DE2755657C3 - Verfahren zum Rundschmelzen von magnetisch weichen Ferriten - Google Patents
Verfahren zum Rundschmelzen von magnetisch weichen FerritenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rundschmelzen von magnetisch weichen Ferriten, insbesondere
von Magnetit, in einem Plasma-Strahl.
In verschiedenen Gebieten der Industrie werden runde Ferrit-Teilchen mit Durchmesser bis zu 200 μπι
angewendet. Ausschlaggebend für die Anwendbarkeit sind gewisse Materialeigenschaften dieser Teilchen, wie
geringe magnetische Remanenz, mechanische Festigkeit, Oberflächenhärte, womöglich vollkommene Rundform
und Homogenität. Eine bekannte und angewandte Methode zum Herstellen von runden Magnetit-Teilchen
ist das Rundschmelzen in einem Strahl von heißem Gas, ζ. B. Plasma. Die bisherigen Methoden sind aber mit
verschiedenen Nachteilen behaftet. Bei Anwendung eines Gasstromes mit niedrigem Enthalpieinhalt pro
Masseneinheit oder niedriger Wärmeübergangszahl ist die notwendige Verweilzeit der Teilchen im Gasstrahl
zu groß, es kommt zum Zusammenstoßen der an der Oberfläche schmelzflüssigen Teilchen und zur Agglomeration.
Als Folge ist das Ausbringen an runden Teilchen gering und man muß eine aufwendige
Trennung von nicht agglomerierten und agglomerierten Teilchen nachschalten. Aus denselben Gründen (niedrige
Wärmeleitfähigkeit des Gases) werden die Partikel verhältnismäßig langsam abgekühlt, was zu magnetisch
härteren Teilchen führt. Infolge der langsamen Aufheiz- und Abkühlvorgänge gelangt oxidierendes Gas aus der
Umgebung des Gasstrahles in das Strahlinnere und wenigstens ein Teil eines Ferritteilchens wird zu
nichtmagnetischem Eisenoxid oxidiert Die Verhütung dieser Nachteile mit Vorrichtungen und Verfahren nach
dem Stand der Technik verlangt die Anwendung einer dichten, mit kostspieligem Schutzgas gefüllten Apparatur.
Somit haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein
Verfahren zu schaffen, daß es gestattet, Ferrit bis 200 μπι und mehr Durchmesser gleichmäßig rundzuschmelzen,
und zwar unter Beibehaltung der magnetischen Eigenschaft und des Kornspektrums der Partikel
im Ausgangszustand.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die zum Rundschmelzen bestimmten Teilchen mittels eines Trägergasstromes in einer Rohr — oder
Schlauchleitung bis in die Nähe eines Plasmastrahles mit mindestens 50 kW Leistung, welcher zum überwiegenden
Teil aus Wasserdampf besteht, geführt werden, wobei unmittelbar vor dem Verlassen dieser Leitung der
überwiegende Teil des Trägergasstromes nach dem Prinzip der Fliehkrafttrennung vom Pulver abgetrennt
wird, und die Teilchen in den Plasmastrahl geschleudert und in den heißen Zonen des Strahles aufgeschmolzen
werden, worauf die Teilchen in kälteren Strahlzonen wieder erstarren und anschließend gesammelt und
kontinuierlich aus dem Reaktor ausgetragen werden.
Zur Erzeugung des Plasmastrahles werden Plasmageneratoren, insbesondere Gleichstrom-Plasmageneratoren
verwendet. Als besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich
flüssigstabilisierte Plasmabrenner erwiesen. Derartige Brenner sind an sich bekannt und beispielsweise in den
US-PS 37 12 996 und US-PS 36 65 244 beschrieben. Die Leistung eines dermaß erzeugten Plasmastrahls liegt
vorzugsweise über 100 kW, insbesondere über 150 kW.
Als Anode werden in derartigen Plasmageneratoren üblicherweise rotierende Kupferscheiben eingesetzt.
Obwohl diese auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet sind, hat sich herausgestellt,
4» daß der Einsatz von rotierenden Eisenanoden besonders
günstig ist. Erodierte Eisenpartikel werden mit dem Plasmastrahl mitgerissen und gelangen so in das
aufzuschmelzende Gut, doch wird das magnetische Verhalten des Gutes dadurch nicht oder nur unwesent-
Vy lieh verändert. Bei Einsatz der Kupferanoden kann
unter Umständen eine Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften der Gutes erfolgen.
Der an den Plasmageneratoren angrenzende Reaktor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ίο muß infolge der in seinem Innenraum herrschenden
hohen Temperaturen feuerfest ausgekleidet sein. Er weist öffnungen auf, welche einerseits zum Einführen
der Pulvertransportleitungen und andererseits zum Austragen des rundgeschmolzenen Gutes dienen.
« Überraschend hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung von Wasserdampf als Hauptbestandteil
des Plasmagases die gewünschten magnetischen Eigenschaften des rundgeschmolzenen Ferrites, das sind
magnetische Weichheit und hohe Sättigungsmagnetisie-
w) rung, wesentlich besser sind als bei anderen, aus
thermodynamischen Gründen wenigstens ebenso geeigneten Gasen, wie z. B. CO. Obwohl die mechanistischen
Ursachen dieses Verhaltens der Ferrite zur Zeit noch nicht abgeklärt sind, nimmt Wasserdampf in der Falette
tn der aus thermodynamischen Gründen geeigneten Gase
eine einzigartige bevorzugte Stellung ein. In einigen Fällen zeigte der rundgeschmolzene Ferrit ein noch
besseres magnetisches Verhalten als das Ausgangspro-
dukt Ein derartiges Verhalten trat bei Parallel-Versuchen
mit CO-Plasmagasen, bestehend aus CO mit weiteren Zusätzen, in keinem Fall auf.
Die erfindungsgemäß geforderte minimale Leistung
des Plasmastrahls garantiert eine minimale Verweilzeit der Partikel in einer genügend heißen Zone des Strahls,
d. h. die geforderte Minimalleistung bewirkt primär eine genügende Erhöhung der pro Zeiteinheit ausgestoßenen
Plasmagasmenge und damit deren Geschwindigkeit Durch diese erhöhte Geschwindigkeit des Plasmagases
wird die zum Aufschmelzen notwendige Verweilzeit der Partikel in den heißen Zonen des Strahls
vermindert durch erhöhten Wärmeübergang Gas-Partikel durch Invektion aufgrund der höheren Geschwindigkeitsdifferenz.
Somit wird ein gleichmäßiges Durchschmelzen der Partikel gewährleistet Dieses gleichmäßige
Durchschmelzen ist auch auf eine Verlängerung und eine Verbreitung des Plasmastrahles als Folge der
verhältnismäßig hohen Leistung und daraus auf eine Vergrößerung des Strahlvolumens mit einer zum
Schmelzen notwendigen Temperatur von etwa 2000° zurückzuführen.
Durch den hohen Geschwindigkeitsgradienten des Gases in axialer Richtung innerhalb des Strahles liegt
andererseits die mittlere Verweilzeit eines Partikels unterhalb der Zeitlimite, oberhalb der ein Zusammenstoßen
der Partikel im schmelzflüssigen Zustand wahrscheinlich wird. Dadurch wird erreicht daß durch
ein Rundschmelzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kein feststellbarer Anteil an vergrößertem,
das heißt agglomeriertem. Korn entsteht Es wird somit erreicht, daß die Teilchengrößenverteilung des rundgeschmolzenen
Gutes nur unwesentlich von derjenigen des Ausgangsproduktes abweicht
Damit die Ferritpartikel eine zur Durchführung des Verfahrens genügend große Austrittsgeschwindigkeit
aus der Transportleitung erreichen, ist einerseits eine verhältnismäßig große Menge an Trägergas notwendig,
wobei aber andererseits nach Möglichkeit kein Trägergas in den Plasmastrahl gelangen soll, wo es kühlend auf
den Plasmastrahl und oxidierend auf die Ferritpartikel wirken könnte. Eine hohe Geschwindigkeit des
Trägergasstromes ist ferner notwendig, um ein präzises »Einschießen« des Partikelstromes in Form eines
kollimierten Strahles sicherzustellen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Partikelstrom vor
Eintritt in den Gasstrahl mittels des an sich bekannten Prinzips der Fliehkrafttrennung vom Trägergasstrom
abgetrennt wird. Der gebündelte Pulverstrahl tritt mit einer Geschwindigkeit aus der Zuleitung, deren
Komponente in StrahHchtung des Plasmagases größer als Null ist
Als Trägergas kann ein beliebiges Gas eingesetzt werden, wobei als einzige Bedingung gilt daß das Garaus
verständlichen Gründen bei Raumtemperatur nicht korrosiv auf die verwendeten Apparaturen und den
Ferrit wirken darf. Vorzugsweise wird Luft eingesetzt
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zu erschmelzende Ferritpulver mittels zwei, vorzugsweise drei Transportströmen, welche radial und axial symmetrisch oder unsymmetrisch gegen den Gasstrahl geführt werden, in diesen einzubringen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zu erschmelzende Ferritpulver mittels zwei, vorzugsweise drei Transportströmen, welche radial und axial symmetrisch oder unsymmetrisch gegen den Gasstrahl geführt werden, in diesen einzubringen.
is Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderem Maße zum Rundschmelzen von natürlich
vorkommendem hochgradigem Magnetit unter Beibehalt insbesondere seiner magnetschen Eigenschaften.
Somit wird es nicht notwendig, zur Herstellung runder Magnetite bis 200 μπι und mehr auf synthetische
Magnetite zurückzugreifen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand zweier Beispiele näher erläutert:
,. Beispiel 1
Ein wasserstabilisierter Plasmagenerator von der Art wie in den US-PS 37 12 996 und 36 65 244 beschrieben,
wird mit einer elektrischen Leistung von 125 kW betrieben. Die Stromstärke des Lichtbogens beträgt 430
jo Ampere, die Bogenspinnung 290 Volt Mit diesen
Betriebsparametern liegt der thermische Wirkungsgrad des Generators bei 58%, d. hM die aus dem Generator
austretende »Plasmaflamme« repräsentiert eine Leistung von 73 kW. Die Plasmamenge beträgt 7 kg H2O/h.
j) Als Anode wird eine rotierende Kupferscheibe verwendet.
In diese Plasmaflamme wird aus zwei Rohren je 20 kg/h Magnetitpulver eingespeist. Als Trägergas wird
Luft verwendet, und zwar 0,28 NmVmin (Normalkubikmeter pro Minute). Die Zuleitungsrohre sind an ihren
Enden derart gekrümmt, daß der Vektor des daraus austretenden Pulverstrahls mit dem Vektor der
Plasmaflamme einen Winkel von 40° bildet. Zudem sind die Rohrenden über eine Länge von 2 cm aufgeschlitzt,
■4-, so daß die Transportluft bereits vor dem eigentlichen
Rohrende entweichen kann.
Die Eigenschaften des Pulvers vor und nach dem Rundschmelzen sind in der folgenden Tabelle I
wiedergegeben.
F.igenschal't
Ausgangsmalcrial Produkt
Körnung | >85%40 bis 132 am |
<IO% unter 40μιη | |
< 5% über 132am | |
Zusammensetzung | |
1-c | > 70% |
1-C1O4 | 45 ± 1% |
Ic1O, | 2,5 ± 0,5"/, |
SiO, | <0.5% |
ΛΙ,Ο, | <(U% |
>70%40 bis 132 am
>I5% unter 40 am
> 15% über 132 am
>I5% unter 40 am
> 15% über 132 am
95 ± 1%
2,5 ± 0,5%
2,5 ± 0,5%
<0,3%
Fortsetzung
Eigenschaft
Ausgangsmaterial Produkt
Magnetisierung
bei 7000 Oe 90 emu/g
bei 1000 Oe 58 emu/g
Remanenz <2 emu/g
Koerzitivfeld 18 Oe
% runde Partikel 0
Schüttdichte 2,0
3pez. Oberfläche -
Fließverhalten gemäß ASTM B-212 bzw. B-213
88 emu/g 56 emu/g <2 emu/g 18 Oe
90
2,6
450 cnvVg
1,6 g/s
Wie Tabelle I zeigt, werden die Eigenschaften des Magnetits durch den Rundschmelzprozeß nur unwesentlich
beeinflußt. So erfahren vor allem die wichtigen magnetischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung
keine signifikante Änderung.
Mit demselben Plasmageneratorsystem wurde mit den nachfolgend aufgeführten Versuchsparametern ein
weiterer Versuch gefahren:
Elektrische Leistung des Generators 250 kW
Stromstärke des Lichtbogens 605 Ampere
Bogenspannung 410 Volt
Thermischer Wirkungsgrad des
Generators 66%
Leistung des Plasmastrahls 165 kW
Plasmamenge 11 kg H2O/h
Anode Eisen
Magnetitpulver-Zufuhr 88 kg/h
Trägergas (Luft) 0,4NmVmin
Winkel zwischen Vektor Pulverstrahl/Vektor Plasmastrahl
Länge des aufgeschlitzten Rohrendes 2,5 cm
Die Eigenschaften des mit diesen Verfahrensparametern rundgeschmolzenen Materials sind in Tabelle II
aufgelistet
Eigenschaft
Ausgangsmaterial Produkt
Körnung
Zusammensetzung
Fe
Fe
Fe3O4
Fe2O3
SiO2
Al2O3
Fe2O3
SiO2
Al2O3
Magnetisierung
bei 7000 Oe
bei 7000 Oe
bei 1000 Oe
Remanenz
Koerzitivfeld
Remanenz
Koerzitivfeld
% runde Partikel
Schüttdichte
Spez. Oberfläche
Fließverhiö;.-.. gemäß
ASTM B-212 bzw. B-213
Schüttdichte
Spez. Oberfläche
Fließverhiö;.-.. gemäß
ASTM B-212 bzw. B-213
>85% 60 bis 160 μπι <10% unter 60 μΐη
< 5% über 160 μπι
>70%
95 ± 1%
2,5 ± 0,5% <0,5% <0,3%
85 emu/g 54 emu/g <2,5 emu/g 24 Oe 0 >75% 60 bis 160 μηι
<20% unter 60 um < 5% über 160 μηι
>70%
95 ± 1%
2,5 ± 0,5% <0,5%
<0,3%
<0,3%
88 emu/g 56 emu/g <2,5 emu/g 24Oe
85%
2,7
2,7
350 cnvVg 2,2 g/s
Gegenüber Beispiel 1 zeigt dieser Versuch deutlich schmolzenen Magnetitpulvers weisen trotz höherer
die auf die höhere Leistung des Plasmastrahls b5 Generatorleistung keine größeren Änderungen auf als
zurückzuführende geringere Tendenz zur Bildung von
Agglomeraten während des Rundschmelzens.
Agglomeraten während des Rundschmelzens.
dies in Beispiel 1 mit geringerer Brennerleistung der Fail
war.
Die weiter bestimmten Eigenschaften des rundge-
Claims (5)
1. Verfahren zum Rundschmelzen magnetisch weicher Ferrite, insbesondere Magnetit, in einem
Plasmastrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Rundschmelzen bestimmten Teilchen
mittels eines Trägergasstromes in einer Rohr- oder Schlauchleitung bis in die Nähe des Plasmastrahles
mit mindestens 5OkW Leistung, welcher zum überwiegenden Teil aus Wasserdampf besteht,
geführt werden, wobei unmittelbar vor dem Verlassen dieser Leitung der überwiegende Teil des
Trägergasstromes nach dem Prinzip der Fliehkrafttrennung vom Pulver abgetrennt wird und die
Teilchen in den Plasmastrahl geschleudert sowie in den heißen Zonen des Strahls aufgeschmolzen
werden, worauf die Teilchen in kälteren Strahlzonen wieder erstarren und anschließend gesammelt und
kontinuierlich aus dem Reaktor ausgetragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmastrahl in einem flüssigkeitsstabiüsierten
Plasmabrenner erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergasstrom Luft eingesetzt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma in einem
Plasmagenerator mit einer Eisenanode erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rundzuschmelzende
Pulver mittels zwei, vorzugsweise drei radial und/oder axial symmetrisch oder asymmetrisch
angeordneten Transportleitungen gegen und in den Plasmastrahl geführt wird.
Applications Claiming Priority (1)
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