DE2057862A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Pulvers durch Verspruehen eines geschmolzenen Materials - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf solche Verfahren zur Herstellung von Pulver durch Versprühen von geschmolzenem Material, bei denen ein Strom des geschmolzenen Materials in sogenannter Atomisierung zu feinen Tröpfchen aufgebrochen wird, wenn er/hl t einem Versprühungsmittel,gewöhnlich einem Gas oder einer Flüssigkeit, in Berührung kommt, das unter hohem Druck in Strahlenform gegen den Strom gerichtet ist. Die Anforderungen an ein gepulvertes oder granuliertes Produkt schwanken mit dem Verwendungsgebiet. Die grundlegenden Eigenschaften des Pulvers werden durch seine chemische Zusammensetzung, die Gestalt der Pulverteilchen, das Korngrößenspektrum der Teilchen und deren MikroStruktur be-

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stimmt.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind in erster Linie zur Verwendung bei der Herstellung eines Metallpulvers, insbesondere eines Pulvers aus hochlegiertem Stahl, für die Herstellung von kompaktem Stahl durch Sinterung des Pulvers bestimmt. Naturgemäß kann jedoch die Erfindung auch bei der Herstellung anderer Pulverarten Anwendung finden. Bei der Herstellung solcher hochlegierten Stahlpulver werden di-e erwünschten Eigenschaften des Pulvers sowohl durch die für die Sinterung des Pulvers zu benutzende Methode als auch durch die gewünschten Eigensdaften der aus dem Pulver herzustellenden Stahlgegenstände bestimmt. Die vor allem verlangten Eigenschaften des Pulvers können, abgesehen von seinem Gehalt an Legierungsmaterial, wie folgt zusammengefaßt werden:

a) niddriger Sauerstoffgehalt, d. h. das Pulver soll an der Ober fläche nicht oxidiert sein (hochlegierter Stahl enthält normalerweise Legierungsbestandteil, die sehr beständige, schwer zu reduzierende Oxide bilden),

b) Teilchen von kugeliger Form mit einer glatten Oberfläche, d. h. ohne Blasen oder Hohlräume,

c) genaue Größenverteilung,

d) möglichst feine Mikto-struktur.

Wenn man unter den gegebenen Bedingungen Metallpulver nach den bisher benutzten Verfahren durch Versprühen oder Granulieren von geschmolzenem Metall herstellt, wird ein Strom des geschmolzenen

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Metalls dadurch aufgeteilt, daß man einen oder mehrere Strahlen eines geeigneten Granuliermittels, und zwar gewöhnlich eines Gases oder einer Flüssigkeit bzw. eines Gas-Flüssigkeitsgemisches vorzugsweise unter hohem Druck und einem spitzen Winkel gegen den Strom richtet, so daß dieser in feine Teilchen oder Tröpfchen aufgespalten wird, die aufgefangen werden, nachdem sie zu einem solchen Maße abgekühlt sind, daß sie sich verfestigt haben und eine solche Temperatur besitzen, daß keine Gefahr mehr besteht, daß die so gebildeten Metallteilchen zusammenkleben. Um die Metalltropfen ausreichend abzukühlen, sind häufig Anordnungen gebraucht wonfen, in denen das Pulver am Boden eines Flüssigkeitsbades aufgefangen wird ., das meistens aus Wasser besteht. Wenn jedoch das Granuliermittel Sauerstoff enthält, so führen solche Wasserbäder zur Oxidation der Metallteilchen an der Oberfläche, und ein·.solches Verfahren ist deshalb für die Herstellung von Pulvern solcher Substanzen ungeeignet, dfe schwer zu reduzierende Oxide bilden.

Zur Zuführung eines Verteilungsmittels gegen einen Strom geschmolzenen Metalls ist eine große Zahl verschiedenartig gestalteter Düsen vorgeschlagen worden,und die meistbenutzte Form dürfte diejenige sein, die den geschmol-zenen Metallstrom umt· gibt und entweder durch einen Ringschlitz oder durch eine Anzahl im Kreis angeordneter Düsenöffnungen das Zerkleinerungsmitifel inForm eines oder mehrerer Strahlen zuführt, die konisch gegen den geschmolzenen Metallstrom an einem oder an mehreren Punkten konvergieren.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Granulierung eines geschmolzenen Metalls in ein feines Pulver von extrem hoher Qualität zu schaffen, das mit ganz besonderen Vorteilen verbunden ist. Auch betrifft die Erfindung eine besondere Gestaltung für die Düse, durch die ein Zerkleinerungsmittel gegen einen Strom von zu granulierenden geschmolzenem Metallgerthtet wird.

Bei der Untersuchung verschiedener Wege zur Erzeugung von Metallteilchen mit Hilfe von Zerkleinerungsmittel, das in Form enger Strahlen gegen einen Strom geschmolzenen Metalls symmetrisch von mindestens zwei Seiten unter einem spitzen Winkel gegen den Iletallstrom gerichtet wird, hat sich gezeigt, daß es · nahezu unmöglich ist, zu vermeiden, daß das Metall in mehr oder weniger großem Ausmaß nach einer Seite und schwach aufwärts von dem flüssigen Metall geschleudert wird, Es ist auch festgestellt worden, daß diese Schleuderung oder Verdrallung des geschmolzenen Metallstromes während des eigentlichen Granuliervorganges für den Vorgang der Aufbrechung des Metallstromes in f-eine Tröpfchen schädlich ist, der zur Erzielung eines gleichförmigen feinkörnigen Pulvers erforderlich ist. Diese Verdrallung des Hetallstromes ergibt sich, weil man die Strahlen des Zerteilungs-•mittels nicht dazu bringen kann, daß sie sich genau in ihrem Schnittpunkt treffen. Vielmehr trifft der Metallstrom auf den einen oder anderen Strahl unmittelbar bevor die Strahlen einander treffen.

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Es wurde nun gefunden, daß das Granulierergebnis beträchtlich verbessert wird, wenn ein Strom des geschmolzenen Metalles,während er praktisch noch einen zusammenhängenden Strom darstellt, durch einen ersten Strömungsmittelstrahl abgelenkt wird, der das Metall zwingt, seine Richtung zu ändern und der Strahlrichtung zu folgen, sowie sich zu einer dünnen Shicht auszubreiten, die im wesentlichen auf der Oberseite des Strömungsmittelstrahles ruht, und dieser erste Strömungsmittelstrahl und das auf der Oberseite ruhende Metall durch einen zweiten Strömungsmittelstrahl in solchem Abstand von dem Schnittpunkt zwischen dem geschmolzenen Metallstrom und dem ersten Strömungsmittelstrahl geschnitten werden, daß die Richtungsänderung und Ausbreitung des Metalles praktisch vollständig ist, wobei der zweite Strahl die Metallschicht in einen Regen feiner Teilchen aufspaltet. Wahrscheinlich erfolgt die erwünschte Zerteilung zu freien Tröpfchen oder Teilchen hauptsächlich an der Ahtenkungsstelle zwischen dem geschmolzenen Metallstrom und dem ersten Strahl, wenn die ursprüngliche Gestalt und Richtung des Stromes verändert wird und das Metall kinetische Energie von dem Strömungsmittelstrahl aufnimmt. Diese kinetische Energie wird teilweise In Oberflächenenergie umgewandelt, wodurch der Metallstrom zumindest teilweise in Tropfen aufgespaltet wird, die so beschleunigt werden, daß sie auseinandergerissenverden: eine andere Umwandlung von kinetischer Energie in Oberflächenenergie tritt an dem Ablenkungspunkt mit dem zweiten Strömungsmittelstrahl auf, worauf das geschmolzene Metall und bereite gebildete Tröpfchen weiter aufgeteilt werden. Der zweite Strahl 1st auch insofern wichtig, als er die Teilchen als gleichmäßigen Regen oder Schleier von feinen Metallteilchen

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ausbreitet, was unter anderem den Abkühlvorgang erleichtert. Da der erste Strömungsmittelstrahl unter anderem zur Ausbreitung des geschmolzenen Metallstromes zu einer dünnen breiteren Schicht als der ursprüngliche Strom dient, muß also der erste Strömungsmittelstrahl beträchtlich breiter als der Metallstrom sein. Die Verbreiterung des Metallstromes bedeutet wiederum, daß der zweite Strömungsmittelstrahl noch breiter als der erste sein muß. Der zweite Strahl muß in jedem Fall breiter als der Metallstrom sein, so daß die Schmelze aus dem Metallstrom ihre Richtung verändern und sich selbst Über den Strömungsmittelstrahl an ihremSchnittpunkt mit dem ersten Strahl ausbreiten kann; der kürzeste Abstand von dieser Unterschneidung zur Unterschneidung mit dem ersten Strahl soll nicht weniger als das Doppelte der größten Breite (Durchmesser) des Metallstromes unmittelbar vor der Kreuzung mit dem ersten Strahl sein. Wenn der Abstand zwischen diesen Kreuzungspunkten zu kurz ist, ergibt eich ungefähr dasselbe wie bei Granuliervorrichtungei der vorstehend genannten Art, bei denen der totalIstrom die zwei Strömungsmittelstrahlen an ihrem Schnittpunkt echneiden soll,jedoch wegen der schlechten Zentrierung einen dieser Strahlen kurz vor dem Schnittpunkt der beiden Strahlen schneidet. Eine schlechte Zentrierung führt zu einer starken Erhöhung des Abfalls in Form von herausspritzenden Metal lteilchen, und die erhaltenen Teilchen haben äußerst unterschiedliche Größe.

Bei der vorstehend beschriebenen VersprUhung gemäß der Erfindung, bei der das geschmolzene Metall zu einer Richtungsänderung an

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zwei getrennten Ablenkpunkten gebracht wird, erreicht man das beste Ergebnis, wenn die Strömungsmittelstrahlen benutzt werden, die eine beträchtlich größere Breite als Dicke haben. Solche Strahlen erhält ran mit Hilfe von Schlitzdüsen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Metallstromes angeordnet sind und sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, so daß die -aus ihnen austretenden Strahlen unter einem Winkel gegen den Metallstrom gerichtet sind, Der Abstand zwischen den Ablenk-.punkten soll nicht so groß sein, daß das geschmolzene Metall Zeit hat zu erstarren, bevor die letzte Aufteilung eintritt, wenn die Schicht geschmolzenen Metalls durch den zweiten Strahl abgelenkt wird. Solche Tropfen, die bereits die gewünschte Größe bei Berührung mit dem ersten Strahl erlangt haben, kann man natürlich erstarren lassen, bevor sie mit dem zweiten Strahl in Kontakt treten, aber im allgemeinen dürfte es zweckmäßig sein, daß das gesamte zu zerkleinernde Material noch in flüssiger Phase vorliegt, wenn es den zweiten Strahl erreicht. Aus diesem Grunde soll im allgemeinen der längste Abstand zwischen den Schnittpunkten der Strömungsmittelstrahlen mit dem geschmolzenen Metall nicht größer sein als das 2Ofache der größten Breite des Metallstromes unmittelbar vor seiner Kreuzung mit dem ersten Strahl.

Im Hinblick auf die Metallteilchen, die während der Versprühung eines geschmolzenen Metallstromes herumspritzen, im wesentlichen gegen den Schnittpunkt der Strömungsmittelstrahlen gerichtet sind, eoll der Winkel zwischen den Strahlen und dem Metallstrom relativ klein und vorzugsweise zwischen 20 und 30 gehalten werden.

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Anderenfalls besteht die Gefahr, daß das Metall gegen die Strömungsmitteldüsen zurückgeschleudert wird und an diesen oder an den herumgesdaleuderten Metallteilchen anhaftet, was die Strömungsmittelstrahlen in gewisser Weise stört. Dies bedeutet einen ernsthaften Nachteil, da ein großer Winkel zwischen dem Metallstroin und den Strömungsmittelstrahlen sich günstig für die Beinflussung der Größe und Gleichförmigkeit der Teilchen erwiesen hat.

Aufgrund des Verfahrens nach der Erfindung kann der erste Strömungsmittelstrahl ungestört von dem zweiten und mit hoher kinetischer Energie arbeiten^und es wird möglich, einen Winkel zwischen dem geschmolzenen Metallstrom und dem ersten Strahl bis zu 60 zu gebrauchen.Auch wurde festgestellt, daß der erste Strömungsmittelstrahl einen Winkel von 30 bis 60°, vorzugsweise etwa 40 bis 45°, mit dem Metallstrom bilden soll, während der Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Strahl 25 bis 60° betragen soll. Es ist auch zu bemerken, daß der zweite Strahl keinen größeren Winkel als -10° zu dem Ursprungsstrom des geschmolzenen Metalles annehmen soll. Mit einem negativen Winkel ist gemeint, daß die Ausgangsrichtung des Metallstromes und die Richtung des zweiten Strahles divergieren. Die Winkel sind immer zwischen den Mittellinien oder Ebenen der Strahlen berechnet, die dieselbe Hauptrichtung haben. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, daß der zweite Strömungsmittelstrahl im wesentlichen parallel zur Ursprungsrichtung des Metallstromes ist, während der erste Strahl einen Winkel von 40 bis 45 mit dem Metallstrom bildet. Die zugelassenen negativen Winkel zwischen

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dem zweiten Strahl und dem Metallstrom dürften gewöhnlich nicht so vorteilhaft sein wie die paallele Richtung mit dem Metallstrom oder die zulässigen positiven Winkel. Die negativen Winkel führen zu einem längeren Abstand zwischen der Schnittstelle mit dem Metall und dem Auslaß der Düse, was wiederum bedeutet, daß der Strömungsmittelstrahl viel von seiner ursprünglichen kinetischen Energie verliert.

Bei den vorstehend beschriebenen Granulierverahren ist es wichtig, daß die Strömungsmittelstrahlen so scharf und genau begrenzt wie möglich sein sollen und daß der Abstand zwischen den Düsen für das Zerkleherungsmittel, das vorzugsweise aus einem inerten Gas, beispielswsdse Argon, best&t, und dem geschmolzenen Metall so kurz wie möglich ist, d. h. das Strömungsmittel soll eine möglichst hohe kinetische Energie haben. Breite und Dicke der Strömungsmittelstrahlen wie ihre Geschwindigkeit und ihr Volumen kann man ändern, indem man Breite und Weite der Düsenauslässe ändert und den Gasdruck in den Düsen regelt. Die Weite des geschmolzenen Metallstromes kann auch innherhalb gewisser Grenzen geändert werden. Mit Hilfe dieser Variablen und durch Änderung der Wirtel zwischen den Strahlen kann das Verfahren nach der Erfindung so eingeregelt werden, daß Teilchen gewünschter Gestalt und Größenverteilung erhalten werden.

Um möglichst dünne und scharfe Strömungsmittelstrahlen, jedoch von ausreichender Weite zu erhalten, sind besondere Schlitzöffnungen entwickelt worden. Gestalt und Richtung dieser öffnungen in Bezug auf den Metallstrom bilden ebenfalls einen Bestandteil

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der Erfindung. Die Schlitzöffnungen können entweder mit einem einzigen Längsschlitz,einer Anzahl geneigter Schlitze, die sich gegebenenfalls überlappen oder einem sägezahnartigen Schlitz versehen sein, Die Gestaltung dieser Schlitze ergibt sich aus den nachfolgenden Beispielen:

Der Durchmesser des geschmolzenen Metallstromes soll nicht zu groß, sein, er kann jedoch in gewissem Maße verändert werten, ohne die erzeugten Teilchen zu ändern, solange Geschwindigkeit und Volumen der Strömungsmittelstrahlen ebenfalls geändert werden.

Die Erfindung ist hauptsächlich zur Anwendung bei dfer Herstellung von Pulver aus hochlegiertem Stahl für Pulvermetallurgieprozesse entwickelt worden. Der Durchmesser des Stroms aus geschmolzenem Metall zur Peinzerteilung eines solchen Stahles soll in der Größenordnung von8mm liegen. Man kann natürlich eine große Zahl von Metallströmen aus einer Pfanne oder einem Gießkessel anordnen, Die Strömungsmittelstrahlen können dann eine solche Weite erhalten, daß sie mehrere Metallströme erfassen. Um ein höchstwertiges Pulver zu erhalten, werden die Teilchen zweckmäßig während freien Falles durch einen hohen Turm gekühlt, an dessen Spitae die Versprühdüsen angeordnet sind. Wenn die Teilchen mit einem festen Gegenstand in Berührung treten, bevor sie ausreichend erstarrt sind, können sie sich deformieren und nicht mehr die gewünschte Kugelform haben. Die Kühlung der Teilchen kann völlig oder teilweise in einer Wirbelschicht erfolgen. Vorzugsweise verwendet man Argon als Zerkleinerungsmittel,und die

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Teilchen sollen auch in einer Argonatmosphäre gekühlt werden, so daß man Teilchen erhält, die völlig fiei von Oxid sind. Das nach der Erfindung hergestellte Pulver hat sich als sehr hochwertig erwjesen und besitzt gleichförmige Teilchengröße von im wesentlichen runden Teilchen. Diese Tatsache ist von großer Bedeutung, wenn das Pulver nach Verdichtung gesintert wird. Gleichmäßige Teilchen erleichtern die Kompression, und sie sind daher günstig für die spätere Verwndung des Pulvers. Das gemäß der Erfindung hergestellte Pulver kann beispielsweise für die Drucksinterung von Pulverkörpern verwendet werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung warden nachstehend unterBezugnahme auf die Zeichnung erläutert und in Beispielen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Granuliereinrichtung nach der Erfindung,

tig. 2 1st ein Schnitt durch eine vertikale Abwandlung des Gerätes nach Fig. 1,

Fig. 3 zeigt im Schnitt einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4 bis 7 zeigen in verschiedenen Projektionen zwei Muster von Aufteilungsdüsen für Strömungsmittel,

,Fig. 8 zeigt, wie diese Düsen zueinander ausgerichtet sind,

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Fig. 9 faßt in schematischer Darstellung die zwischen den Strömungsmittelstrahlen und dem Metallstrom gebildeten Winkel zus ammen.

Das Versprühgerät der Fig. 1 besitzt eine Granulierkammer 1, die beispielsweise aus nicht rostendem Stahl gefertigt sein kann. Wenn die Teilchen während ihres Falles genügend Zdt zur Abkühlung haben sollen, muß diese Kammer ausserordentlich hoch sein. Die bei dem nachstehend beschriebenen Versuch benutzte Granulierkammer war 8 m hoch. Um eine niedrigere Kammer benutzen zu können, ist die Vorrichtung nach Fig. 1 an ihrem unteren Ende mit einer Wirbelschicht 2 versehen, welche die Suspensionszeit der Teilchen künstlich verlängert. Diese Wirbelschicht 2 wird durch mehrere Argonstrahlen gebildet, die in das untere Ende der Kammer 1 durch mehrere Gaseinlässe 41 eingeführt werden Die Einlasse 41 liegen auf einem Ring um die Wirbelschicht. Rings um den unteren Teil der Kammer und die Wirbelschicht 2 befindet sich ein wassergekühlter Mantel 3, der mit einem Wassereinlaß 38 und einem Wasserauslaß 39 versehen ist. Dieser Wasserkühl-mantel kann auch die gesamte Granulierkammer umschliessen. Um die Kühlbedingungen in der Kammer 1 zu verbessern, kann diese auch mit Innenkühleinrichtungen und einer inneren Gaszirkulation ausgerüstet sein, Während des Granuliervorganges soll die •Kammer 1 mit einem inerten Gas, z. D. Argon gefüllt sein, das auch zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht benutzt wird, so daß eine Oxidation an der Teilchenoberfläche ausgeschaltet ist. In der Wand der Kammer ist ein Gasauslaß 42 für Uberschußgas an-

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geordnet. Die fertigen Teilchen werden unter der Wirbelschicht durch ein Drehventil 40 entfernt. Die eigentliche Granuliereinrichtung befindet sich an der Oberseite der Kammer 1 und besteht aus einem mit geschmolzenem Metall gefüllten Tiegel 4 mit einem Abstichloch 5,durch das ein Strom geschmolzenen Metalls zwischen zwei Düsen 6 und 7 ausfließt. Diese Düsen 6 und 7 sind gerade Schlitzdüsen, die sich praktisch parallel zueinander in einer Ridtung senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken. Die Gestalt der öffnungen kann abgewandelt werden, und sie kann beispielsweise eine übliche De Laval-Form haben,d.h. der Düsenauslaß erweitert sich von einem inneren engeren Querschnitt, so daß die Gasgeschwindigkeit in der Düse zunimmt. Fig. 3 zeigt Düsen vom De Laval-Typ.

Die Düsen 6 und 7, die durch die Leitungen 8 und 9 mit Hochdrackargon gespeist werden, sind in solcher Weise gestaltet und geribhtet, daß die Düse 6 einen Argonstrahl unter einem Winkel von ungefähr 45° auf den Metallstrom leitdt, so daß der Strom in Richtung des Argonstrahles abgelenkt wird, und er wird dann von einem anderen Argonstrahl geschnitten, der von der Düse 7 praktisch parallel zur ursprünglichen Richtung des Metallstromes gerichtet ist. Der Metallstrom wird so in einen Schleier 10 aus freien Teilchen aufgespalten, die auf ihrem Wege durch die Kammer 1 und die Wirbelschicht 2 gekühlt und durch das Ventil 40 entfernt werden,

Die Granuliervorrichtung nach Fig. 2 besteht aus einem mit geschmolzenem Metall gefülltenIlegel H, und das Metall wird durch

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ein Abstichloch 12 unter Bildung eines Metallstromes abgegeben, der im wesentlichen zumindest nahe der Pfanne horizontal ist. Um die Gießöffnung befinden sich zwei Argondüsen 13 und 14 von praktisch derselben Art wie die Düsen 6 und 7 der Fig. 1 . Durch die Düse 13 wird ein Argonstrahl unter Hochdruck gegen den Metallstrom unter einem Winkel von 45° zu letzterem gelenkt. Der Metallstrom wird so in Richtung des Argonstrahles abgelenkt und dann von dem zweiten Argnnstrahl getroffen, der durch die Düse 14 praktisch parallel zur Richtung des Metallstromes am Auslaß aus der Pfanne gerichtet ist. Auf diese Weise wird das geschmolzene Metall unter Bildung eines Schleiers 15 aus freien Teilchen aufgeteilt, die auf ihrem Wege durch die Granulierkammer 16 gekühlt werden. Die Anwendung eines horizontalenStromes von geschmolzenem Metall mit geeigneter Ausrichtung und passendem Druck für die Zerkleinerungsmittel bedeutet, daß die Granuliervorrichtung sich in der Länge ätatt in der Höhe, erstrecken kann, was in einigen Fällen zweckmäßig sein kann. Die Granulierkammer 16 ist mit einer gekühlten gekrümmten Oberfläche 17 versehen, auf der die Teilchen, die nicht in der Lage sind, suspendiert zu bleiben, zum tiefsten Punkt 18 der Kammer herabrollen können, ohne daß sie merklich beschädigt werden. An der niedrigsten Stelle 18 werdaidie fertigen Teilchen mittels eines Schneckenförderers 4 3 entfernt. Hier kann auch eine Wirbelschicht angeordnet sein, um die Abkühlung der Pellets noch weiter zu unterstützen. Die Kammer 16 ist auch mit einem Auslaß 44 für überschüssiges Argon versehen.

Fig. 3 zeigt genauer eine Düsenkonstruktion für die Zufuhr von

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Granuliermittel, in diesem Fall Argon, zu einem geschmolzenen Metallstrom. Diese Düsenvorrichtung kann sehr gut bei einer Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2 benutzt werden. Fig. 3 zeigt einen Teil einer Platte 19, die raus Stahl oder dergleichen gefertigt sein kann und in der sich ein Loch 20 für den geschmolzenen Metallstrom und zwei Kanäle 21 und 22 für die Argonzufuhr zu den Düsen 23 und 24 befinden, die an der Platte angebracht sind. Die Düsen können an der Platte durch Schweißen oder mittels Schraubbolzen befestigt sein. Zwischen den Kanälen 21 und 22 und den Innenseiten der Düsen sind Verbindungskanäle eingebohrt. Die Gießpfanne ist auf die den Düsen gegenüberliegende Seite der Platte 19 zu setzeni In der Zeichnung ist die angenommene Ursprungshauptrichtung des Gußstromes durch eine strichpunktierte Linie 25 angedeutet. Die Düsen 23 und 24 werden durch einen Schlitz 26 bzw. 27 gebildet, der in die Kante der Düse eingeschnitten ist.Die Schlitze 26 und 27 erstrecken sich senkrecht zur Zeichnungsebene und sind durch Deckplatten 28 bzw. 29 abgedeckt, die sich auch senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken. Die Platten 28 und 29 sind mit Einschnitten 30 und versehenr Wenn die Deckplatten auf die Schlitze 26 und 27 aufgepaßt werden, bilden die Einschnitte 30 und 31 enge Spalte für Druckargon. Der Schlitz 30 ist in der Länge größer als der An fangsdurchmesser des Metallstromes, und der Schlitz 31 ist länger als der Schlitz 30. Die Deckplatten 28 und 29 können an den Ventilkörpern durch nicht dargestellte Bolzen angebracht sein,

Fig. 4 und 5 bzw. Fig. 6 und 7 zeigen in waagerechter und senkrech-

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ter Projektion Düsen einer etwas anderen Bauform.

Fig. 8 zeigt zwei Düsen dieser Art in Seitenprojektion, und zwar gegeneinander gerichtet. Die Düsen bestehen aus 2 Teilen 34 und 35, in die ein an dem einen Ende offener Schlitz eingeschnitten worden ist. Die Teile 34 und 35 sind entlang einem Teil ihrer Kante sägezahnartig. Wenn ein Teil 34 und ein Teil 35 aufeinandergepaßt werden, so daß die Einschnitte einen sich in Längsrichtung der Düse erntreckenden Kanal bilden, kann man an der Verbindungsstelle zwischen den Teilen einen sägezahnartigen Spalt 36 (Fig. 4 und 5) oder auch eine Anzahl schräg liegender Spalte 37 (Fig. 6 und 7) erhalten. Um einen Spalt zu erhalten, müssen natürlich die sägezahnartigen Kantenteile eine Gesamthöhe haben, die etwas geringer als die anderen Kantenbereiche ist. Die erhaltene Spaltart hängt davon ab, wie die Teile 34 und 35 aufeinandergesetzt sind.

Fig. 9 zeigt die Größe der verschiedenen Winkel, die der Strom des geschmolzenen Metalls und die Strömungsmittel miteinander bei dem Verfahren nach der Erfindung bilden, ohne daß die erhaltene Pulvermenge oder die Funktion des Gerätes gefährdet ist. Offensichtlich hat der Metallstrom einen bestimmtenDurchmesser, der gewöhnlich in der Größenordnung von 8 mm liegt, un-d die Strömungsmittelstrahlen sind ziemlich breit, während möglichst dünne und enge Strahlen anzustreben sind. Die Kerne der Fließmittelstrahlen enthalten jedoch die Hauptmenge des Strömungsmittels und sind relativ konzentriert. In der Zeichnung sind die verschiedenen Strahlen durch ihre Mittellinien bzw, ihre Mittelebenen wie-

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dergegeben, und in der folgenden Erörterung betreffen die Winkel das Verhältnis zwischen diesen Mittellinien oder Mittelebenen die angegeben sind. Die Strömungsmittelstrahlen werden aus zwei Schlitz-Öffnungen der bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 7 beschriebenen Art erhalten, und es ist angenommen, daß die Strdien in einer Ebene senkrecht zu der Zeichnungsebene am weitesten sind, d. h. die Düsenöffnungen sind ähnlich denjenigen bei den Vorrichtungen nach Fig. 1 und 3, und zwar parallel zueinander, jedoch derart, daß sie die Strömungsmittelstrahlen unter einem solchen Winkel zueinander leiten, daß sie einander schneiden.

Ein Strom T des geschmolzenen Metalls wird während des Falles durch einen Strömungsmittelstrahl Λ abgelenkt, der den Winkel a mit dem Metallstrom bildet. Wie schon erwähnt, hat sich gezeigt, daß dieser Winkel a zwischen 30 und 60° schwanken kann. Diese Begrenzungen für die Richtung des ersten Strömungsmittelstrah-les A sind in Fig. 9 mit A¹ und A¹' angezeigt. Die Begrenzungen des abgelenkten Metallstromes, der zu gewissem Grade bereits aufgeteilt worden ist, sind mit T¹ und T¹' bezeichnet. Auf einem Abstand von der Ablenkstelle zwischen dem Metallstrom T und dem ersten Strömungsmittelstrahl, der nicht kleiner als der doppelte Durchmesser des Metallstromes ist, wird der abgelenkte Metallstrom wiederum abgelenkt, und zwar dieses Mal durch einen zweiten Strömungsmittelstrahl B auf der andern Seite des Metallstromes von dem Strahl A. Wie schon erwähnt, kann dieser Abstand jedoch nicht so groß sein, daß die Schmelze Zeit hat, in solchem Ausmaß zu erstarren, daß die letzte Zerteilung verhindert ist. Die Strömungsmittelstrahlen A und B bilden also einen Winkel b miteinan-

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der. Dieser Winkel kann aufgrund der getroffenen Untersuchungen zwischen 25 und 60 schwanken, und die Grenzen,innerhalb deren die Richtung des Strahles B verändert werden kann, sinö mit B¹ und B¹ ' angedeutet. Der Winkel zv/ischen der ursprünglichen Richtung des Metallstromes T und dem zweiten Strömungsmittelstrahl B soll jedoch nicht kleiner als -10 sein; negaive Winkel bedeuten , daß der Strahl B dieselbe Richtung wie der Strahl Λ in Bezug auf die Ausgangsrichtung des Metallstromes hat, d.h. die Richtung des Strahles B und die ursprüngliche Richtung des Metallstromes divergieren. Dies bedeutet, daß ein Teil des Bereiches, innerhalb dessen der Winkel b schwanken kann, weiterbegrenzt ist. Der Winkel -10 iä: in der Zeichnung angedeutet. Der Bereich, in welchem die Strahlen Λ und B verändert werden können, ist schraffiert dargestellt.

Die vorstehend angegebenen Grenzen für die Winkel zwischen dem geschmolzenen Metallstrom und dem ersten Strömungsmittelstrahl und zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsmittelstrahl sind festgelegt, weil ein zu großer Winkel zwischen den Strömungsmittelstrahlen und der Schmelze bedeutet, daß die Teilchen zu stark gegei die Düsen zurückgeschleudert werden mit der Gefahr, daß sie sich verstopfen. J e kleiner der Winkel zwischen dem Abstichstrom und dem Strömungsmittelstrahl ist, desto rascher wird die Schmelze von ihrem Wege herausgestoßen und damit verhindert, daß sie zurückgeschleudert wird. Wenn der Winkel jedoch zu klein ist, werden die erzeugten Teilchen zu grob und unregelmäßig sein. Grundsätzlich begrenzen dieselben Gründe den Winkel zwischen den beiden Strömungsmittelstrahlen. Der negative Winkel

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zwischen dem Metallstrom und dem zweiten Strömungsmittelstrahl ist vermutlich im allgemeinen nicht sehr zweckmäßig, weil er unter anderem Anlaß zu einem zu großen Abstand zwischen den Düsen der beiden Strahlen und den Schnittpunkten der Strahlen gibt. Um die gewünschten, genau definierten und scharfen Strömungsmittelstrahlen zu erzielen, muß der Abstand zwischen den Düsen und den Schnittpunkten der Strahlen mit der Schmelze natürlich so kurz wie möglich gehalten werden.

Um einen Strahl oder Strom aus geschmolzenem Material von elliptischem Querschnitt zu erzeugen, soll der Tiegel für geschmolzenes Material eine Auslaßöffnung von elliptischem Querschnitt haben. Diese elliptische öffnung soll jedoch nicht zu eng sein, weil sonst die Gefahr besteht, daß das geschmolzene Material in der öffnung erstarrt. Jeder Flüssigkeitsstrahl, der eine Düse von einer willkürlichen Querschnittsgestalt verläßt, hat das Bestreben, seilen Querschnitt zu einem Kreis zu verändern. Der für diese Veränderung erforderliche Abstand hängt von dem Druck des geschmolzenen Materials und deshalb bei dem Verfahren der Erfindung von der Höhe der Masse des geschmolzenen Materials in dem Tiegel ab. Es ist daher zweckmäßig, daß der elliptische Materialstrahl den ersten Versprühungsstrahl so,bald wie möglich treffen soll, nachdem er die elliptische Fourn des Materialstrahles von einem Kreis zu einer Ellipse verlassen hat und sich so orientiert, daß die Längsachse der Ellipse senkrecht zur Fließrichtung des Strahles des Versptühungsmittels steht. Der ellipsenförmige Querschnitt des Materialstrahles macht es möglich, die erforderliche Menge an Versprtihungsmittel zum Versprühen einer gegebenen Menge

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von geschmolzenem Material zu vermindern. Bei einer gegebenen Menge geschmolzenen Materials und einer gegebenen Menge an Versprühungsmittel wird die Veränderung von einem kreisförmigen auf einen elliptischen Querschnitt des Materialstrahles zu kleineren Teilchen des anfallenden Pulvers führen. Kleinere Teilchen erstarren rascn/in der Versprühungskammer als größere Teilchen, und diese sind den größeren Teilchen für viele Zwecke überlegen.

Gemäß einer AusfUhrungsform der Erfindung ist es möglich, die Leistung einer Pulvererzeugungsvorrichtung dadurch zu erhöhen, daß man zwei oder mehrere Ströme oder Strahlen aus geschmolzenem Material dicht nebeneinander anordnet und diese mittels eines einzigen Paares von Versprühungsdüsen, wie oben beschrieben, fein zerteilt, Dieser Weg der gleichzeitigen Versprühung von zwei oder mehr Strahlen geschmolzenen Materials wird dadurch ermöglicht, daß die Versprühdüsen leicht mit einer großen Breite und kleiner Dicke hergestellt werden können. Infolgedessen kann man zwei oder mehr Strahlen geschmolzenen Materials auf eine der Hauptoberflächen eines einzigen Strahlea aus dem Versprühnngsmittel auftreffren lassen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, 'die Leistung einer Pulvererzeugungseinrichtung dadurch zu steigern, daß man den Querschnitt der Auslaßöffnung des Tiegels verändert. Dies ist auch aus einem anderen Grunde zweckmäßig, nämlich weili der Strahl geschmolzenen Materials so heiß wie möglich sein soll, wenn er auf den ersten Versprüungsstrahl trifft.

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Beispiel 1

Die bei dem Versuch verwendete Vorrichtung entsprach im wesentlichen der Darstellung der Fig. 1 . Im unteren Teil der Versprühkammer wurde jedochkeine Wirbelschicht verwendet. Die Höhe des Turmes betrug 8 m. Der Versuch wurde zwecks Versprühung von Schnellschnittstahl mit eiaem vertikalen Abstichstrom verwendet. Die Düsen für das Versprlihmittel hatten schlitzförmige öffnungen, wobei der engste Teil des Schlitzes 0,60 mm war. Auf einem Düsenteil war der Schlitz 20 mm lang und um 30 mm von der Mittellinie versetzt. Der Gasstrahl bildete einen Winkel von 40° mit der Senkrechten. In der anderen Düse war der Schlitz 40 mm, lang, die öffnung war um 32 mm von der Mittellinie versetzt,und der Gasstrahl war senkrecht. Das kreisförmige Abstichloch für die Schmelze hatte einen Durchmesser von 8 mm und ergab ein Ausflußverhältnis von 45 kg Stahl je Minute. Als Versprühmittel wurde Argon verwendet. Der Argondruck, gemessen in der Zufhrleitung vor der Düse betrug in diesemFalle 15 atm für beide Düsenteile. Der Druck in der Düse war deshalb etwas niedriger. Der gesamte Gasverbrauch betrug 5,5 Nm /min. Das auf diese Weise hergestellte Pulver bestand ausschließlich aus Kugelteilchen und lieferte nach der Siebung folgende Ergebnisse: Die Menge,die durch jedes Sieb ging, ist in Gew.-% angegeben.

Teilchengröße, /im	109824/7045	Gew.-I
44	6,0
61	10,7
74

104 36,8

175 50,5

200 68,2

315 89,7

400 97,6

500 100,0

Beispiel 2

Ein geschmolzenes Material wurde in einer Vorrichtung versprüht, die weitgehend ähnlich derjenigen nach Fig. 1 war. Beim ersten Versuch war die Austrittsöffnung des Tiegels kreisförmig und hatte einen Durchmesser von 6,5 mm. Beim zweiten Versuch war die öffnung elliptisch und hatte eine Längsachse von 10 mm und eine kurze Achse von 5 mm. Die lange Achse wurde senkrecht zur Fließrichtung des ersten Versprühstrahles oder mit anderen Worten parallel zu der Auslaßöffnung der Düse verlegt, welche den ersten Versprühstrahl lieferte. Es wurde gefunde, daß die Versprühleistung beim zweiten Versuch um 15% gegenüber dem Versuch l anstieg, und/zwar aufgrund der Tatsache, daß eine größere Menge geschmolzenen Materials durch die elliptische Auslaßöffnung in der Zeiteinheit floß. Die mittlere Teilchengröße des beim Versuch 2 erzeugten Pulvers war 11% kleiner als bei dem Versuch 1,

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Versprühen einer Schmelze,vorzugsweise einer Metallschmelze,durch Zerkleinerung eines Schmelzstromes durch Strömungsmittelstrahlen,beispielsweise Gas- oder Flüssigkeitsstrahlen oder Straften aus einem Gas-Fltissigkeits-Gemisch, die unter hohem Druck gegen den Strom geschmolzenen Materials gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Strömungsmittelstrahl, die beide aus demselben Versprühmittel bestehen und jeweils in ihrer eigenen Ebene ausgebreitet sind, von einander gegenüberliegenden Seiten auf den Strom gerichtet werden, so daB sie zwar im wesentlichen zusammenhängende Strahlen bilden, sich jedoch unter einem Winkel von 25 bis 60° schneiden, und daß der Strom aus geschmolzenem Material gleichzeitig gegen den ersten Strömungsmittelstrahl in solcher Weise geleitet wird, daß er zwar einen im wesentlichen zusammenhängenden Strom bildet, jedoch den ersten Strömungsmittelstrahl unter einem Winkel von 30 bis-6O°, vorzugsweise 40 bis 45°, in solchem Abstand von der Schnittstelle des ersten und des zweiten Strömungsmittelstrahles schneidet, daß mindestens der Hauptteil des geschmolzenen Materials Zeit hat, seine Richtung infolge des Einflusses der hohen kinetischen Energie des ersten Strömungsmittelstrahles zu ändern und so der Hauptrichtung dieses Strahles in Form einer Schicht von mindestens teilweise freigelegten Tröpfchen ausgebreitet - auf der Oberseite des Strahles zu folgen , be-

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   vor der Inhalt des Stromes in noch geschmolzenem Zustand die Schnittstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsmittelstrahl erreicht und dort schließlich in freie Tröpfchen fein aufgeteilt wird, die nach Erstarrung die erwünschten Teilchen darstellen.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Schnittstelle der Mittelinie des Stromes aus geschmolzenem Material mit der Mittellinie des ersten und des zweiten Strömungsmittelstrahles nicht kleiner als des 2-fache der größten Weite des Stromes aus geschmolzenem Material unmittelbar vor der Schneidung des ersten Strömungsmittelstrahles ist.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungsmittelstrahl breiter als die größte Breite des Stromes aus geschmolzenem Material unmittelbar voij der Schnittstelle mit dem Strömungsmittelstrahl und der zweite Strömungsmittelstrahl breiter als dieSdiicht aus geschmolzenem Material unmittelbar vor der Schnittstelle mit diesem Strahl ist.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen dem aeiten Strömungsmittelstrahl und dem Strom aus geschmolzenem Material nicht kleiner als -10 ist, wobei der negative Winkel bedeutet, daß der Strömungsmit-

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   telstrahl und die urprüngliche Stromrichtung des geschmolzenen Materials divergieren.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungsmittelstrahl mit dem Strom aus geschmolzenem Material einen Winkel von 40 bis 45° bildet, und der zweite Strömungsmittelstrahl praktisch parallel zu der Ausgangsrichtung des Stromes aus geschmolzenem Material ist.

   6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom aus geschmolzenem Material senkrecht fällt.

   7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom aus geschmolzenem Material im wesentlichen horizontale Richtunghat, wenn er von dem ersten Strömungsmittelstrahl getroffen wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Strömungsmittelstrahl verschiedene Gestalt, beispielswdse durch Verwendung von Sägezahndüsen und flachen Schlitzdüsen haben.

   9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelstrahlen unterschiedliche Geschwindigkeit haben, die eiistellbar ist.

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn-

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   zeichnet, daß mehrere Ströme geschmolzenen Materials nebeneinander angeordnet sind und die Strömungsmittelstrahlen solche Breitenausdehnung haben, daß sie gleichzeitig mehrere Ströme geschmolzenen Materials überdecken.

   11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Versprühung und Kühlung in einer inerten Atmosphäre z. B. in Argon erfolgen.

   12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelstiahlen aus Argonstrahlen von hoher Geschwindigkeit bestehen.

   . Vorrichtung zur Versprühung von geschmolzenem Material durch Zerkleinerung eines Stromes geschmolzenen Materials mit Strömungsmittelstrahlen, die unter Hochdruck gegen den Strom aus geschmolzenem Material gerichtet sind, nach einem de¹" Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Gießtiegel (4) mit mindestens einer Gießöffnung (5) und zwei Schlitzdüsen (6 und 7), die parallel zueinander zu beiden Seiten der Gießöffnung angeordnet sind, wobei die erste Düse (6) so zur Mittelachse der Gießöffnung ausgerichtet fet, daß die Mittelebene des Schlitzes mit dieser Achse einen Winkel von 30 bis 60° bildet, während die zweite Düse (7) so gerichtet ist, daß ihre Mittelebene mit der Mittelebene der ersten Düse einen Winkel von 25 bis 60° bildet»und daß die Mittellinie der Gießöffnung die Mittelebene der ersten Düse in einem Abstand von der Schnltt-

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   linie der Ebenen miteinander schneidet, der nicht kleiner als der doppelte Durchmesser der Gießöffnung ist.

   14. Verrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Schlitzdüsen (6und 7) sägezahnartig ausgebildet ist oder aus mehreren aneinander anschliessenden Teilschlitzen gebildet, die sich gegebenenfalls überlappen und zur Mittelebene des.Prl'litzes geneigt sind,

   15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse zwei Teile aufweist und die Schlitze in der Stoßverbindung zwischen diesen Teilen gebildet sind.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen der Schlitze als De Laval-Dtisen gestaltet sind.

   17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dan Strom oder Stahl aus geschmolzenem Material ein elliptischer Querschnitt erteilt und der Strom so ausgerichtet wird, daß die Längsachse der Ellipse sich im wesentlichen senkrecht zu der Fließrichtung des ersten Sprühstrahles erstreckt.

   18. Vorrichtung nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießöffnung(5) einen elliptischen Querschnitt hat und so ausgeriditet ist, daß die Längsachse der Ellipse parallel zur der

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   BAD ORlGiNAL

   Auslaßöffnung der Versprühdüsen (6 und 7) liegt.