DE2144220B2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von sauerstoffarmen metallpulvern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von sauerstoffarmen Metallpulvern durch Zerstäuben einer Metallschmelze mit einem nicht oxydierenden, reduzierenden oder neutralen Druckgas, wie Stickstoff, Argon od. dgl., bei dem die Schmelze als Gießstrahl einer Zerstäubungsdüse zugeführt und das zerstäubte Metallpulver in einem unterhalb der Düse angeordneten Zerstäubungsbehälter aufgefan-

gen und abgekühlt wird, wobei das Zuführen und Zerstäuben des Gießstrahles sowie das Auffangen und Abkühlen des Metallpulvers unter Ausschluß von Sauerstoff erfolgt.

In neuerer Zeit sind die Bemühungen verstärkt worden. Metallpulver mit möglichst geringen Sauerstoffgehalten zu erzeugen. Hierfür ist vorgeschlagen worden, die betreffenden Metallschmelzen mit Inertgasen in einem geschlossenen Behälter unter Luftabschluß zu zerstäuben. Dabei wird die Metallschmelze als Gießstrahl einer Düse, z. B. einer Ring- oder Längsschlitzdüse zugeführt, in deren Diuckkkammer das Inertgas unter hohem Druck eingeleitet wird, welches aus den Düsenschlitzen mit hoher Geschwindigkeit austritt und den Gießstrahl in feine Tröpfchen zerstäubt. Diese werden in einem luftdicht an die Zerstäubungseinrichtung angeschlossenen Behälter aufgefangen, in weichern sie auch abgekühlt werden. Da hierfür kein Wasserbad wegen der damit verbundenen Sauerstoffaufnahme verwendel werden kann, erfolgt die Abkühlung in dem für die Zerstäubung verwendeten Inertgas. Da die Metallpulverteilchen eine gewisse Zeit zum Erstarren und Abkühlen benötigen, sind Zerstäubungsbehälter entsprechend großer Bauhöhe erforderlich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß trotz Bauhöhen und damit Flugbahnlängen für die Pulverteilchen von z. B. 10 m letztere beim Auftreffen auf dem Behälterboden in manchen Fällen noch so heiß sind, daß sie zusammenbacken und nicht die gewünschte lockere Schüttung bilden. Deshalb ist versucht worden, den Zerstäubungsbehälter, insbesondere den Bereich seines Bodens, von außen zu kühlen. Diese indirekte Kühlung ist aber nicht in allen Fällen wirksam genug, weil die Wärmeleitung in dem porösen Haufwerk der Teilchen gering ist. Die Wärmeabfuhr wird umso geringer, je größer die Schütthöhe des Pulvers wird, so daß nur eine begrenzte Pulvermenge zerstäubt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Entnahme des zerstäubten Metallpulvers aus dem Zerstäubungsbehälter während der Zerstäubung schwierig ist. weil dabei die Gefahr des Eindringens von Sauerstoff besteht. Damit letzteres vermieden wird, muß die Pulverentnahmestellc des Behälters

mit Gasschleusen od. dgl. ausgerüstet sein, wobei der Zerstäubungsbetrieb nur diskontinuierlich durchgeführt werden kann.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile ein Verfahren zu schaffen, bei dem die zerstäubten Metallpulverteilchen bei ihrem Herabfallen im Zerstäubungsbehälter direkt gekühlt und anschließend unter Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Betriebes aus dem Behälter abgeführt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Metallpuh-τ in einem in dem Zerstäubungsbehälter befindlichen Wirbelbett abgekühlt wird, welches aus einem pulverförmigen und fließfähigen, dem Metallpulver gleichen oder ungleichen Feststoff durch Zuführen eines nicht oxydierenden, reduzierenden oder neutralen Gases erzeugt wird, wobei das Wirbelbett durch Abführen von mit dem Metallpulver vermischtem heißen und durch Zuführung von kaltem WirbelbeUmaterial ständig aufrechterhalten und gekühlt wird, und daß das Metallpulver bei Verwendung von ungleichem Wirbelbettmaterial von diesem außerhalb des Zerstäubungsbehälters getrennt wird.

Gemäß dem weiteren Merkmal der Erfindung kann als dem zerstäubten Metallpulver ungleiches Wirbelbettmaterial ein nichtmetallisches Pulver, z. B. Quarzsand, oder ein metallisches Pulver anderer technologischer Eigenschaften verwendet werden, welches nach dem Abtrennen des Metallpulvers dem Wirbelbett wieder zugeführt wird. Als ein solches metallisches Pulver kommt z. B. ein unmagnetisches Pulver in Betracht, wenn das zerstäubte Metallpulver magnetisch ist, oder umgekehrt ein magnetisches P·ilver, wenn das zerstäubte ein unmagnetisches Pulver sein sollte. Die Abtrennung kann in einfacher WcKe nach einem bekannten Verfahren, wie Magnettrennverfahren, Flotation, Windsichten od. dgl erfolgen.

Als Wirbelbettmaterial kann erfindungsgemäß auch das zerstäubte Metallpulver selbst verwendet werden, und zwar in der Weise, daß ein Teil der aus dem Zerstäubungsbehälter abgeführten, zerstäubten Pulvermenge hiervon abgezweigt und im Kreislauf dem Wirbelbett wieder zugeführt wird. In jedem Fall empfiehlt es sich, das Wirbelbettmaterial vor dem Zurückführen in das Wirbelbett zu kühlen.

Für die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß der Zerstäubungsbehälter zur Bildung des Wirbelbettes in der Nähe seines Bodens eine feinmaschige Siebplatte enthält, unterhalb welcher eine an dem Behälterboden angeschlossene Zuleitung für das Inertgas mündet, und daß im Bereich des Wirbelbettes die Ansaugöffnung einer Ableitung für das Wirbelbettmaterial-Metallpulver-Gemisch angeordnet ist, welche an eine zum Abtrennen des Inertgases von den Feststoffteilchen und/oder des Wirbelbettmaterials von dem zerstäubten Metallpulver dienende Einrichtung angeschlossen ist. welche mittels einer Rohrleitung mit dem oberen Teil des Zerstiiubungsbehälters verbunden ist. Letztere ist zweckmäßigerweise mit einer an sich bekannten Kühleinrichtung versehen.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren an Hand zweier Ausführungsbeispicle näher erläutert. In schematischer Darstellung zeigt

Abb. 1 eine Anordnung des zerstäubten Metallpulver mit einem Wirbelbett aus Quarzsand,

A b b. 2 und 3 zwei 2ndere Möglichkeiten für die Abführung des Wirbelbettmaterial-Metallpulver-Gemisches, und

A b b. 4 eine Einrichtung zum Abkühlen mit einem aus dem zerstäubten Metallpulver erzeugten Wirbelbett.

Gemäß A b b. 1 erfolgt die Zerstäubung der Metallschmelze in an sich bekannter Weise unter Luftabschluß und mit einem inerten Druckgas in der mit ίο 1 angedeuteten Vorrichtung. An diese ist, ebenfalls wie bekannt, der Zerstäubungsbehälter 2 für das zerstäubte Metallpulver angeschlossen. Das für das Zerstäuben verwendete Inertgas kann durch den Stutzen 3 nach außen entweichen. Es kann auch nach einer Filterung und Kompression erneut für die Zerstäubung verwendet werden.

Am Boden des Behälters 2 befindet sich das feinmaschige Sieb 4, unter welchem die Zuleitung 6 für das zur Bildung des Wirbelbettes 5 verwendete Inert- =0 gas mündet, der das Gas bei 7 unter Druck zugeführt wird. Dadurch wird der zu Beginn des Zerstäubungsvorganges auf dem Sieb lagernde Quarzsand angehoben, so das Wirbelbett erzeugend, in welches das zerstäubte Pulver von der Düse hineingeschleudert und darin abgekühlt wird. Durch die oberhalb de* Siebes 4 angeordnete Ansaugöffnung 8 der Ableitung 9 wird das aus dem Wirbelbettmaterial und dem Metallpulver bestehende Gemisch aus dem Behälter mittels des Injektors 10. der bei 11 mit einem Strom aus Inertgas gespeist wird, abgesaugt Dieses Gemisch wird der Abscheidevorrichtung 12. die z. B. ein Zyklon sein kann, zugeführt, in der die Trennung des Inertgases von den Feststoffteilchen erfolgt. Das Gas entweicht bei 13 und kann nach Filterung und Kompression für die Bildung des Wirbelbettes wiederverwendet werden. Das aus der Abscheidevorrichtung 12 entnommene Feststoffgemisch 14 gelangt in die Trennvorrichtung 15. in der — magnetisch oder durch Flotation — das zerstäubte Metallpulver von dem Wirbelbettmaterial abgetrennt und durch die Leitung 16 in den Vorratsbehälter 17 transportiert wird. Das Wirbelbettmaterial gelangt durch die Leitung 18 in den Zerstäubungsbehälter 2 zur Aufrcchtcrhaltung des Wirbelbettes 5 zurück.
In Abb. 2 ist dargestellt, daß der Siebboden 4 auch schräg angeordnet sein kann, und daß sich in diesem Fall der für die pneumatische Absaugung des Feststoffeemisches dienende Injektor 10 unmittelbar in der öffnung der Absaugleitune 9 befindet.
Gemäß A b b. 3 erfolgt der Abtransport des Feststoffgemisches nicht pneumatisch, sondern im freien Fall durch das mit einer öffnung versehene Rohr 20, das entsprechend dem Pfeil 19 zu der Trennvorrichtune führt.

Die Verwendung des zerstäubten Metallpulvers zur Bildunu des Wirbelbettes veranschaulicht Abb. 4. Hierbei wird das Pulver entsprechend Abb. 3 während des Zerstäubungsvorganges aus dem Behälter abgezogen. Das Rohr 20 enthält eine Verstellklappc 23. durch welche ein Teilstrom des Pulvers durch das Rohr 22 in den Vorratsbehälter 17 und ein anderer Teil durch die Leitung 18, die mit dem Kühler 21 ausgerüstet ist. wieder in den Zerstäubungsbehälter gelangt. Letzteres kann mittels des mit Inertgas betriebenen Injektors 10 pneumatisch erfolgen.

Das erfindungsgemäße. Verfahren sowie die hierfür geschaffene Einrichtung ermöglichen die Erzeu-

gung eines weitgehend sauerstoflffreien Metallpulvers, dessen schnelle und schonende Abkühlung und dessen kontinuierlichen Abtransport aus dem Zerstäubungsbehälter. Die Erfindung ist besonders für die Herstellung von Stahllegierungspulver geeignet, dessen Teilchen sich wegen der fehlenden Oxydhäute leicht zu Formkörpern verpressen lassen, die eine hohe Festigkeit aufweisen. Durch die besondere Art der Pulverabkühlung wird ein kontinuierlicher Zerstäubungsbetrieb ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von sauerstoffarmen Metallpulvern durch Zerstäuben einer Metallschmelze mit einem nicht oxydierenden, reduzierenden oder neutralen Druckgas, vie Stickstoff, Argon od. dgl., bei dem die Schmelze als Gießstrahl einer Zerstäubungsdüse zugeführt und das zerstäubte Metallpulver in einem unterhalb der Düse angeordneten Zerstäubungsbehälter aufgefangen und abgekühlt wird, wobei das Zuführen und Zerstäuben des Gießstrahles sowie das Auffangen und Abkühlen des Metallpulvers unter Ausschluß von Sauerstoff erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver in einem in dem Zerstäubungsbehälter befindlichen Wirbelbett abgekühlt wird, welches aus einem pulverförmigen und fließfähigen, dem Metallpulver gleichen oder ungleichen Feststoff durch Zuführen eines nicht oxydierenden, reduzierenden oder neutralen Gases erzeugt wird, wobei das Wirbelbett durch Abfuhren von mit dem Metallpulver vermischten heißen und durch Zuführen von kaltem Wirbelbettmaterial ständig aufrechterhalten und gekühlt wird, und daß das Metallpulver bei Verwendung von ungleichem Wirbelbettmaterial von diesem außerhalb des Zerstäubungsbehälters getrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als dem zerstäubten Metallpulver ungleiches Wirbelbettmaterial ein nichtmetallisches Pulver, z. B. Quarzsand, oder ein metallisches Pulver anderer technologischer Eigenschaften verwendet wird, welches nach dem Abtrennen des Metallpulvers dem Wirbelbett wieder zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dem Metallpulver gleiches Wirbelbettmaterial das zerstäubte Metallpulver selbst und in der Weise verwendet wird, daß ein Teil der aus dem Zerstäubungsbehälter abgeführten Pulvermenge hiervon abgezweigt und im Kreislauf dem Wirbelbett wieder zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Sammelbehälter abgeführte Wirbelbettmaterial vor seinem Zurückführen in das Wirbelbett gekühlt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des Wirbelbettes und zum Zerstäuben der Schmelze das gleiche Gas oder verschiedenartige Gase verwendet werden.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäubungsbehälter (2) zur Bildung des Wirbelbettes (5) in der Nähe seines Bodens eine feinmaschige Siebplatte (4) enthält, unterhalb welcher eine an dem Behälterboden angeschlossene Zuleitung (6) für das Inertgas mündet, und daß im Bereich des Wirbelbettes die AnsaugöfTnung (8) einer Abtransportleitung (9 bzw. 10) für das Wirbelbett-Metallpulver-Gemisch angeordnet ist, welche an eine zum Abtrennen des Inertgases von den Feststoffteilchen und/oder des Wirbelbettmaterials von dem Metallpulver dienende Einrichtung (12, 15 bzw. 23,17) angeschlossen ist, welche mittels einer Leitung (18) mit dem oberen Teil des Zerstäubungsbehälters verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Zurückführen des WirbelbettmateriaLs in den Sammelbehälter dienende Leitung (18) mit einer Kühh'orrichtung (21) versehen ist.