SE452861B - Sett vid framstellning av sferiska granuler av metallsmelta medelst korsande magnetiska och elektriska felt och anordning herfor - Google Patents

Description

452 861 vid vilket metall reduceras från oxider, salter eller andra för- eningar, dels ett sprutningsförfarande, vid vilket en metall- smälta sprutas medelst roterande skivor, anordningar av slutar- typ eller skovlar och smälta metallstänk kyles under tillhanda- hållande av granuler, dels ett skakförfarande, som grundar sig på att en i ett kärl med hål placerad metallsmälta utsättes för in- verkan av en kolv, som bringas att utföra svängningsrörelser, och dels ett elektromagnetiskt förfarande, vid vilket granuler av me- tall framställes genom att smält metall utsättes för inverkan av elektromagnetiska krafter.

Oavsett man disponerar över ett sådant stort antal förfaranden för framställning av granuler av metall uppfyller inget av dessa kän- da förfaranden samtliga krav, dvs man kan medelst dessa förfaran- den inte framställa granuler med likadan form och - vad som är det huvudsakliga - med lika storlek isynnerhet granuler av metaller med låg ytspänning.

För att kunna framställa en granulerad produkt med lika granul- storlek klassas (sorteras) de medelst nämnda kända förfaranden framställda partiklarna, varvid man från den totala massan av gra- nulerat halvfabrikat med s.k. polyfraktionell partikelstorleksför- delning väljer partiklar med önskad form och storlek. De återstå- ende (icke standariserade) partiklarna utsättes i regel för upp- repad behandling, varvid dessa partiklars andel utgör 0,5-0,75 av utgångsproduktens vikt.

Det bör dessutom observeras, att samtliga kända förfaranden (utom det elektromagnetiska förfarandet) för framställning av granuler av metall kräver komplicerad processutrustning exempelvis drivan- ordningar, som erfordrar mycket hög energiförbrukning.

Genom att det elektromagnetiska förfarandet för framställning av granuler av metall erfordrar enklare processutrustning jämfört med de andra kända förfarandena, har det på senare tid funnit en stän- digt ökande användning.

Ett förfarande för framställning av granuler av metallsmälta är känt (jämför exempelvis det sovjetryska uppfinnarcertifikatet 485 824), vid vilket man av metallsmältan formar en fri stråle 452 861 (en fri ström), utsätter denna för inverkan av ett elektromagne- tiskt fält och kyler de så bildade granulerna, varvid den smälta metallen - i och för intensifiering av förloppet - utsättes för inverkan av ett pulsat elektromagnetiskt fält, innan den smälta metallstrålens formning påbörjas. I Oavsett detta kända elektromagnetiska förfarande ger bestämda för- delar, b1.a. erfordrar enkel processutrustning, kan man emellertid, såsom den praktiska erfarenheten visar, med detta förfarande inte framställa granuler av metall med lika storlek.

En anordning för framställning av sfäriska granuler (kulor) av smält metall är känd (jämför exempelvis det sovjetryska uppfinnar- certifikatet 532 472), vilken innefattar dels en behållare för smält metall med på dess vägg anordnade munstycken och dels en mekanism för finfördelning av smälta metallstrålar, vilken utgöres av i behållaren för smält metall anordnade induktorer. Behållaren för smält metall utgöres av en tippbar blandningsanordning.

Förutom att denna kända anordning har bestämda kännetecknande kon- struktiva särdrag bygger den på ett förfarande för framställning av granuler av metall, vid vilket man av smältan formar en fri strâle, som utsättes för inverkan av ett elektromagnetiskt fält i och för alstrande av en tryckkraft på metallsmältan, varigenom smälta metalldroppar strömmar ut genom munstyckena under bildande av partiklar genom kylning och stelnande av dropparna.

Denna kända anordning gör det möjligt att framställa sfäriska granuler (kulor) av metall med i det närmaste lika storlek och form. Den praktiska erfarenheten har emellertid visat, att det är mycket komplicerat att med denna anordning framställa sfäriska granuler med lika storlek av metall, som uppvisar låg ytspänning, vilket förmodligen härrör från att den ström, som användes för alstrande av det elektromagnetiska fältet för att trycka på me- tallsmältan, är sinusformad.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sådant förfarande och en sådan anordning för framställ- ning av granuler av smält metall, som gör det möjligt att fram- ställa granuler med lika storlek och likadan form genom att en fri 452 86¶ smält metallstråle vid ett utströmningsställe för denna utsättes för inverkan av elektrodynamiska krafter, vilkas frekvens är lika den smälta metallstrålens sönderdelningsresonansfrekvens.

Uppfinningen avser således ett sätt vid framställning av sfäriska granuler av metallsmälta, som strömmar ut genom runda öppningar, varvid smältan är utsätt för korsande magnetiska och elektriska fält för att utpressa droppar av smälta genom öppningarna, inbe- gripande kylnings- och kristallisationssteg för dropparna, vilket sätt kännetecknas av att 0 - de magnetiska och elektriska fältens fältstyrkevektorer är orto- gonala med avseende på smältans flödesriktning genom öppningarna, för uppnående av ett varierbart tryck i smältan vid öppningarna - de magnetiska och elektriska fälten varieras periodiskt och va- riationernas frekvens inställes lika med frekvensen för självsön- derdelning av strålar'bildade vid utströmning av strålar bildade vid utströmning av smälta genom öppningarna - vâgformen för tryckändringen inställes över en period av det mag- netiska fältet och elektrisk ström drives genom smältan genom när- varo av ett elektriskt fält i ändamål att generera variabla elekt- romagnetiska krafter i smältan - vilka krafter ändras periodiskt i enlighet med en kurva, vars partier av ökning, minskning till ett maximalt negativt värde och återgång till ett nollvärde utgör respektive 0,6 till 0,7; 0,1 till 0,2 och 0,2 till 0,3 av perioden för de nämnda krafterna.

Att på metallsmältan inverka medelst nämnda elektromagnetiska kraf- ter, som ändras inom gränserna för svängningsperioden enligt kur- van med nämnda avsnitt för ökning, minskning och återgång till noll- värdet, gör det möjligt att framställa granuler med regelbunden sfärisk form och med lika storlek av metaller med låg ytspänning.

Förfarandet enligt uppfinningen genomföres medelst en anordning för framställning av granuler av metall, vilken innefattar ett kärl för smält metall, som är försett med en ringformad sluten ka- nal utformad med ett parti med öppningar, vilket parti är anordnat i en luftspalt i en elektromagnet, vars lindning är elektriskt kopp- lad till en sinusströmkälla, vilken anordning kännetecknas av att -._í_.... _. _ .__ _...._...._--__.-f . . 452 861 den innefattar en med den slutna kanalen omgiven induktor, en käl- la för elektrisk ström med rektangelformad form, en styrenhet och en mättningsdrossel, varvid mättningsdrosseln är inkopplad i serie i kretsen för elektromagnetens lindning, medan styrenhetens ingån- gar är kopplade till sinusströmkällans utgångar och dess utgång är kopplad till ingången hos rektangelströmkällan, vars utgång är ansluten till induktorns lindning.

Den så utformade anordningen gör det möjligt att alstra växlande elektrodynamiska krafter, vilka inverkar på den smälta metallen med den fria smälta metallstrålens självsönderdelningsfrekvens och änd- ras under en enda perïod enligt en kurva, vars avsnitt för kraftök- ning, för kraftminskning till negativa värden och för återgång till nollvärdet har en varaktighet, som utgör 0,6 - 0,7; 0,1 - 0,2 resp. 0,2 - 0,3 av perioden hos en enda svängning hos de elektromagnetiska krafterna. Det ärett sådant lagbundet samband för ändring av de elektromagnetiska krafterna, som vid förfarandet enligt uppfinningen möjliggör framställning av sfäriska granuler med lika storlek av metallsmältor med låg ytspänning.

Sinusströmkällan kan vara frekvensmässigt reglerbar.

Härigenom kan de elektromagnetiska krafternas frekvens göras lika med den s.k. självsönderdelningsfrekvensen för den smälta metall- strålen, varför granuler med lika storlek kan framställas.

Det är lämpligt att mättningsdrosseln är styrbar.

Detta gör det möjligt att ändra formen hos kurvan över den elektro- magnetiska flödestätheten och härigenom säkerställa regelbunden sfärisk partikelform vid övergång från den ena partikelstorleken till den andra.

Det parti av kanalen, som är anordnat i luftspalten i elektromag- neten, kan dessutom isoleras elektriskt och ges formen av en slinga, vars båda löpdelar medelst sina sidoytor anligger mot varandra, var- vid slingan företrädesvis placeras i elektromagnetens luftspalt på ett sådant sätt, att den genom kanalen gående elektriska strömmens riktning är vinkelrät mot de elektromagnetiska krafterna, som upp- träder i elektromagnetens luftspalt. 452 861 Detta eliminerar eventuell växelverkan mellan det av magneten alst- rade magnetfältet och magnetfältet från den elektriska, av induk- torn inducerade strömmen i kanalen, vilket underlättar korrektio- nen av formen hos de partiklar, som tillhandahålles, vid övergång från den ena partikelstorleken till den andra.

Det är lämpligt att de löpdelar av kanalslingan, som befinner sig i luftspalten i elektromagneten, är utformade med rektangelformat tvärsnitt, varvid långsidan hos vardera löpdelarnas tvärsnitt är belägen i planet för öppningarna.

Detta gör det möjligt att minska luftspalten i elektromagneten.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifoga- de ritning, på vilken'fig. 1 schematiskt visar anordningen enligt uppfinningen för framställning av granuler av smält metall, fig. 2 visar ett snitt längs linjen II-II i fig. 1, fig. 3a, b och c visar kurvor över den elektriska strömmen I, den magnetiska flödestäthe- ten B och de elektromagnetiska krafterna F och fig. 4a och b visar droppbildningsfaser, som motsvarar typiska avsnitt av kurvan över de elektromagnetiska krafterna.

Anordningen för framställning av granuler av smält metall innefat- tar ett kärl (ett kar) 1 (fig. 1) för smält metall. Vid kärlet 1 är fäst en med detta förbunden ringformad kanal 2, som är utformad med ett parti 3 med öppningar 4, genom vilka smälta metallstrålar fritt kan strömma ut. Kanalens 2 parti 3 med öppningarna 4 är anordnat i en luftspalt i en elektromagnet 5, vars lindning 6 är elektriskt kopplad till en sinusströmkälla 7.

Anordningen enligt uppfinningen innefattar ytterligare en av kana- len 2 omgiven induktor 8, en rektangelströmkälla (en källa för elektrisk ström med rektangelformad form) 9, en styrenhet 10 och en s.k. mättningsdrossel 11. Mättningsdrosseln 11 är inkopplad i serie i kretsen för elektromagnetens 5 lindning 6. Styrenhetens 10 ingångar är kopplade till sinusströmkällans 7 utgångar och dess ut- gång är kopplad till en ingång hos rektangelströmkällan 9, vars ut- gång är ansluten till induktorns 8 lindning.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är sinusströmkällan 7 frek- vensmässigt reglerbar. 452 861 7 Enligt ännu en utföringsform av uppfinningen är mättningsdrosseln styrbar.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är utsidan hos kanalens 2 i elektromagnetens 5 luftspalt anordnade parti 3 (fig. 2) försedd med en elektrisk isolering 12, varvid partiet 3 har formen av en slinga (en ögla) 13, som har tvâ löpdelar 14 och 15, vilka med sina sidoytor gränsar till varandra. Kanalens 2 slin- ga 13 är så anordnad i luftspalten i elektromagneten 5 (fig. 2 och 3), att den elektriska strömriktningen är vinkelrät mot riktningen för elektromagnetiska krafter i elektromagnetens 5 luftspalt, när den i kanalen 2 befintliga smälta metallen får genomflytas av en elektrisk ström I.

I ännu en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen har ka- nalens 2 löpdelar 14 och 15 rektangelformat tvärsnitt, varvid en långsida 16 hos kanalens 2 varje del 14, 15 med rektangelformat tvärsnitt ligger i ett plan för öppningarna 4.

Anordningen fungerar på följande sätt.

Sinusspänningen från källan 7 påtryckes elektromagnetens 5 lindning 6 genom mättningsdrosseln 11. Kretsen genomflytes av en växelström I (fig. 1), vars form bestämmes av mättningsdrosselns 11 och elekt- romagnetens 5 parametrar. Strömmen alstrar ett magnetiskt växelfält B i elektromagnetens 5 luftspalt. Formen hos en kurva över den elektromagnetiska flödestätheten É'bestämmes av mättningsdrosselns 11 och elektromagnetens 5 parametrar.

Sinusspänningen från källan 7 matas dessutom till styrenheten 10, som är avsedd att fungera som en förinställningsenhet för rektan- gelströmkällan 9. Källan.9 matar induktorn 8, som inducerar en rektangelformad elektrisk ström I i den ringformade kanalen 2.

Riktningen för strömmen I, som går genom den 1 kanalens 2 slinga 13 befintliga smälta metallen, är vinkelrät mot en vektor för den elektromagnetiska flödestätheten É och mot centrumlinjen för kana- lens 2 centrumöppning, En elektromagnetisk kraft É, som uppträder utefter centrumlinjen för kanalens 2 centrumöppning, kommer att vara proportionell mot produkten av momentanströmvärdet i den ring- formade kanalen 2 och den elektromagnetiska flödestätheten i elekt- romagnetens 5 spalt (fig. 3a, b och c). 452 861 Inverkan av den elektromagnetiska växelkraften Fhpå den smälta metallen resulterar i att den partiklarnas form bestämmande ut- strömningshastigheten för metallsmältan även blir variabel. I de fall, när intervallen för avsnitten av kurvan över den elektromag- netiska kraften'É skiljer sig från de som visas i fig. 3, får de partiklar, som tillhandahålles, inte sfärisk form. I fig. 4b visas droppbildningsfaser, som motsvarar olika avsnitt av kurvan över variationen i de elektromagnetiska krafterna É'(fig. 4a). När des- sa krafter ökar från noll till ett positivt maximivärde, vilket utgör 0,6 - 0,7 av perioden, strömmar den smälta metallen ut från öppningen, samtidigt som en sfärisk yta hos den smälta metalldrop- pens främre parti formas i öppningens mynning (utloppshål).

Under den nästföljande fasen, som utgör 0,1 - 0,2 av perioden, mins- kar de elektromagnetiska krafterna till ett negativt maximivârde, varigenom metalldroppens bakre sfäriska del formas. Under den tred- je, slutfasen, som utgör 0,2 - 0,3 av periodtiden, stoppas smältan aktivt i öppningen, varför droppen avlöses samtidigt som den bibe- håller sin sfäriska form.

Uppfinningen belyses närmare nedan i följande utföringsexempel.

Exempel 1 Man framställer jakthagel av en metallegering, som innehåller 98% Pb och 2% Sn.

Legeringen har följande fysikaliska egenskaper: densitet 11,29 . 103 kg/m3 elektrisk ledningsförmåga (konduktivitet) 0,89 . 106 mho.m (siemens per meter) ytspänning smälttemperatur (smältpunkt) effektförbrukning typ av elektrisk ström strömfrekvens matningssystem strömstyrka i smältan 0,38 - 0,42 N/m eo2°K Framställningen sker under följande processförhållanden: 3 - 4 kW sinusformad växel- ström SO Hz trefas 120 A _ __,._:i_-. , ___...:___._..-.-_ 452 sei 9 magnetisk flödestäthet 0,2 - 0,3 T (tesla) legeringens temperatur 680°K kylbetingelser fritt fall i ett 30 m djupt schakt partikelstorlek 2 mm (vid en ström- frekvens av S0 Hz) andel av partiklarna med förutbestämd storlek 96% kapacitet (verkningsgrad) 250 kg/h.

I kärlet 1 och följaktligen i kanalen 2 ihälles en metallsmälta, vars temperatur_är med 20-25°K högre än legeringens smältpunkt.

Sedan matningsspänningen pâtryckts induktorn 8 och elektromagneten 5, observerar man droppbildningsförloppet vid ljus från en inte visad stroboskoplampa. Genom att medelst ett manöverbord för den elektriska strömkällan 9 reglera strömmens kurvform säkerställer man att partiklarna får den förutbestämda sfäriska formen.

De framställda partiklarna kyles och stelnar samtidigt som de fritt faller neitill ett inte visat schakt, i vars bottendel granulerna uppsamlas in i en vattenfylld behållare.

Exempel 2 Man framställer granuler för lod av en metallegering innehållande 39% Sn och 61% Pb.

Legeringen har följande fysikaliska egenskaper: densitet 9,81 . 103 kg/m3 elektrisk ledningsförmåga 1,07 . 106 mho.m ytspänning i kylmediet 0,02 - 0,1 N/m smältpunkt 456°K partikeldiameter 2 mm.

Processparametrarna är desamma som i exempel 1 med undantag av att strömmen i metallsmältan är 1200 A och att kylmediet utgöres av en alkohollösning av kolofonium (25% kolofonium).

De framställda vätskeformiga partiklarna inmatas i ett inte visat, med en kylvätska (ett flussmedel) fyllt kärl. De stelnade granu- lerna avlägsnas från kärlet och torkas. 452 861 10 Exempel 3 Man framställer ett granulerat material av en aluminiumlegering, som legerats med magnesium, järn i koncentrationer, vilka är exem- pelvis dubbelt så höga som löslighetsgränsen.

Legeringen har följande fysikaliska egenskaper: densitet 2,8 . 103 kg/m3 elektrisk ledningsförmâga 2,4 . 106 mho.m (S/m) ytspänning 7 0,38 N/m smältpunkt 953°K.

Förloppet genomföras under följande betingelser: ' effektförbrukning 2 - 3 kW * munstyckenas innerdiameter 2,03 mm strömstyrka i induktorn 45 A strömstyrka i den smälta metallen 2300 A elektromagnetisk fältstyrka 0,2 T typ av elektrisk ström växelström 50-60 Hz partikeldiameter 2 mm kapacitet 200 kg/h.

Den i kärlet 1 och kanalen 2 införda smälta metallen omröres in- tensivt medelst de elektromagnetiska krafterna, varigenom den lik- formiga fördelningenaw grundämnena bibehålles. De från munstyckena utströmmande partiklarna inkommer i ett vertikalt, inte visat schakt med en uppåtgående kylgasström, vars hastighet är med 20-30% lägre än partiklarnas vandringshastighet.

Exempel 4 Under granuleringsförloppet övergår man från att framställa partik- lar med en diameter av d1 = 2 mm till att erhålla partiklar med en diameter av dz = 3 mm. Den använda legeringen samt processparamet- rarna motsvarar de enligt exempel 2. Öppningarnas innerdiameter do är 1,8 mm.

I detta syfte minskar man strömfrekvensen i sinusspänningskällan 7 med 452 861 11 _3 d2 3 /3 -ä- = \ -5- = 1,16 gånger, samtidigt som den tidsmässigt 1 genomsnittliga utströmningshastigheten för den smälta metallen hålles konstant.

För att finkorrigera partikelformen (inom gränserna för + 5% 10% av den sfäriska partikelns diameter) ändrar man de elektromagne- tiska krafterna i den smälta metallen framför öppningarna 4 medelst den reglerbara drosseln 11. För de i exempel 2 angivna processpara- metrarna ökar man exempelvis drosselns 11 induktans från 1,3 ohm till 1,8 ohm.

Man kan alltså ändra såväl storleken som formen hos de partiklar, som'skall framställas medelst förfarandet enligt föreliggande upp- finning, dvs korrigera partikelformen tills partiklarna fått re- gelbunden sfärisk form.

Claims (6)

16 15 20 25 30 35 452 861 12 PâßeIltkIaV --

1. Sätt vid framställning av sfäriska granuler av metallsmäl- ta. som strömmar ut genom runda öppningar. varvid smältan är utsatt för korsande magnetiska och elektriska fält för att utpressa droppar av smälta genom öppningarna, inbegripande kylnings- och kristallisationssteg för dropparna. t e c k n a t k ä n n e - av att - de magnetiska och elektriska fältens fältstyrkevektorer är ortogonala med avseende på smâltans flödesriktning genom öpp- ningarna. för uppnäende av ett varierbart tryck i öppningarna; smältan vid - de magnetiska och elektriska fälten varieras periodiskt och variationernas frekvens inställes lika med frekvensen för självsönderdelning av strålar bildade vid utströmning av strå- lar bildade vid utströmning av smälta genom öppningarna: - vågformen för tryckändringen inställes över en period av det magnetiska fältet och elektrisk ström drives genom smältan genom närvaro av ett elektriskt fält i ändamål att generera variabla elektromagnetiska krafter i smältan; - vilka krafter ändras periodiskt i enlighet med en kurva. vars partier av ökning. minskning till ett maximalt negativt värde och återgång till ett nollvärde utgör respektive 0.6 till 0,7; 0.1 till 0,2: och 0.2 till 0.3 av perioden för de nämnda krafterna.

2. Anordning för framställning av granuler av metall. vilken innefattar ett kärl (1) för smält metall, som är försett med en ringformad sluten kanal (2) utformad med ett parti (3) med öppningar (4). vilket parti är anordnat i en luftspalt i en elektromagnet (5). vars lindning är elektriskt kopplad till en sinusströmkälla (7). nefattar en med den slutna kanalen (2) omgiven induktor (8), k ä n n e t e c k n a d av att den in- en källa (9) för elektrisk ström med rektangelformad form, en styrenhet (10) och en mättningsdrossel (ll). varvid mättnings- drosseln (ll) är inkopplad i serie i kretsen för elektromag- netens (5) lindning (6). medan styrenhetens (10) ingångar är 10 15 20 25 452 861 13 kopplade till sinusströnkällans (7) utgångar och dess utgång är kopplad till ingången hos rektangelströnkällan (9), vars utgång är ansluten till induktorns (8) lindning.

3. Anordning enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a d av att sinusströnkällan (7) är frekvensnassigt reglerbar.

4. Anordning enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a d av att drosseln (ll) är styrbar.

S. Anordning enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a d av att partiet (3) av den slutna kanalen (2), anordnad i elektronag- netens (5) luftspalt, är elektriskt isolerad utefter dess ut- sida och har formen av en slinga (13). vars båda löpdelar (14. 15) medelst sina sidoytor gränsar till varandra. varvid sling- an (13) är anordnad i elektronagnetens (5) luftspalt på ett sådant sätt att den genon den slutna kanalen (2) gående elek- triska strönmens riktning är vinkelrät not riktningen för de elektromagnetiska. i elektronagnetens (5) luftspalt uppträdan- de krafterna.

6. Anordning enligt krav 5. k å n n e t e c k n a d av att den slutna kanalens (2) i elektronagnetens (5) luftspalt an- ordnade löpdelar (14. 15) har rektangelfornat tvärsnitt, var- vid vardera löpdelens långsida ligger i planet för öppningarna (4)-