DE2049458C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Metallgranulat und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallgranulat mit kugeliger oder länglicher Kornform durch Ausschleudern einer Metallschmelze vermittels Zentrifugalkraft, bestehend aus einem ganz oder teilweise hohlen und mit im wesentliche» ra 'ial verlaufenden Bohrungen versehenen Rotationskörper, der von oben antreibbar ist und mit seinem eine axiale Bohrung enthaltenden unteren Ende unter den Badspiegel in einen Schmelzenbehälter eintauchbar ist. Sie bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.

Der Bedarf an Meiallgranulaten ist in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Metallgranulate werden z. B. in der Pulvermetallurgie als Metallpulver zur Hersteilung von Formkörpern, in der chemischen Industrie als Katalysatoren, i%der Stahlindustrie zur Desoxidation und EntschwefeUwg sowie zum Bleien von Automatenstählen verwandt Außerdem werden aus Metatlgranulaten durch Walzen bzw. Strangpressen Halbzeuge hergestellt mit z. T. ganz ne&en Eigenschaften.

Solche Granulate werfen beispielsweise durch Verdüsen mit Gasen und Flüssigkeiten sowie durch Ausschleudern aus Schmelzen unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft hergestellt Nach der deutschen Patentschrift 923 104 sowie der USA-Patentschrift 2 994 102 wird z. B. in einen aufrecht stehenden, nach oben offenen, rotierenden, gelochten Tiegel kontinuierlich Schmelze eingegossen und durch die Bohrungen abge-

schleudert Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Schmelze schon beim Vergießen in dem rotierenden Tiegel mit der Atmosphäre reagiert wodurch Oxidhäute oder Schlacken gebildet werden, die nach kurzer Betriebszeit die Bohrungen im Tiegel verstopfen. Eine kontinuierliche Produktion ist auf diese Weise nicht möglich. Legierungen auf der Basis von Metallen, die mit der Atmosphäre heftig reagieren, wie z. B. Magnesium, können nach diesem Verfahren nicht verarbeitet werden, da sich die Schmelze schon beim Eingießen in den Tiegel entzündet; außerdem schwanken die Korngrößen der Granulate, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, außerordentlich stark, da sich die Bohrungen in dem gelochten Tiegel ständig verkleinern. Außerdem ist es verfahrensmäßig sehr schwierig, den rotierenden Tiegel ständig mit der Schmelzenmenge zu beschicken, die durch die Bohrungen abgeschleudert werden kann. Ist der Zufluß flüssiger Schmelze zu klein, so frieri die Schmelze insbesondere in den Bohrungen ein und unterbricht damit den Granuliervorgang; fließt zuviel Schmelze in den Tiegel, so wird ein Teil derselben über den Rand des rotierenden Tiegels abgeschleudert und erstarrt zu Fladen, die die Qualität des erzeug ten Granulats beeinträchtigen.

In der deutschen Patentschrift 624 279 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überführung von verflüssigten Salzen, Laugen und ähnlichen Materialien in annähernd kugelförmige Granalien beschrieben. Zur Durchführung dieses Verfahrens benützt man einen nach unten konisch zulaufenden Siebtopf, der von der Oberseite her angetrieben wird und mit seinem unteren offenen Ende in eine konzentrierte wäßrige Salzlösung eintaucht. Durch die Rotation kriecht ein dünner Film der wäßrigen Salzlösung an der Innenseite des rotierenden konischen Tiegels bis zum Bereich der Lochungen hoch und wird dort ausgeschleudert. Nach diesem Verfahren und mit dieser Vorrichtung lassen sich mit der Atmosphäre reagierende metallische Schmelzen nicht verarbeiten, da die im Inneren des Rotationskörpers befindliche Luft mit der Schmelze reagiert und sehr schnell zum Verstopfen der Bohrungen mit Schlacke führt. Außerdem hätten die beschriebenen Vorrichtungen beim Verschleudern von Metallschmelzen den Nachteil, daß bei den erforderlichen hohen Drehzahlen das relativ groß dimensionierte, in die Schmelze eintauchende Unterteil des rotierenden Körpers die Schmelze im Vorratstiegel so stark in Rotation versetzt daß sich ein Trichter bildet und Luft angesaugt wird, wodurch die Förderung sofort unterbrochen wird. Metalle oder Legierungen mit hohem Schmelzpunkt lassen sich nach diesem Verfahren nicht verarbeiten, da die Wärmezufuhr aus dem Schmelzenvorratsgefäß über das relativ kurze, in die Schmelze eintauchende, dünnwandige Ansaugteil nicht ausreicht, um ein Ein-

frieren der Schmelze im Bereich der Lochungen zu verhindern.

.. In der deutsches Auslegeschrift I 285 098 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausschleudern von Metallschmelzen beschrieben, bei der die Schmelze s pitteis eines rotationssymmetrischen, um seine Längsachse umlaufenden und mit dieser senkrecht angeordneten Hohlkörpers, dessen unte-es Ansaugteil unter die Schraelzenoberfläche eintaucht, abgeschleudert wird. Der Hohlkörper ist stabförmig und weist an seinem unteren Ende eine zentrische Bohrung auf, de sich an ihrem oberen Ende in mehrere seitlich nach außen münde ide kleinere Kanäle verzweigt Trotz der großen Vorteile, die diese Vorrichtung aufweist, wie z. B. die Selbstzentrierung, die automatische Anpassung der angesaugten Schmelzenmenge im Verhältnis zur abgeschleuderten Menge, war jedoch eine kontinuierliche Produktion über längere Zeiträume nicht einzuhalten. Dies wurde, wie sich in der Praxis zeigte, dadurch hervorgerufen, daß die in den langgestreckten Kanälen fließenden Schmelzensäulen in den v_On der Rotationsachse weiter entfernten Bereichen auf Grund der stark zunehmenden Zentrifugalkräfte schon in den Kanälen in einzelne Schmelzenstücke zerrissen werden, wobei zwischen denselben ein Vakuum entsteht Nachdem nun ein Schmelzenteilchen den Kanal verlassen hat, strömt in das nachfolgende Vakuum Luft in den Außenteil der Bohrungen und reagiert innerhalb der Bohrungen mit der Schmelze unter Bildung von Oxiden, die sich z.T. an der Innenwand der Bohrung abscheiden und diese somit ständig verkleinern, bis es zum restlosen Verschluß kommt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine auch über längere Zeiträume kontinuierliche Produktion von Metallgranulat mit stets gleichmäßiger Korngröße möglich ist.

Dies wurde nun mit der in F i g. 1 veranschaulichten Vorrichtung erreicht. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Rotationskörper mit einem langgestreckten, rohrförmigen Unterteil (c), einem daran anschließenden, sich konisch erweiternden Mittelteil (b) und einem darüber befindlichen hohlzylinderförmigen Oberteil (a). wobei das Verhältnis des Innendurchmessers (c/i) zum Außendurchmesser (cfe) des Oberteils (a) größer als 0,33 ist und das Verhältnis des Innendurchmessers (Λ) des Unterteils (c) zum innendurchmesser (d\) des Oberteils (a) zwischen 0.2 und 0,5 liegt.

Diese Vorrichtung wird über die Achse 1 (F i g. 1) in Drehung versetzt, die an ihrem oberen Ende mit einem Motor verbunden ist; ihr unteres Ende ist im Deckelstück (3) des mit Ausnehmung versehenen Hohlzylinders (a) verankert.

Wenn diese Vorrichtung rotiert, steigt die Schmelze (10) durch die öffnung zum konischen Teil {b) auf und füllt den mit Kanälen (8) versehenen Hohlzylinder (a) und wird mittels Zentrifugalkraft durch die öffnung (6) abgeschleudert; dabei wird exakt die Schmelzenmenge, die aus den öffnungen (6) abgeschleudert wird, durch den langgestreckten Hohlzylinder (c) unterhalb der Oberfläche der Schmelze (10) wieder angesaugt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist das Verhältnis vom Innendurchmesser (d\) zum Außendurchmesser (ώ) des hohlzylinderförmigen Oberteils (a). Es wurde gefunden, daß bei einem Verhältnis (d\) zu (ώ) &5 von mehr als 0,33 das Aufreißen der Schmelzensäulen in den Kanälen (8) vermieden werden kann. Die Kanäle werden nicht mehr mit Schlacke verstopft, wodurch eine kontinuierliche Produktion gewährleistet ist Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht im Verhältnis des Innendurchmessers (cfe) des Unter* teils (c) zum Innendurchmesser (d\) des Oberteils (a). Bei einem Verhältais zwischen 0,2 and 03 ist gewährfei' stet, daß der Hohlraum im Oberteil (a) ständig bis weit über den Bereich der Kanäle (8) gefüllt ist, wodurch einerseits eine große Saugleistung erzielt wird und an* dererseits das Eindringen von Luft vermieden wird; außerdem wirkt der erweiterte Oberteil (a) als Beruhigungszone für die sehr schnell aufsteigende Schmelze, was sich, wie die Versuche zeigten, sehr günstig auf den hydrodynamischen Fluß der Schmelze auswirkt Die Strömung bleibt im wesentlichen laminar, and eine Wirbelbildung wird vermieden. Hierzu trägt vor allem auch das sich konisch erweiternde Mittelteil (b) bei.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei Schmelzen mit geringer Zähigkeit im konischen Mittelteil (b) Mitnehmerschaufeln (9) anzuordnen. Hierdurch wird erreicht daß die Schmelze im Inneren des Rotationskörpers praktisch mit derselben Geschwindigkeit rotiert wie der Rotationskörper selbst

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dann gegeben, wenn das hohlzylindrische Oberteil (a) ganz oder teilweise aus einem perforierten Blech, einem Sieb oder einem Netz besteht Hierdurch entfällt ein kostspieliges Bohren, und der Rotationskörper kann in der Praxis sehr schnell durch Auswechseln, z. B. einer netzförmigen Einlage, auf eine andere Granulatgröße umgestellt werden.

Bei der Herstellung langsamer erstarrender Metallteilchen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kanäle (8) im zylindrischen Oberteil (a) seitwärts nach oben zu richten. Verlassen die Kanäle (8) den mit Ausnehmungen versehenen Hohlzylinder (a) nahezu tangential, so können fadenförmige Teilchen (7) oder eine Art Wolle aus metallischen Schmelzen gewonnen werden. Im Falle von Blei wurde z. B. gefunden, daß diese »Whisker«- ähnlichen Fäden aus längeren einkristaliinen Stücken zusammengesetzt waren.

Weiterhin wurde gefunden, daß die Laufzeit der Vorrichtung im Dauerbetrieb noch erheblich gesteigert werden kann, wenn der rotationszylindrische Körper

(23) eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebsachse (1) besitzt, durch die während des Betriebs kleine Mengen eines inerten Gases, wie z. B. Argon oder Stickstoff, in den Raum (4) über der rotierenden Schmelzenoberfläche (5) in das Innere des mit Kanälen (8) versehenen, hohlzylindrischen Oberteils (a) eingeleitet wird. Bei die ser Verfahrensweise genügt eine nur geringe Gasmenge, um z. B. auch bei sehr stark mit der Atmosphäre reagierenden Schmelzen die öffnungen (6) sauber zu halten.

Um die kontinuierliche Produktion größerer Mengen Metallteilchen mit dieser Vorrichtung zu ermöglichen, wurde der unter dem Rotationskörper (23), F i g. 2, befindliche Schmelzenbehälter (21) über eine Rohrleitung

(24) mit einem größeren Schmelzengefäß (22) kommunizierend verbunden. Bei gleichmäßiger Beschickung des Schmelzenßefäßes (22) mit aufzuschmelzenden Barren wird der Schmelzenspiegel im Schmelzenbehälter (21) ständig auf gleicher Höhe gehalten, wodurch das Kornspektrum der erzeugten Metallteilchen in sehr engen Grenzen gehalten wird.

Ist eine kontinuierliche Produktion nicht erforderlich und soll nur ein größeres Schmelzgefäß leergesaugt werden, kann dies mit Vorrichtungen, wie in F i g. 3 und 4 veranschaulicht, durchgeführt werden. Durch Gas-

druck im abgeschlossenen Raum (32) oberhalb der Schmelze (33) wird die Schmelze (33) in dem mit einem verlängerten unteren Teil (c) versehenen Rotationskörper (23) hochgetrieben (F i g. 4). Während des Betriebes kann der Gasdruck wieder erniedrigt werden. In F i g. 3 ist gezeigt, wie die Schmelze in einem im Schmelzgefäß feststehenden Zylinder (34) durch Gasdruck so weit angehoben wird, daß der Rotationskörper (23) in Betrieb genommen werden kann. Zum Konstanthalten des Schmelzenspiegels im Zylinder (34) kann der Gasdruck durch einen im Oberteil des Zylinders (34) angebrachten elektrischen Kontakt geregelt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können nunmehr auch Schmelzen von reaktionsfreudigen Metallen, wie Magnesium und seinen Legierungen, im technischen Maßstab granuliert werden.

Früher war das Granulieren wegen der Gefahr eines Magnesiumbrandes in einem offenen rotierenden Tiegel und der Tendenz zum Verstopfen der Bohrungen in diesem Tiegel mit den Reaktionsprodukten der Schmelze mit der Atmosphäre äußerst problematisch.

Zur Granulierung wird die Schmelze aus reaktionsfreudigen Metallen wie Magnesium im Entnahmetiegel mit einer Schicht aus einem Abdecksalz, wie es beim Schmelzen von Magnesium und Feinen Legierungen benutzt wird, abgedeckt. Der langgestreckte Hohlzylinder (c) reicht nunmehr durch diese aufschwimmende Schicht von Abdecksalz und saugt die Schmelze unter ihrer Oberfläche ab. Die aufsteigende Schmebe hat nun keinerlei Kontakt mehr mit der sie umgebenden Atmosphäre, bis sie aus den öffnungen (6) in Form von Schmelzstrahlen austritt, die sich im freien Flug so schnell zu Tröpfchen zusammenziehen und erstarren, daß unterhalb eines bestimmten Durchmessers des resultierenden Granulats von z. B. 0,7 mm für Magnesium, die abgeschleuderten Schmelzenteilchen sich übe'rraschenderweise nicht mehr entzünden.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Granulate aus Metallen und Legierungen zeichnen sich durch eine völlig blanke, metallisch hochglänzende Oberfläche aus. Dies ist für die Weiterverarbeitung zu Halbzeug oder den Einsatz für Legierungszwecke von ausschlaggebender Bedeutung. So lösen sich blanke Bleigranulate sehr schnell in Stahlschmelzen. Die damit hergestellten gebleiten Stähle zeigen eine gleichmäßige und feine Bleiverteilung. Oberflächlich oxidierte Bleiteilchen lösen sich relativ langsam in der Stahlschmelze auf und führen zu Seigerungen des Bleis. ·

Mit Vorrichtungen gemäß der Erfindung, bei denen der Rotationskörper (23) nur einen Durchmesser von 3,5 cm aufwies und dessen Oberteil im Bereich der Kanäle (8) durch ein Sieb gebildet war, konnte bei einer Drehzahl von 18 000 Umdrehungen pro Minute ein Durchsatz von Bleischmelze von etwa 3 t/h erreicht werden. Das hergestellte kugelförmige Granulat hatte einen Teilchendurchmesser von weniger als 50 μιη und eignet sich besonders gut zur Herstellung dispersionsgehärteter Werkstoffe auf der Basis von Blei.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   J. Vorrichtung zur Herstellung von Metallgranulat mit kugeliger oder länglicher Kornform durch Ausschleudern einer Metallschmelze, bestehend aus einem ganz oder teilweise bohlen und mit im wesentlichen radial verlaufenden Bohrungen versehenen Rotationskörper, der von oben antreibbar ist und mit seinem eine axiale Bohrung enthaltenden unteren Ende unter den Badspiegel in einen SchmeUenbehäher eintauchbar ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper ein langgestrecktes, rohrförmiges Unterteil (c), ein daran anschließendes, sich konisch erweiterndes Mittelteil (b) und darüber ein hohlzylinderförmiges Oberteil (a) besitzt, wobei das Verhältnis des Innendurchmessers (cft) zum Außendurchmesser (c6) des Oberteils größer als 033 ist i«nd das Verhältnis des Innendurchmessers (db) des Unterteils (c) zum Innendurchmesser (cft) des Oberteils (a) zwischen 02 und 0.5 liegt
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das hohlzylindrische Oberteil (a) aus einem perforierten Blech, einem Sieb oder einem Netz besteht
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Oberteil (a) Kanüle (8) besitzt die seitwärts nach oben gerichtet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sich konisch erweiternde Mittelteil {b) innen mit Mitnehmerschaufeln (9) bestückt ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (23) eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebsachse (1) besitzt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der unter dem Rotationskörper (23) befindliche Schmelzenbehälter (21) über eine Rohrleitung (24) mit einem größeren Schmelzgefäß (22) kommunizierend verbunden ist.
7. 7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem oder, mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung von Schmelzen aus mit der Atmosphäre leicht reagierenden Metallen durch die Hohlwelle (1) ein Schutzgas in das hohlzylindrische Oberteil (a) eingeführt wird.