bringen, umhüllen die Pulverteilchen vollständig und verhindern damit weitgehend eine Oxidation der Puiverteilchen während der Sprühtrocknung. Nachteilig dabei ist, dass derartige Polyglykole beim Sintern der verpressten Pulver ein ungünstiges Ausdampfverhalten zeigen. Es kommt erst beiGrain sizes of 1 μm and just below and a much smaller surface area, which were the smallest usual grain sizes at the time of the application for the US patent, were forced to limit the susceptibility to oxidation by adding a long-chain polyglycol to the wet sludge immediately before spray drying to keep. The polyglycols, which also result in improved compressibility of the granules, completely envelop the powder particles and thus largely prevent oxidation of the powder particles during spray drying. The disadvantage here is that such polyglycols show an unfavorable evaporation behavior when sintering the compressed powder. It only comes with
Temperaturen von etwa 250 bis 300°C zu einem vollständigen Ausdampfen, wodurch es insbesondere bei großen Teilen aufgrund des Ausdampfens über einen breiten Temperaturbereich zu einem Zerplatzen des Teiles oder zur Ausbildung von Rissen kommen kann.Temperatures of about 250 to 300 ° C to a complete evaporation, which can lead to bursting of the part or the formation of cracks, especially in large parts due to the evaporation over a wide temperature range.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates durch Mahlen und Sprühtrocknung unter Verwendung von reinem Wasser als Flüssigphase zu schaffen, bei dem auch extrem feinkörnige Hartmetallpulver gemahlen und gesprüht werden können und bei dem die zum Stand der Technik angeführten Nachteile bei der Sinterung vermieden werden.The object of the present invention is therefore to provide a method for producing a hard metal granulate by grinding and spray drying using pure water as the liquid phase, in which also Extremely fine-grained hard metal powder can be ground and sprayed and in which the disadvantages mentioned in the prior art for sintering are avoided.
Entsprechend dem eingangs genannten Verfahren wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Nassschlamm ohne Verwendung eines wasserlöslichen, langkettigen Polyglykols im Sprühturm versprüht und getrocknet wird und dass der Sprühturm so ausgelegt und betrieben wird, dass das Zahlenverhältnis der über den Nassschlamm zugeführten Wassermenge in Litern pro Stunde, bezogen auf das Turmvolumen in m3 im Bereich zwischen 0,5 und 1,8 liegt und dass maximal 0,17 kg Nassschlamm pro m3 zugeführtem Trocknungsgas zerstäubt werden, wobei der Nassschlamm einen Feststoffgehalt im Bereich von 65 bis 85 Gew.% aufweist.According to the method mentioned at the outset, this is achieved according to the invention in that the wet sludge is sprayed and dried in the spray tower without using a water-soluble, long-chain polyglycol, and in that the spray tower is designed and operated in such a way that the numerical ratio of the amount of water supplied via the wet sludge in liters per hour , based on the tower volume in m 3 in the range between 0.5 and 1.8 and that a maximum of 0.17 kg of wet sludge per m 3 of drying gas supplied are atomized, the wet sludge having a solids content in the range from 65 to 85% by weight ,
Es ist selbstverständlich dabei, dass die zur Verfügung stehende Energiemenge resultierend aus Menge und Temperatur des zugeführten Gasstromes ausreichend sein muss, um die zugeführte Wassermenge problemlos zu verdampfen.It goes without saying that the amount of energy available, as a result of the amount and temperature of the gas stream supplied, must be sufficient to evaporate the amount of water supplied without problems.
Das Wesentliche des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also, die Menge des über den Nassschlamm zugeführten Wassers im Verhältnis zumThe essence of the method according to the invention is therefore the amount of water supplied via the wet sludge in relation to
Turmvolumen deutlich kleiner zu halten als es bei Sprühtürmen normalerweise üblich ist und die zugeführte Luftmenge so auf den versprühten Nassschlamm abzustimmen, dass mindestens 1 m3 Luft pro 0,17 kg Nassschlamm zur Verfügung steht. Dadurch wird unter den herrschenden Bedingungen einerseits eine schonende Trocknung und andererseits eine maximale Restfeuchte von 0,3 Gew.%, bezogen auf das fertige Granulatkorn erreicht.To keep the tower volume significantly smaller than is usually the case with spray towers and to adjust the amount of air supplied to the sprayed wet sludge in such a way that at least 1 m 3 air per 0.17 kg wet sludge is available. As a result, gentle drying is achieved under the prevailing conditions, and on the other hand a maximum residual moisture of 0.3% by weight, based on the finished granulate.
Als besonders vorteilhaft hat sich dabei ein Feststoffgehalt des Nassschlammes im Bereich von 70 bis 80 Gew.% bewährt.A solids content of the wet sludge in the range from 70 to 80% by weight has proven to be particularly advantageous.
Eine Oxidation auch extrem feinkörniger Ausgangspulver wird unter den genannten Verfahrensbedingungen weitgehend verhindert, womit der Verzicht auf Polyglykole auch bei der Granulatherstellung mit keinerlei Nachteilen verbunden ist.Oxidation of even extremely fine-grained starting powder is largely prevented under the process conditions mentioned, which means that the waiver is avoided on polyglycols is also not associated with any disadvantages in the production of granules.
Selbstverständlich wird bei diesem Verfahren, wie bei der Herstellung von Hartmetallgranulat generell üblich, die Kohlenstoffbilanz, unter Berücksichtigung der chemischen Analyse der verwendeten Ausgangspulver und der Sauerstoffaufnahme beim Mahlen und Sprühtrocknen so eingestellt, unter Umständen durch Zugabe von Kohlenstoff vor dem Mahlen, dass mit dem Hartmetallgranulat die Herstellung eines fertiggesinterten Hartmetalles ohne eta-Phase und ohne freien Kohlenstoff gewährleistet ist.Of course, in this process, as is common in the production of hard metal granules, the carbon balance is adjusted, taking into account the chemical analysis of the starting powder used and the oxygen uptake during grinding and spray drying, under certain circumstances by adding carbon before grinding that with the hard metal granulate the production of a sintered hard metal without eta phase and free carbon is guaranteed.
Die mittlere Korngröße des hergestellten Granulats liegt im Regelfall zwischen 90 und 250 μm und kann durch die Größe der Sprühdüsenöffnung, die Viskosität des zu versprühenden Nassschlammes sowie den Sprühdruck eingestellt werden. Die mittlere Korngröße ist umso kleiner, je kleiner die Düsenöffnung, je niedriger die Viskosität und je höher der Sprühdruck ist. Die Menge des über die Sprühdüse zugeführten Nassschlammes wird wiederum über den Sprühdruck sowie über die Größe der Wirbelkammer und Düsenöffnung der Sprühdüse geregelt.The average grain size of the granules produced is generally between 90 and 250 μm and can be adjusted by the size of the spray nozzle opening, the viscosity of the wet sludge to be sprayed and the spray pressure. The average grain size is smaller, the smaller the nozzle opening, the lower the viscosity and the higher the spray pressure. The amount of wet sludge supplied via the spray nozzle is in turn regulated via the spray pressure and the size of the swirl chamber and nozzle opening of the spray nozzle.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren sowohl bei Sprühtrocknungsanlagen, die im Gleichstromprinzip als auch bei solchen, die im Gegenstromprinzip arbeiten, anwendbar ist, hat es sich insbesondere bei Anlagen die im Gegenstrom nach dem Fontänenprinzip arbeiten bewährt, wodurch die Sprühtrocknungsanlage in einer kompakten Bauweise hergestellt werden kann.Although the method according to the invention can be used both in spray drying systems which work in the cocurrent principle and in those which work in the countercurrent principle, it has proven itself in particular in systems which work in countercurrent on the fountain principle, as a result of which the spray drying system can be produced in a compact design.
Dabei ist es von Vorteil, den zylindrischen, oberen Abschnitt des Sprühturmes mit etwa 6 m Höhe und etwa 4 - 5 m Durchmesser auszuführen. Für den daran anschließenden, kegelförmigen unteren Abschnitt hat sich ein Kegelwinkel von etwa 45° - 50° bewährt.It is advantageous to design the cylindrical, upper section of the spray tower with a height of approximately 6 m and a diameter of approximately 4-5 m. For the adjoining, conical lower section, a cone angle of approximately 45 ° - 50 ° has proven itself.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass als Trocknungsgas Luft verwendet werden kann, was das Verfahren wiederum äußerst kostengünstig macht. Um die Oxidation der Teilchen beim Sprühtrocknen möglichst gering zu halten ist es vorteilhaft, zum Versprühen des Nassschlammes eine Einstoffdüse zu verwenden. Bei Einstoffdüsen wird - im Unterschied zu Zweistoffdüsen wo der zu zerstäubende Nassschlamm gleichzeitig mit einem Gasstrom der Düse zugeführt wird - ausschließlich der Nassschlamm unter Druck zugeführt, so dass der Kontakt mit einem eventuell oxidierenden Gasstrom weiter verkürzt wird.A particular advantage of the method according to the invention is that air can be used as the drying gas, which in turn makes the method extremely inexpensive. In order to keep the oxidation of the particles as low as possible during spray drying, it is advantageous to use a single-component nozzle for spraying the wet sludge. In the case of single-substance nozzles, in contrast to two-substance nozzles where the wet sludge to be atomized is simultaneously fed to the nozzle with a gas stream, only the wet sludge is fed under pressure, so that the contact with a possibly oxidizing gas stream is further shortened.
Besonders vorteilhaft zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hartmetallgranulates ist es, wenn das Mahlen vorzugsweise im Attritor mit einer Viskosität des Nassschlammes im Bereich zwischen 2.500 bis 8.000 mPas (gemessen in einem Rheometer der Type RC20 der Firma Europhysics bei einer Schergeschwindigkeit von 5,2 [1/s]) bei einem mindestens 4- bis 8- maligen Volumsaustausch pro Stunde ausgeführt wird.It is particularly advantageous for the production of the hard metal granules according to the invention if the grinding preferably in the attritor with a viscosity of the wet sludge in the range between 2,500 to 8,000 mPas (measured in a rheometer of the RC20 type from Europhysics at a shear rate of 5.2 [1 / s ]) is carried out with a volume exchange of at least 4 to 8 times per hour.
Auf diese Weise werden auch bei der Herstellung eines Nassschlammes mit Hartstoff- und Bindemetallteilchen sehr kleiner Korngrößen in der Größenordnung von deutlich weniger als 1 μm so kurze Mahlzeiten erreicht, dass eine zu starke Oxidation der Teilchen vermieden wird.In this way, even in the production of a wet sludge with hard material and binder metal particles of very small grain sizes in the order of magnitude of less than 1 μm, meals which are so short are achieved that excessive oxidation of the particles is avoided.
Sollten in Extremfällen innerhalb des speziellen Viskositätsbereiches zurShould in extreme cases within the special viscosity range
Herstellung kleiner Korngrößen längere Mahlzeiten erforderlich sein, ist es von Vorteil, dem Wasser vor dem Mahlen und/oder Sprühtrocknen ein Antioxidationsmittel, beispielsweise auf Basis von Aminverbindungen, z.B. Aminoxethylat oder Resorcin zuzugeben, wodurch auch bei längeren Mahlzeiten und beim nachfolgenden Sprühen eine zu starke Oxidation der Teilchen verhindert werden kann.Production of small grain sizes requires longer meals, it is advantageous to add an antioxidant to the water before grinding and / or spray drying, for example based on amine compounds, e.g. Add aminoxethylate or resorcinol, which can prevent excessive oxidation of the particles even with longer meals and during subsequent spraying.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung einer Sprühtrocknungsanlage im Gegenstrom nach dem Fontänenprinzip durchgeführt wird ist es von Vorteil, die Temperatur der eintretenden Trocknungsluft am oberen Ende des zylindrischen Abschnittes und die Temperatur der austretenden Trocknungsluft im Bereich des kegelförmigen Abschnittes des Sprühturmes innerhalb der angegebenen Bereiche so abzustimmen, dass sich im geometrischen Schwerpunkt des Sprühturmes eine Temperatur zwischen etwa 70 und 120°C einstellt. Unter diesen Bedingungen wird eine möglichst geringe Oxidation des Hartmetallgranulates erreicht.If the method according to the invention is carried out using a spray drying system in countercurrent according to the fountain principle, it is advantageous to adjust the temperature of the incoming drying air at the upper end of the cylindrical section and the temperature of the exiting drying air in the area of the conical section of the spray tower within the specified ranges to coordinate that a temperature between about 70 and 120 ° C is established in the geometric center of gravity of the spray tower. Under these conditions, the lowest possible oxidation of the hard metal granulate is achieved.
Weiters ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren derart durchzuführen, dass das Granulat im Austrittsbereich des Sprühturmes auf eine Temperatur von maximal 75°C abgekühlt wird und unmittelbar nach Entnahme aus dem Kühlturm rasch auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Durch diese rasche Abkühlung des fertigen Hartmetallgranulates auf Raumtemperatur wird ebenfalls eine weitere Oxidation des Granulates stark eingeschränkt. Die Kühlung des Granulates im Austrittsbereich des Kühlturmes erfolgt am zweckmäßigsten dadurch, dass der kegelförmig zulaufende Abschnitt des Sprühturmes doppelwandig ausgeführt ist und durch ein geeignetes Kühlmedium gekühlt wird. Die rasche Kühlung auf Raumtemperatur kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Granulat nach der Entnahme aus dem Sprühturm eine Kühlrinne durchläuft.Furthermore, it is advantageous to carry out the method according to the invention in such a way that the granules in the outlet region of the spray tower are cooled to a temperature of at most 75 ° C. and are rapidly cooled to room temperature immediately after removal from the cooling tower. This rapid cooling of the finished hard metal granules to room temperature also severely limits further oxidation of the granules. The cooling of the granules in the outlet area of the cooling tower is most conveniently carried out by the double-walled conical section of the spray tower being cooled by a suitable cooling medium. The rapid cooling to room temperature can take place, for example, in that the granules pass through a cooling channel after being removed from the spray tower.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung und an Hand eines Herstellungsbeispieles näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of a drawing and with the aid of a production example.
Figur 1 zeigt die Prinzipdarstellung eines Sprühturmes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.FIG. 1 shows the basic illustration of a spray tower for carrying out the method according to the invention.
Der Sprühturm -1- besteht aus einem zylindrischen Abschnitt -2- sowie einem daran anschließenden, kegelförmig nach untern zulaufenden Abschnitt -3-. Der Sprühturm -1- arbeitet im Gegenstrom nach dem Fontänenprinzip, d.h. der Gasstrom zum Trocknen des Granulates wird am oberen Ende -11- des zylindrischen Abschnittes -2- zugeführt und nach unten geblasen, während der zu zerstäubende Nassschlamm am unteren Ende des zylindrischen Abschnittes -2- über eine Sprühlanze -4- mit einer Düsenöffnung -5- nach dem Prinzip einer Fontäne nach oben gegen die Richtung des Gasstromes -6- versprüht wird.The spray tower -1- consists of a cylindrical section -2- and an adjoining, tapered section -3-. The spray tower -1- works in countercurrent on the fountain principle, i.e. the gas stream for drying the granules is fed in at the top end -11- of the cylindrical section -2- and blown downwards, while the wet sludge to be atomized at the bottom end of the cylindrical section -2- via a spray lance -4- with a nozzle opening -5 - is sprayed upwards according to the principle of a fountain against the direction of the gas flow -6-.
Die versprühten Flüssigkeitströpfchen -7- sind also zuerst nach oben gerichtet und ändern dann aufgrund des entgegengerichteten Gasstromes und aufgrund der Schwerkraft ihre Richtung und fallen nach unten. Vor dem Auftreffen auf den Boden des Sprühturmes -1-, den kegelförmig zulaufende Abschnitt -3-, müssen die Flüssigkeitströpfchen -7- in das getrocknete Granulat umgewandelt sein.The sprayed liquid droplets -7- are thus first directed upwards and then change their direction due to the opposite gas flow and due to gravity and fall downwards. Before hitting on the bottom of the spray tower -1-, the tapered section -3-, the liquid droplets -7- must be converted into the dried granules.
Durch den kegelförmig zulaufenden Abschnitt -3- des Sprühturmes wird das Granulat zur Entnahmeöffnung -8- geleitet. Der Gasstrom -6- hat eine Eintrittstemperatur im Bereich von 160 bis 220°C und eine Austrittstemperatur beim Verlassen des Sprühturmes durch das Austrittsrohr -9- unterhalb der Sprühlanze -4- im oberen Drittel des kegelförmigen Abschnittes -3-, im Bereich von 85 bis 130°C. Die Gaseintritts- und Gasaustrittstemperatur werden vorteilhafterweise so aufeinander abgestimmt, dass sich im geometrischen Schwerpunkt -S- des Sprühturmes eine Temperatur zwischen etwa 70 und 120°C einstellt. Wichtig dabei ist, dass das Verhältnis der über den Nassschlamm zugeführten Wassermenge in Litern pro Stunde, bezogen auf das Turmvolumen in m3 im Bereich zwischen 0,5 und 1 ,8 liegt und dass pro m3 zugeführtem Trocknungsgas maximal 0,17 kg Nassschlamm zerstäubt werden., wobei der Nassschlamm einen Feststoffgehalt im Bereich von 65 bis 85 Gew.% aufweist. Dabei muss natürlich gewährleistet sein, dass durch die Temperaturverhältnisse und die Menge des zugeführten Trocknungsgases die Energiemenge zur Verfügung gestellt wird, die zur problemlosen Verdampfung der über den Nassschlamm zugeführten Wassermenge ausreichend ist. Von Vorteil ist es, wenn der kegelförmig zulaufende Abschnitt -3- desThe granulate is passed through the tapered section -3- of the spray tower to the removal opening -8-. The gas stream -6- has an inlet temperature in the range of 160 to 220 ° C and an outlet temperature when leaving the spray tower through the outlet pipe -9- below the spray lance -4- in the upper third of the conical section -3-, in the range of 85 to 130 ° C. The gas inlet and gas outlet temperatures are advantageously matched to one another in such a way that a temperature between approximately 70 and 120 ° C. is established in the geometric center of gravity -S- of the spray tower. It is important that the ratio of the amount of water supplied in liters per hour via the wet sludge, based on the tower volume in m 3, is in the range between 0.5 and 1.8 and that a maximum of 0.17 kg of wet sludge is atomized per m 3 of drying gas supplied are., The wet sludge has a solids content in the range of 65 to 85 wt.%. Of course, it must be ensured that the temperature conditions and the amount of drying gas supplied provide the amount of energy that is sufficient for the problematic evaporation of the amount of water supplied via the wet sludge. It is advantageous if the tapered section -3-
Sprühturmes doppelwandig zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, ausgeführt wird.Double-walled spray tower for the passage of a cooling liquid, e.g. Water.
Mit dieser Maßnahme wird das Granulat in diesem Bereich auf mindestens 75°C abgekühlt. Nach dem Verlassen des Sprühturmes -1- durch die Auslassöffnung -8- gelangt das Granulat auf eine Kühlrinne -10- wo es dann bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird.With this measure, the granulate is cooled in this area to at least 75 ° C. After leaving the spray tower -1- through the outlet opening -8-, the granules reach a cooling channel -10- where they are then cooled to room temperature.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Herstellungsbeispieles näher erläutert. BeispielThe invention is explained in more detail below with the aid of a production example. example
Zur Herstellung eines Hartmetallgranulates mit einer mittleren Korngröße von 135 μm, bestehend aus 6 Gew.% Kobalt, 0,4 Gew.% Vanadiumkarbid, Rest Wolframkarbid, wurden 36 kg Kobaltpulver mit einer mittleren Korngröße von etwa 0,63 μm FSSS und einem Sauerstoffgehalt von 0,56 Gew.%, 2,4 kg Vanadiumkarbidpulver mit einer mittleren Korngröße von etwa 1 ,2 μm FSSS und einem Sauerstoffgehalt von 0,25 Gew.% sowie 563,5 kg Wolframkarbidpulver mit einer BET-Oberfläche von 1 ,78 m2/g, was einer mittleren Korngröße von etwa 0,6 μm entspricht und einem Sauerstoffgehalt von 0,28 Gew.% mit 150 Liter Wasser in einem Attritor 5 Stunden lang gemahlen. Als Mahlkörper wurden 2000 kg Hartmetallkugeln mit 9 mm Durchmesser verwendet, die Attritordrehzahl betrug 78 U/min, die Umpumpleistung des Nassschlammes 1000 Liter / Stunde. Die Temperatur des Nassschlammes während der Mahlung wurde konstant auf etwa 40°C gehalten. Der fertig gemahlene Nassschlamm wurde durch weitere Wasserzugabe auf einen Feststoffgehalt von 75 Gew.% mit einer Viskosität von 3000 mPas eingestellt.36 kg of cobalt powder with an average grain size of approximately 0.63 μm FSSS and an oxygen content of .beta 0.56% by weight, 2.4 kg of vanadium carbide powder with an average grain size of approximately 1.2 μm FSSS and an oxygen content of 0.25% by weight and 563.5 kg of tungsten carbide powder with a BET surface area of 1.78 m 2 / g, which corresponds to an average grain size of about 0.6 μm and an oxygen content of 0.28% by weight with 150 liters of water in an attritor for 5 hours. 2000 kg of hard metal balls with a diameter of 9 mm were used as grinding media, the attritor speed was 78 rpm, the pumping capacity of the wet sludge was 1000 liters / hour. The temperature of the wet sludge during the grinding was kept constant at about 40 ° C. The completely milled wet sludge was adjusted to a solids content of 75% by weight with a viscosity of 3000 mPas by further addition of water.
Zum Granulieren des derart hergestellten Nassschlammes wurde ein Sprühturm -1- mit einem zylindrischen Abschnitt -2- mit einer Höhe von 6 m und einem Durchmesser von 4 m und mit einem kegelförmig zulaufenden Abschnitt -3- mit einem Kegelwinkel von 50° verwendet, was einem Turmvolumen von 93 m3 entspricht. Der Sprühturm war auf eine Arbeitsweise im Gegenstrom nach dem Fontänenprinzip ausgelegt. Als Gas zum Trocknen des Nassschlammes wurde Luft verwendet, die dem Sprühturm mit 4000 m3/h zugeführt wurde.To granulate the wet sludge produced in this way, a spray tower -1- with a cylindrical section -2- with a height of 6 m and a diameter of 4 m and with a tapered section -3- with a cone angle of 50 ° was used, which a Tower volume of 93 m 3 corresponds. The spray tower was designed to work in counterflow according to the fountain principle. Air was used as the gas for drying the wet sludge, which air was fed to the spray tower at 4000 m 3 / h.
Der Nassschlamm wurde dem Sprühturm über eine Sprühlanze -4-, mit einer Einstoffdüse -5- mit einer Austrittsöffnung von 1,12 mm Durchmesser, mit einem Druck von 15 bar zugeführt, wodurch sich eine Nassschlammbeschickung von 0,08 kg Nassschlamm pro m3 Trocknungsluft ergab. Die Luftaustrittstemperatur wurde auf einen konstanten Wert von 85°C eingestellt, was unter den gegebenen Verhältnissen durch eine Lufteingangstemperatur von 145°C erreicht wurde. Die Zerstäubung von 0,08 kg Nassschlamm pro m3 zugeführter Trocknungsluft bedeutet, dass bei einer Luftzufuhr von 4000 m3 pro Stunde 320 kg Nassschlamm pro Stunde versprüht wurden. Da der Nassschlamm auf 75 Gew.% Feststoffgehalt eingestellt wurde, entsprechen die 320 kg Nassschlamm pro Stunde einer stündlich zugeführten Wassermenge von 80 Litern. Das Verhältnis der zugeführten Wassermenge in Litern pro Stunde, bezogen auf das Turmvolumen, lag daher bei 80 l/h = 0,86 I .The wet sludge was fed to the spray tower via a spray lance -4-, with a single-substance nozzle -5- with an outlet opening of 1.12 mm diameter, at a pressure of 15 bar, resulting in a wet sludge loading of 0.08 kg wet sludge per m 3 of drying air revealed. The air outlet temperature was set to a constant value of 85 ° C, which was achieved under the given conditions by an air inlet temperature of 145 ° C. The atomization of 0.08 kg of wet sludge per m 3 of drying air supplied means that at an air supply of 4000 m 3 per hour 320 kg of wet sludge were sprayed. Since the wet sludge was set to a solids content of 75% by weight, the 320 kg of wet sludge per hour correspond to an hourly supply of water of 80 liters. The ratio of the amount of water supplied in liters per hour, based on the tower volume, was therefore 80 l / h = 0.86 l.
93 m3 m3.h93 m 3 m 3 .h
Der Sauerstoffgehalt des hergestellten Granulates lag bei 0,53 Gew.%.The oxygen content of the granules produced was 0.53% by weight.
Figur 2 zeigt eine REM-Aufnahme des nach dem Beispiel hergestelltenFIG. 2 shows an SEM image of that produced according to the example
Hartmetallgranulates mit einer mittleren Korngröße von 135 μm in 100-facher Vergrößerung. Hard metal granules with an average grain size of 135 μm in 100x magnification.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates durch Nassmahlen der im fertigen Granulat gewünschten Hartstoff- und Bindemetallanteile und Ausbildung eines sprühfähigen Nassschlammes unter Verwendung von reinem Wasser als Flüssigphase, wobei der Nassschlamm durch1. Process for producing a hard metal granulate by wet grinding the hard material and binder metal components desired in the finished granulate and forming a sprayable wet sludge using pure water as the liquid phase, the wet sludge being obtained by
Sprühtrocknung in einem Gasstrom mit einer Gaseintrittstemperatur im Bereich von etwa 160 bis 220°C und einer Gasaustrittstemperatur im Bereich von etwa 85 bis 130°C in einem Sprühturm -1- in Granulatform gebracht wird, wobei der Sprühturm -1- aus einem zylindrischen Abschnitt -2- und einem kegelförmigen Abschnitt -3- besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Nassschlamm ohne Verwendung eines wasserlöslichen, langkettigen Polyglykols im Sprühturm -1- versprüht und getrocknet wird und dass der Sprühturm -1- so ausgelegt und betrieben wird, dass das Zahlenverhältnis der über den Nassschlamm zugeführten Wassermenge inSpray drying in a gas stream with a gas inlet temperature in the range of about 160 to 220 ° C and a gas outlet temperature in the range of about 85 to 130 ° C in a spray tower -1- is brought into granular form, the spray tower -1- consisting of a cylindrical section - 2- and a conical section -3-, characterized in that the wet sludge is sprayed and dried in the spray tower -1- without using a water-soluble, long-chain polyglycol and that the spray tower -1- is designed and operated so that the numerical ratio of amount of water supplied via the wet sludge in
Litern pro Stunde zum Turmvolumen in m3 im Bereich zwischen 0,5 und 1 ,8 liegt und dass maximal 0,17 kg Nassschlamm pro m3 zugeführtem Trocknungsgas zerstäubt werden, wobei der Nassschlamm einen Feststoffgehalt im Bereich von 65 bis 85 Gew.% aufweist.Liters per hour to the tower volume in m 3 is in the range between 0.5 and 1.8 and that a maximum of 0.17 kg of wet sludge per m 3 of drying gas supplied are atomized, the wet sludge having a solids content in the range from 65 to 85% by weight ,
2. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nassschlamm einen Feststoffgehalt im Bereich von 70 bis 80 Gew.% aufweist.2. A method for producing a hard metal granulate according to claim 1, characterized in that the wet sludge has a solids content in the range from 70 to 80% by weight.
3. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühtrocknen im Gegenstrom nach dem Fontänenprinzip erfolgt. 3. A method for producing a hard metal granulate according to claim 1 or 2, characterized in that the spray drying takes place in countercurrent according to the fountain principle.
4. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseintritts- und Gasaustrittstemperatur so aufeinander abgestimmt werden, dass sich im geometrischen Schwerpunkt -S- des Sprühturmes -1- eine Temperatur zwischen etwa 70 und 120°C einstellt.4. A process for producing a hard metal granulate according to claim 3, characterized in that the gas inlet and gas outlet temperatures are coordinated with one another such that a temperature between approximately 70 and 120 ° C. is established in the geometric center of gravity -S- of the spray tower -1-.
5. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Luft verwendet wird.5. A method for producing a hard metal granulate according to claim 1 to 4, characterized in that air is used as gas.
6. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Versprühen des Nassschlammes eine Einstoffdüse verwendet wird.6. A method for producing a hard metal granulate according to one of claims 1 to 5, characterized in that a single-substance nozzle is used for spraying the wet sludge.
7. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen vorzugsweise im Attritor mit einer Viskosität des Nassschlammes im Bereich zwischen 2.500 bis 8.000 mPas bei einem mindestens 4- bis 8-maligen Volumsaustausch pro Stunde ausgeführt wird.7. The method for producing a hard metal granulate according to one of claims 1 to 6, characterized in that the grinding is preferably carried out in the attritor with a viscosity of the wet sludge in the range between 2,500 to 8,000 mPas with an at least 4 to 8 times volume exchange per hour ,
8. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach einem der8. Method for producing a hard metal granulate according to one of the
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser vor dem Nassmahlen und/oder Sprühtrocknen ein Antioxidationsmittel auf Basis von Aminverbindungen zugegeben wird.Claims 1 to 7, characterized in that an antioxidant based on amine compounds is added to the water before wet grinding and / or spray drying.
9. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallgranulates nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat im Austrittsbereich -3- des Sprühturmes -1- auf eine Temperatur von maximal 75°C abgekühlt wird und unmittelbar nach Entnahme aus dem Kühlturm rasch auf Raumtemperatur abgekühlt wird.9. A method for producing a hard metal granulate according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the granulate in the outlet area -3- of the spray tower -1- is cooled to a temperature of maximum 75 ° C and immediately after removal from the cooling tower Room temperature is cooled.
10. Sprühtrocknungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 10. Spray drying system for performing the method according to one of claims 1 to 9.
1. Gesinterte Hartmetalllegierung , hergestellt unter Verwendung eines1. Sintered carbide alloy made using a
Hartmetallgranulates welches nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist. Hard metal granules which is produced according to one of claims 1 to 9.
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