SE455577B - Anleggning for framstellning av metallpulver innefattande ett mellankerl - Google Patents

Description

15 20 25 30 455 577 heller är den försedd med någon slussanordning. Förvånans- värt nog tillföres det smälta aluminiumet en öppen trans- portbehållare via en likaledes öppen ränna.

Till teknikens ståndpunkt hör också metallpulveranläggnin- gar, vid vilka en ytterligare gastät kammare är direkt an- ordnad på kammaren för pulverframställning. I den gastäta kammaren finns mellankärlet och smältanordning, varigenom en skyddande atmosfär kan upprätthàllas i såväl området för smältanordningen som i kammaren för pulverframställ- ning (DE-OS 15 58 370 och DE-OS 23 08 061). Sådana metall- pulveranläggningar har dock en avsevärd bygghöjd enär det bör bemärkas, att redan kammaren för metallpulverframställ- ningen har en höjd som är avhängig metallpartiklarnas fall- hastighet och den nödvändiga uppehållstiden fram till stel- ning. Som regel har sådana kammare en tornform eller sma- la, vertikala cylindrar med koniska ändpartier. Dessutom arbetar sådana anläggningar oekonomiskt, då smältanordnin- gens smältkapacitet är väsentligt större än kapaciteten hos den efterföljande kammaren för metallpulverframställ- ningen.

Till teknikens ståndpunkt hör även metallpulveranläggnin- gar, vid vilka stavformigt utgàngsmaterial omsättes i droppar genom kontinuerlig smältning, vilka droppar fin- fördelas exempelvis genom centrifugalkraften (DE-OS 25 28 999). Dylika anläggningar är att föredraga för hög- värdiga metaller med extremt höga renhetsfordringar.

Uppfinningens syfte är att anvisa en anläggning för me- tallpulverframställning enligt kravets l ingress, vid vil- kenšmetallsmältan bestående skyddas mot oxidation och/e1- ler gasupptagning och som har en förhållandevis ringa höjd och vid vilken smältanordningen även kan utnyttjas att beskicka ytterligare kammare för metallpulverfram- ställning. 10 15 20 25 30 455 577 Lösningen av det uppställda problemet sker enligt uppfin- ningen därigenom, att a) smältanordningen är omgiven av en andra kammare för upprätthållande av en icke oxiderande atmosfär, vilken kammare befinner sig pá avstånd från den första kam- maren, b) den andra kammaren är utrustad med åtminstone en sluss för in- och utslussning av mellankärlet, c) det som transportbehàllare utbildade mellankärlet är försett med ett lock för upprätthållande av en icke oxiderande atmosfär under transport och tömning i den för pulverframställning tjänande första kammaren, d) den andra kammaren är utrustad med medel för att lyfta av locket för mellankärlets fyllningsprocess.

Med anläggningen enligt uppfinningen är den fördelen för- bunden, att kammaren för framställning av metallpulvret och smältanordningen kan lösgöras från varandra och där- med kan också smältanordningen användas även för andra ändamål, exempelvis för beskickning av minst en ytterli- gare kammare för metallpulverframställning. Genom att ut- forma mellankärlet som transportbehållare, och icke enbart som en slags "gjuttratt", i förbindelse med ett lock resp. medel för att upprätthälla en icke oxiderande atmosfär, blir det möjligt att skydda smältan mot oxidation och/el- ler gasupptagning, även om den är transporterbar över en längre sträcka. Samtidigt reduceras märkbart anläggningens höjd och följaktligen sker även kostnadsmässig minskning.

Ansökningsföremålet kan insättas vid alla förfaranden, där en kontinuerlig och diskontinuerlig smältström skall sönderdelas i metallpartiklar. Häri ingår också finför-' delningsförfaranden, där metallsmältan omvandlas i fina, smá droppar med hjälp av en eller flera gasstrálar, exem- pelvis centrifugalförfaranden och ultraljudförfaranden.

Ansökningsföremàlet arbetar särskilt fördelaktigt med ett 10 15 20 25 30 455 577 mellankärl, som enligt uppfinningen kännetecknas av att mellankärlet uppvisar ett metalliskt hölje, en keramisk, en degel bildande utmurning samt en mellan degel och hyl- sa anordnad första värmeisolering, och att mellan degeln och den första värmeisoleringen är anordnat ett keramiskt mellanskikt med ett flertal utmed omkretsen fördelade, ver- tikala, upptill öppna med i sidled tillslutna schakt, i vilka uppifrån medelst isolerhâllare motståndsuppvärmnings- element är införbara, vars undre uppvärmbara del är anord- nad på avstånd från schaktväggarna och vars övre, icke uppvärmbara del är omsluten av isolerhållaren.

Mellankärlet tjänstgör som transportbehållare. Transport- behållare tjänar mestadels icke endast - vilket framgår av namnet - för transport av smältan mellan två sektio- ner, utan även som förrádsbehàllare för smältan över en period, som bestämmes av tiden för tömning av behållaren.

Förràdsbehàllartiden kan därvid vara ansenlig, speciellt då utflödesmängden per tidsenhet är liten i förhållande till förrådet av smälta. Detta sakförhàllande är vid han- den särskilt vid framställning av metallpulver av smälta.

Pulverframställning ur flytande metall genom ett antal förfaranden hör även till teknikens ståndpunkt jämte här- för nödvändiga anläggningar.

Bàde transport och förrådshàllning av smältan förutsätter ett bestämt temperaturförlopp fram till förbrukningen av smältan. Att avstå från varje form av en senare uppvärm- ning fordrar en initial överhettning av smältan, som mäste vara större ju sämre transportbehàllarens isoleringsegen- skaper är. En överhettning ökar emellertid faran för ökad gasdpptagning samt exogena inneslutningar resp. en föri slitning av behållarens murade detaljer. Man försöker därför regelmässigt att värma upp behållaren.

En uppvärmning genom ljusbàgselektroder kräver en mycket konstruktiv uppbyggnad av behàllarlocket och kan - prak- 10 15 20 25 30 455 577 tiskt sett - icke genomföras pà transportbehàllare med lock. Lika svårt blir det vid induktiv uppvärmning av smältan. En yttre induktionsspole är visserligen enkel att anbringa och sköta men förutsätter dock ett icke fer- romagnetiskt hölje för behållaren eller åtminstone fält- permeabla fönster inom höljet. En inre induktionsspole medför värmetekniska problem, som måste lösas genom en intensiv kylning med höga energiförluster som följd. Även isoleringsproblem uppstår när transportbehållarens inre skall sättas under vakuum. En motståndsuppvärmning med i mur resp. keramisk massa inbäddade värmeledare med- för isoleringsproblem, enär de flesta för detta ändamål ifrágakommande keramiska massorna vid temperaturer över 100000 i ökande grad blir elektriskt ledande.

Samtliga hitintills använda uppvärmningsanordningar resp. -metoder har den nackdelen att de inte har tillräckligt stor värmematarkapacitet. Detta verkar negativt såtill- vida, som transportbehállaren under transportsträckan i allmänhet inte kan anslutas till elektriska ledningar.

Vid metallsmältor, som kan tillföras transportbehàllaren endast under vakuum och/eller skyddsgas, bortfaller i stor utsträckning möjligheten att elektriskt uppvärma trans- portbehállaren pà pàfyllningsstationen, vilken i allmän- het ligger inom en smältanläggning, som endast är till- gänglig via slussar. Vid sådana fall kommer för uppvärm- ningen sàledes blott den tidsperiod ifråga, under vilken transportbehållaren tömmes. För den resterande tiden av varje cykel står ingen uppvärmningsmöjlighet till förfo- gande, varigenom det föreligger risk för en avkylning av smäItan och transportbehàllaren.

I motsats därtill utgår uppfinningen därifrån att den mu- rade degeln och den mellan degel och behàllarhölje orien- terade värmeisoleringen dimensioneras pà traditionellt sätt. Det keramiska mellanskiktet är således adderat och 10 15 20 25 30 35 455 577 däruti finns ett flertal utmed omkretsen fördelade och på visst sätt orienterade motstàndsuppvärmningselement an- ordnade. På detta sätt skapas ett temperaturmaximum där dessa element är anbragta och även mellanskiktet antager en temperaturnivå som ligger över metallsmältans tempera- tur och väsentligt över höljestemperaturen. Temperaturen sjunker snabbt - utgående från mellanskiktet till hylsan, en effekt som är att återföra till den på motsvarande sätt dimensionerade värmeisoleringen. Temperaturgradien- ten från mellanskiktet över utmurningen resp. degeln till smältan förlöper på grund av den bättre värmeledningsför- mágan i de ifràgakommande byggelementen betydligt flacka- re. Värmeenergin flyter alltså från mellanskiktet med värmeelementen till metallsmältan och icke omvänt. Mel- lanskiktet uppvisar därvid funktionen av en hàlcylindrisk värmematare, i synnerhet om den består av ett keramiskt material med högt specifikt värme. Matarförmâgan per vo- lymenhet kan ytterligare höjas om material med hög tät- het användes. Såväl högtemperaturstenar för bärande konst- ruktioner som högeldfasta isolerstenar vilka besitter er- forderliga egenskaper är tillgängliga i handeln.

Genom placeringen av mptstàndsvärmeelementen i sidled slutna schakt ökar den matarvolym som står till förfogan- de och värmeövergången till degeln förbättras i motsats till exempelvis det kända anbringandet av sådana element i nischer. Mellanskiktets cylindriska inneryta underlät- tar dessutom underháll resp. utbyte av murade detaljer, som måste ske med bestämda intervaller. Genom avståndet mellan uppvärmningselement och schaktväggar undvikes iso- leringsproblem. Genom uppvärmningen av metallsmältan under dess förbrukning kan dess temperatur hållas på en' långt gående, konstant nivå. För framställning av metall- pulver genom en s.k. gasfinfördelning med ett trängt storleksfördelningsspektrum är detta särskilt viktigt, då smältans utflödesmängd är beroende av dess viskositet och denna viskositet är i sin tur beroende av temperatur- 10 15 20 25 30 455 577 nivån. Vid framställning av långtgående enhetligt metall- pulver måste särskilt beaktas att alla förfarandeparamet- rar hålls konstanta.

Det uppfinningsenliga mellankärlet är särskilt ägnat för framställning av metallpulver pà nickelbaserade legerin- gar, vilka kräver en temperatur av 1550 - 1650°C.

Med hänsyn till metallpulvrets trånga storleksfördelnings~ spektrum är det särskilt fördelaktigt att förse transport- behållarens lock med en gasanslutning för en tryckgas- källa. Vid avtagande fyllnadsnivå i behållaren kan man ge- nom motsvarande styrning av gastrycket ovanför smältan åstadkomma en kompensering av det hydrostatiska trycket vid botten resp. vid behållarens bottenöppning, så att per tidsenehet en konstant mängd smälta kan bringas ur behållaren.

Ytterligare fördelar med den nya anläggningen framgår av övriga underkrav.

Ett utföringsexempel skall här nedan beskrivas i anslut- ning till bifogade ritning, där fig. l visar schematiskt en komplett anläggning för me- tallpulverframställning, fig. 2 är ett vertikalsnitt genom ett mellankärl med en chargeföring, fig. 3 är ett horisontalsnitt i halv höjd genom föremålet i fig.2 samt dessutom förstorat.

I fig.l visas en första kammare 1, i vilken en anordning 2 för omvandling av en smältström till metallpartiklar är anbragt. I föreliggande fall handlar det om en anordning för finfördelning av tryckgas. Kammaren l har formen av en smal cylinder med en övre kondel la och en undre kon- del lb, vari metallpulvret uppsamlas. I kammaren 1 bil- das en icke oxiderande atmosfär antingen medelst en skydds- 10 15 20 25 30 455 577 gas eller medelst en vakuumpump. Den första kammaren 1 sträcker sig från en referansplattform 3 nedåt.

Ett mellankärl 4 stöder sig mekaniskt på plattformen 3 och detta mellankärl är utbildat som transportbehållare och därjämte är det vakuumtätt förbindbart med kammarens 1 övre ände. Mellankärlet 4 har en lockdel 5 med en mani- pulatorknapp 6. Vid förbindningsstället mellan kammaren 1 och mellankärlet 4 besitter sistnämnda en tillslutbar bottenöppning (fig.2) medelst vilken en fin metallstràle kan tillföras kammaren 1 koaxiellt. Detaljerna kring fin- fördelnings- och stelningsförfarandet tillhör en i och för sig känd teknik varför en närmare redogörelse härför inte krävs.

Mellankärlet 4 är höjdbart medelst en kranvagn 7 och en därpå anordnad kabelvinsch 8 och ett redskap 9 samt är horisontellt förflyttbart på skenor 10, vilka för fràn den första kammaren l till en andra kammaren ll, i vil- ken en smältanordning 12 är anordnad. Denna smältanord- ning består av en induktivt uppvärmbar vippdegel 13, som från sitt smältläge kan svängas till positionen l3a. I den andra kammaren ll_är jämväl en icke oxiderande atmos- fär framställbar, antingen genom skyddsgas och/eller va- kuum.

Den andra kammaren ll är utrustad med en sluss 14, som vid båda ändarna är försedd med slussventiler 15 och 16.

Vid slussens 14 tak 17 finns en drivanordning 18 i form av en manipulator för upplyftning av locket 5 för mellan- kärlets 4 fyllprocedur. För transport genom slussventi- lerna 15 och 16 till den andra kammaren ll och tillbaka) anbringas mellankärlet 4 på en transportvagn 19, som är förflyttbar till kammaren ll på skenor 20.

Vid utövning av den på ritningen visade anläggningen för- fares pà följande sätt: Tippdegeln 13 förses först med 10 15 20 25 30 455 577 en förutbestämd mängd 21 av en metall eller metallegering som smältes. Därefter föres ett mellankärl 4 efter mot- svarande föruppvärmning in i slussen 14 medelst transport- anordningarna och slussen evakueras därefter. Locket 5 lyftes medelst redskapet 18 och mellankärlet 4 styrs efter öppning av slussventilen 16 in i kammaren 11. Därefter bringas degeln 13 till läget l3a och mellankärlet 4 fylls med smälta. För att underlätta denna fyllning finns en ränna 22.

Efter fyllningsprocessen transporteras mellankärlet 4 tillbaka till slussen 14 där locket 5 sätts pá. Efter ven- tilens 15 stängning, tryckutjämning av slussen 14 och öpp- nandet av slussventilen 15 kan mellankärlet 4 föras ut i det fria, där det hämtas upp av vagnen 7 medelst redskapet 9 och transporteras i pilens 23 riktning mot den första kammaren 1. Efter tömning av mellankärlet resp. efter smäl- tans omvandling till pulver, transporteras mellankärlet 4 tillbaka i pilens 24 riktning mot smältanordningen 12, där den ovan beskrivna proceduren upprepas.

I fig. 2 visas det som transportbehàllare tjänande mellan- kärlet 4, som är utrustat med en tillslutbar bottenöpp- ning 32. Mellankärlet 4 har ett väsentligen rotationssym- metriskt tvärsnitt, d.v.s. gräns- och beröringsytorna hos alla väsentliga detaljer är utbildade som kon- eller cy- linderytor och som cirkelringsytor, vilka är riktade kon- centriskt mot en tänkt vertikalaxel. I ett av stálplát bestående cylindriskt hölje 33, som uppvisar två diamet- ralt anordnade bärtappar 34, är en degel 35 anordnad, vil- ken är framställd genom utmurning och som har en metall- smälta 36. Degeln 35 består av stenar av högvärdig alumi- nium- eller magnesiumoxid och uppvisar nedtill bottenöpp- ningen 32, som bildas genom en konisk urtagning i en häl- sten 37. Den vilar på en bottenplatta 38, genom vilken en avsmalnande fortsättning av hålstenen 37 är förd. 10 15 20 25 30 455 577 10 Degeln 35 är först omgiven av ett mellanskikt 39, som lika- ledes är uppmurat av högtemperaturfasta stenar och vars vertikala begränsningsytor 40 och 41 utgöres av cylinder- ytor. I det inre av mellanskiktet 39 finns i mitten och ekvidistant fördelade på omkretsen ett flertal åt alla sidor samt även nedåt slutna schakt 42 med ungefär kvad- ratiska tvärsnitt. Mera i detalj ligger schaktväggarna 43 i radialplanen och schaktväggarna 44 i koncentriska cylin- derytor (fig.3).

I schakten 42 finns samma natal motstándsuppvärmningsele- ment 45 med hàrnàlsform och som vid de övre, förtjockade ändarna är införda i isolerhàllare 46. Genom förtjocknin- gen bildas en övre, väsentligen ouppvärmbar del, under det att resterande av motstándsuppvärmningselementen är uppvärmbara till vitvärme. Sådana element är tillgängliga på marknaden. Av fig.2 och 3 farmgàr, att motståndsupp- värmningselementen 45 på alla sidor har ett tillfredsstäl- lande avstånd från schaktväggarna 43 och 44. Medelst iso- lerhàllarna 46 är elementen 45 införda uppifrån i de på detta ställe vidgade schakten 42.

De yttre ändarna av elementen 45 är isolerade mot hylsan 33 över radiella ledare 47 och vakuumgenomföringar 48.

Anslutningsledare 49 tjänar som strömförsörjare. Vid övre änden har hylsan 33 en ringformig fläns 50, från vilken sträcker sig nedåt en cylindrisk skyddskrage 51 för vaku- umgenomföringen 48.

En tätning 52 vilar på den ringformiga flänsen 50 till- sammans med lockets 5 lockfläns 53, varvid locket 5 upp- visar förstyvningsribbor 55, i vilka bäröglor 56 är an- ordnade. Under locket 5 finns en cylindrisk krage 57 och en kalott 58, vilken är försedd med en andra värmeisole- ring 59 av keramiskt material. Genom locket 5 är en gas- anslutning 60 förd, vilken är förbunden med en icke visad tryckgaskälla (argon). Medelst tryckgaserna kan metall- 10 15 20 25 30 455 577 ll smältans 36 yta styras och sättas under ett sådant tryck, att avtagande hydrostatiskt tryck vid sjunkande smältyta kompenseras. I en förgrening till gasanslutningen 60 lig- ger en övertrycksventil 61, vilken är omgiven av den hål- formiga manipulatortappen 6.

Den andra värmeisoleringen S9 skjuter in något nedåt i mellanskiktet 39"och ansluter sig direkt till degelns 35 övre cirkelformiga begränsníngsyta 62. Mellanskiktet 39 är omgivet av en första värmeisolering 64, vilken utgöres av en yttre murdel 65 av värmeisolerande material samt av en värmeisolerande fiberplatta 66, exempelvis kaolinull, vilken är bockad att bilda en hálcylinder. Pâ detta sätt uppnås en god värmeisolering av mellanskiktet 39 relativt hylsan 33.

Hylsan 33 är vid den undre kanten försedd med en stödfläns 67, medelst vilken mellankäriec 4 kan bringas i kontakt med ett underlag. Inom stödflänsen 67 är en, relativt den- na, ovanför orienterad tätningsfläns 68 koncentriskt an- ordnad, och vilken sistnämnda vakuumtätt är fäst vid under- kanten av en cylindrisk krage 69. Tätningsflänsen 68 och kragen 69 begränsar ett utrymme 70, som över en ledning 7l kan evakueras när transportbehàllaren anbringas på en motsvarande tätningsyta, exempelvis metallpulveranläggnin- gens tätningsfläns.

Bottenöppningen 32 mynnar i utrymmet 70 över ett endast schematiskt antytt skjutorgan 72, vilket är utrustat med en kalibrerad utloppsöppning 73 för den smälta som skall finfördelas och med en inloppsöppning 74 för en spolgas.

I organets 72 visade ändläge är utloppsöppningen 73 för: bunden med bottenöppningen 32, så att smältan kan flyta ut exakt doserad. I ett läge för organet 72 är inlopps- öppningen 74 tillsluten. Denna är över en ledning 75 och en ventil 76 förbunden med en spolgaskälla 77 (argon), som är lösbart fäst vid mellankärlet 4 och som kan trans-

Claims (9)

10 15 20 25 30 455 577 12 porteras med detta, så att en spolgasström kan upprätt- hållas genom inloppsöppningen 74 när organet 72 förskju- tes ät höger och orienteras i det slutna läget. I detta läge ligger inloppsöppningen 74 i flukt med bottenöppnin- gen 32, så att sistnämnda genom spolgasströmmen kan häl- las fri från något stelnad smälta. Mellan organet 72 och hálstenen 37 med bottenöppningen 32 finns ytterligare en hàlplatta 78 som tjänar som anslag för skjutorganet 72. Hela skjutanordningen omges av ett likaledes endast sche- matiskt visat läge 79. P a t e n t k r a v

1. l. Anläggning för framställning av metallpulver ur me- tallsmälta, innefattande en första kammare med en anord- ning för omvandling av en smältström till först flytande, därefter fasta metallpartiklar i en icke oxiderande atmos- fär, ett med den första kammaren (1) förbindbart och i denna tömbart mellankärl (4) med tillslutbar bottenöpp- ning (32), samt en smältanordning (12) för fyllning av mellankärlet med metallsmälta, k ä n n e t e c k n a d därav, att _ a) smältanordningen (12) är omgiven av en andra kammare (ll) för upprätthållande av en icke oxiderande atmos- fär, vilken kammare (ll) befinner sig på avstånd från den första kammaren (1), b) den andra kammaren (ll) är utrustad med åtminstone en sluss (14) c) det som transportbehàllare utbildade mellankärlet (4) är försett med ett lock (5) för upprätthållande av en för in- och utslussning av mellankärlet, ícke oxiderande atmosfär under transport och tömning' i den för pulverframställning tjänande första kamma- ren (1), d) den andra kammaren (ll) är utrustad med medel (18) för att lyfta av locket (5) för mellankärlets (4) fyll- ningsprocess. 10 15 20 25 30 455 577 13

2. Anläggning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att medlen (18) för avlyftníng av locket (5) är anordnade i slussen (14).

3. Anläggning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att mellankärlet (4) uppvisar ett metalliskt hölje (33), en keramisk murad degel (35) samt en mellan degel och hölje anordnad, första värmeisolering (64), och att mellan degeln (35) och den första värmeisoleringen är an- ordnat ett keramiskt mellanskikt (39) med ett flertal ut- med omkretsen fördelade, vertikala, upptill öppna med i sidled tillslutna schakt (42), i vilka uppifrån medelst isolerhállare (46) motstàndsuppvärmningselement (45) är införbara, vars undre uppvärmbara del är anordnad på av- stånd från schaktväggarna (43,44) och vars övre, icke uppvärmbara del är omsluten av isolerhàllaren (46).

4. Anläggning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att mellanskiktet (39) består av samma material som degeln (35).

5. Anläggning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att mellankärlets (4) lock (5) är utrustat med en gasanslutning (60) för en spolgaskälla (77).

6. Anläggning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av, att en fast spolgaskälla (77) är tillordnad mellan- kärlet (4).

7. Anläggning enligt kraven 3 och 6 med en genom en för- skjutbar anordning tillslutbar bottenöppning i mellan- kärïet, bara anordningen (72) är utrustad med såväl en utlopps- k ä n n e t e c k n a d därav, att den förskjüt- öppning (73) för smältan (36) som med en inloppsöppning (74) för spolgasen, varvid i anordningens (72) ena änd- läge utloppsöppningen (73) för smältan kommunicerar med degelns (35) inre och i dess andra ändläge inloppsöppnin- gen för spolgasen kommunicerar med degelns (35) inre. 10 455 577 14

8. Anläggning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att mellankärlets (4) metalliska hölje (33) ned- till är försett med dels en yttre stödfläns (67), dels med en relativt stödflänsen uppåt förskjuten inre tät- ningsfläns (68), medelst vilken mellankärlet kan gastätt orienteras på en komplementär tätningsfläns till den förs- ta kammaren (1).

9. Anläggning enligt kraven 3 och 8, k ä n n e t e c k- n a d därav, att tätningsflänsen (68) omger bottenöpp- ningen (32) och att utrymmet inom tätningsflänsen är eva- kuerbart.