EP4329967A1 - Device and method for producing metal powder using an induction coil and an intermediate coil - Google Patents

Device and method for producing metal powder using an induction coil and an intermediate coil

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Publication number
EP4329967A1
EP4329967A1 EP22728431.2A EP22728431A EP4329967A1 EP 4329967 A1 EP4329967 A1 EP 4329967A1 EP 22728431 A EP22728431 A EP 22728431A EP 4329967 A1 EP4329967 A1 EP 4329967A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
khz
melt
frequency
base
induction coil
Prior art date
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Pending
Application number
EP22728431.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Henrik Franz
Christian Lehnert
Markus WINTON
Sergejs SPITANS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ALD Vacuum Technologies GmbH filed Critical ALD Vacuum Technologies GmbH
Publication of EP4329967A1 publication Critical patent/EP4329967A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
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    • B22F2009/0888—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid casting construction of the melt process, apparatus, intermediate reservoir, e.g. tundish, devices for temperature control
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for producing high-purity powder using an induction coil and an intermediate coil. More specifically, the present invention relates to an apparatus and method for melting and atomizing a material to produce powder.
  • the powder can be particularly high-purity metal powder, such as. B. Ni super alloy powder, noble metal powder or high melting point and reactive metal alloy powder.
  • the device and the method can be used to produce powder from titanium, zirconium, niobium and/or tantalum alloys.
  • Metal powders are used in many areas of application as a starting material for the production of semi-finished products and molded parts.
  • metal powder can be further processed for this purpose by means of sintering or additive manufacturing techniques. Due to their wide range of applications in, for example, the aviation industry, energy technology, the chemical industry, the electronics industry and biomedical technology, the demand for (metal) powders and the requirements for the quality of the (metal) powders are constantly increasing.
  • Conventional devices for producing powders include means for producing or providing a material melt and means for atomizing or atomizing a melt stream of the material melt.
  • Known methods for producing the material melt are, for example, the EIGA method (Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization), the VIGA method (Vacuum Induction Melting Inert Gas Atomization) and the PIGA method (Plasma Inert Gas Atomization).
  • One object of the invention is therefore to provide a device and a method which overcome the disadvantages of the prior art.
  • one object of the invention is to provide a device and a method that enable even finer, more uniform and/or qualitatively improved powders to be produced. Improving powder quality can mean reducing satellite formation and/or gas inclusions in the powder and/or achieving optimal sphericity (sphericity).
  • the device can be a device for producing high-purity powder from titanium, zirconium, niobium and/or tantalum alloys and/or for producing Ni superalloy powder, precious metal powder or refractory and reactive metal alloy powder.
  • the device comprises a melting chamber and an atomization tower downstream of the melting chamber. Downstream can mean here that the atomization tower is arranged below the melting chamber during operation.
  • the melting chamber can be pressurized.
  • a back pressure can be applied to the atomization tower. The back pressure can be lower than the inlet pressure.
  • the back pressure can be equal to the form.
  • the melting chamber can be connected to the atomization tower via a bypass.
  • the device comprises a nozzle arrangement for atomizing a melt jet, via which the melting chamber is connected to the atomization tower.
  • An induction coil is arranged in the melting chamber.
  • the induction coil may have a plurality of turns.
  • the induction coil is operated with a melting frequency f melt and is designed to melt a material rod accommodated therein at least in sections in order to generate the melt stream to be atomized.
  • melting can mean that the material rod is heated and melted in the area of one end (an end arranged in the induction coil) by the induction coil.
  • the material bar can be fed continuously so that a continuous, even melt stream can be generated.
  • the material rod can be a metal rod.
  • the melt stream can be a metal melt stream.
  • the material bar can be a titanium, zirconium, Niobium and/or tantalum alloy, a Ni superalloy powder, a noble metal or another high-melting and reactive metal alloy.
  • the melt stream can be formed continuously or from droplets that follow each other in quick succession.
  • the melting frequency f melt is adjustable.
  • a diameter of the melt jet and a melting speed and melting rate of the melt jet can be influenced by the targeted selection of the melting frequency.
  • the melting rate dm/dt can be between 0.1 kg/min and 10 kg/min, preferably between 0.5 kg/min and 8 kg/min, preferably between 1.5 kg/min and 6 kg/min.
  • the material to be melted may comprise magnesium and have a density of 1600 kg/ m3 .
  • the material to be melted may comprise aluminum and have a density of 2700 kg/ m3 .
  • the material to be melted may comprise tungsten and have a density of 19000 kg/ m3 .
  • the diameter of the melt jet can be between 2 mm and 10 mm, preferably between 3 mm and 9 mm, preferably between 4.5 mm and 7.5 mm.
  • the melting speed can be between 0.01 m/s and 9 m/s, preferably between 0.1 m/s and 5 m/s, preferably between 0.5 m/s and 4 m/s.
  • the specified value ranges for the diameter of the melt stream and the melting speed as well as the melting rate represent advantageous combinations, ie an optimal balance in order to provide the smallest possible melt stream diameter with a sufficiently high melting speed.
  • a separate intermediate coil is also arranged in the melting chamber. Separate can mean here that the intermediate coil is structurally separate from the induction coil, ie does not merely form a section of the induction coil.
  • the intermediate coil can be controlled separately from the induction coil and not necessarily dependent on the control and frequency of the induction coil, although the controls of the two coils can be matched to one another.
  • the intermediate coil may have a plurality of turns.
  • the intermediate coil and/or the induction coil can each be surrounded by a shielding material, for example a ferrite jacket. In this way, a targeted field line guidance can be implemented. This allows the frequency range of the separate coils to be adapted while at the same time preventing the coils from influencing each other.
  • a shielding material for example a ferrite jacket.
  • the intermediate coil is downstream of the induction coil and aligned coaxially with the induction coil.
  • the intermediate coil is thus arranged between the induction coil and the nozzle arrangement, with the intermediate coil being spaced apart from the induction coil.
  • the intermediate coil can also be at a distance from the nozzle arrangement, in particular a last turn of the intermediate coil can be at a distance from an inlet opening of the nozzle arrangement be.
  • the intermediate coil can extend into the nozzle arrangement with a lower end. In this case, the last turn of the intermediate coil can be at a distance from at least a section with the smallest inner diameter of the nozzle arrangement.
  • the induction coil and the intermediate coil are arranged (downstream and aligned coaxially with one another) in such a way that the melt jet generated by the induction coil falls through the intermediate coil.
  • Downstream can mean here that a last turn of the induction coil facing the intermediate coil is spaced axially (along a longitudinal axis of the coils) from a first turn of the intermediate coil facing the induction coil, with the first turn of the intermediate coil being closer to the atomization tower - is ordered as the last turn of the induction coil, i.e. the first turn of the intermediate coil in the direction of the atomization tower is spaced apart from the last turn of the induction coil.
  • the intermediate coil is operated at a base frequency f base and is designed to superheat the melt jet in a region between the induction coil and the nozzle arrangement.
  • Superheating can also be described as heating and/or holding the melt stream above the material's liquidus temperature.
  • the intermediate coil operated at the base frequency f base can heat the melt jet along the longitudinal axis of the intermediate coil and the melt jet, at least in a section of an area between the last turn of the induction coil and the inlet opening of the nozzle arrangement facing the coils.
  • cooling of the molten jet before it enters the nozzle arrangement can be influenced in a targeted manner and thus prevented or reduced.
  • the melted material can have a temperature above its solidus temperature and a maximum of 70° C. above its liquidus temperature (T Sol ⁇ T ⁇ (T liq + 70° C) immediately after melting by means of the induction coil and before entering the intermediate coil Due to further overheating by means of the intermediate coil after passing through the intermediate coil (i.e. at the lower end of the intermediate coil facing the atomization tower), the melt jet can have a temperature above its solidus temperature and at most 100° C above its liquidus temperature (T Sol ⁇ T ⁇ (T liq +100°C).
  • the intermediate coil can be used to compensate for radiation losses (which would lead to some cooling of the melt jet) or to increase the overheating of the melt jet.
  • F ⁇ S f base /f melt - 500, preferably 1 ⁇ f base /f melt ⁇ 250; preferably 1 ⁇ f base /f melt ⁇ 100; more preferably 3 ⁇ f base /f melt ⁇ 50; even more preferably 8 ⁇ f base /f melt ⁇ 25.
  • F BS can be in particular between 5 and 15, preferably between 6.5 and 13.5, preferably between 8 and 12, more preferably between 9 and 11, even further preferably around 10.
  • the specified frequency ratio F BS of the base frequency f base to the melting frequency f melt represents a particularly advantageous relation, since on the one hand cooling can be reliably and sufficiently reduced and on the other hand a very uniform transition between the melting of the material bar (i.e. the generation of the melt jet) and the overheating of the melt stream.
  • the melting frequency f melt , the base frequency f base and/or the frequency ratio F BS can depend on the material to be melted and/or the powder to be produced (and its desired application) and/or the coil geometry and structure can be selected. In other words, the coils can be controlled as required and operated with appropriate frequencies. Since the construction of the arrangement does not have to be modified for this purpose, the arrangement according to the invention can be adapted very flexibly to different applications.
  • the area between the induction coil and the nozzle arrangement can be the smallest distance between the induction coil and the nozzle arrangement, ie a distance between a last turn of the induction coil facing the nozzle arrangement and an upper inlet opening of the nozzle arrangement.
  • the intermediate coil can be configured in such a way that a modulation frequency f mod is modulated onto the base frequency f base .
  • the modulated modulation frequency f mod can be used to bring about or to cause a targeted separation or breakup of the continuous melt stream into individual successive droplets which are essentially of the same size.
  • the modulated modulation frequency f mod thus represents a perturbation or interference frequency which causes the melt jet to split up or break up into individual droplets of the same size in a targeted manner.
  • the subsequent atomization can be optimally prepared, whereby more efficient atomization and, in terms of the achievable powder quality, even better atomization can be achieved.
  • the additional base frequency f base which acts on the melt droplets in the area between the induction coil and the nozzle arrangement, prevents undesired cooling and in particular solidification of the melt stream, which is even more important in the case of a melt stream formed from a large number of melt droplets is to ensure a desired powder quality.
  • the targeted breaking up of the melt stream using the modulation frequency f mod together with the previous targeted setting of the diameter of the melt stream and the melting speed of the melt stream using the melting frequency f melt makes it possible to set the grain size and the quality of the powder in a targeted and application-related manner .
  • This setting can be variably and easily adjusted. Setting droplets of essentially the same size ensures that the solidification proceeds evenly and a very homogeneous powder is produced.
  • the intermediate coil can comprise an interference section or an interference zone which is formed on an end region of the intermediate coil which faces the induction coil.
  • the interference section can also be referred to as the initial interference section or input interference section, since it is provided in a region of the intermediate coil in which the melting jet enters the intermediate coil.
  • the remaining part of the intermediate coil which adjoins the fault section or zone can be described as the overheating section or overheating zone.
  • the disruptive section represents a concentration section and can be designed to locally, briefly and severely squeeze the melt stream.
  • the intermediate coil can have a reduced inner diameter in the interference section, more precisely a reduced diameter compared to the overheating section or the remaining part of the intermediate coil.
  • the interference section can extend over 5% and 25% of the length of the intermediate coil, preferably between 10% and 20%, preferably between 12.5% and 17.5%.
  • the perturbation portion may have a specific reduced diameter turn.
  • cold-wall crucible palisades can be arranged within the turn, which reduce the diameter through which the melt stream passes.
  • the jamming section can be one of the rest Turns of the intermediate coil comprise a separate turn which is connected in parallel with the remaining turns. The separate winding can be operated with a higher current than the remaining windings.
  • Sections of the intermediate coil can be surrounded by a non-conductive ferrite material in order to further increase the induction of the intermediate coil.
  • the melt jet can be broken up into individual, successive droplets in this disruptive section and thus already at the start of entry into the intermediate coil. These droplets are then superheated as they pass through the superheat section.
  • the melting frequency f melt can be between 10 kHz and 500 kHz, preferably between 100 kHz and 400 kHz, preferably between 200 kHz and 300 kHz.
  • the melting frequency fmeit can be at least 10 kHz, preferably at least 50 kHz, preferably at least 100 kHz, more preferably at least 200 kHz, even more preferably at least 250 kHz.
  • the melting frequency f melt can be 500 kHz or less, preferably 450 kHz or less, preferably 350 kHz or less, more preferably 300 kHz or less, even more preferably 250 kHz or less.
  • a melt stream diameter of between 2 mm and 10 mm can be set for the materials relevant here by means of melting frequencies f melt in the specified ranges.
  • the base frequency f base can be between 100 kHz and 5000 kHz, preferably between 200 kHz and 4500 kHz, preferably between 500 kHz and 4000 kHz, more preferably between 1000 kHz and 3000 kHz, even more preferably between 1500 kHz and 2500 kHz.
  • the base frequency f base can be at least 100 kHz, preferably at least 200 kHz, preferably at least 500 kHz, more preferably at least 1000 kHz, even more preferably at least 1500 kHz.
  • the base frequency f base can be 5000 kHz or less, preferably 4500 kHz or less, preferably 4000 kHz or less, more preferably 3000 kHz or less, even more preferably 2500 kHz or less.
  • the modulation frequency f mod can be between 0.001 kHz and 5 kHz, preferably between 0.005 kHz and 4.5 kHz, preferably between 0.01 kHz and 4 kHz, more preferably between 0.05 kHz and 3.5 kHz. even more preferably between 0.1 kHz and 3 kHz, even more preferably between 1 kHz and 2.5 kHz.
  • the modulation frequency f mod can be at least 0.001 kHz, preferably at least 0.005 kHz, preferably at least 0.01 kHz, more preferably at least 0.05 kHz, even more preferably at least 0.1 kHz, even more preferably at least 1 kHz.
  • the modulation frequency f mod can be 5 kHz or less, preferably 4.5 kHz or less, preferably 4 kHz or less, more preferably 3.5 kHz or less, even more preferably 3 kHz or less, even more preferably 2 .5 kHz or less.
  • the intermediate coil may have a cylindrical shape.
  • the intermediate coil can have a cylindrical shape with a diameter that is at least partially and/or predominantly constant.
  • a predominantly constant diameter can mean that viewed along the longitudinal axis of the intermediate coil, at least 70% of the intermediate coil, preferably at least 80% of the intermediate coil, preferably at least 85% of the intermediate coil has a constant diameter.
  • the length of the intermediate coil viewed along its longitudinal axis can be greater than four times the smallest inner diameter of the nozzle arrangement, preferably greater than five times, preferably greater than six times. In this way, a particularly effective overheating of the molten jet in the area between the induction coil and the nozzle arrangement can be achieved.
  • the intermediate coil can be designed to overheat the melt jet in at least 50% of a distance defined by the smallest distance between the nozzle arrangement and the induction coil (viewed along the longitudinal axis of the intermediate coil or the device), preferably at least 60%, preferably at least 70%, more preferably at least 75%, even more preferably at least 80%. By covering such a minimum portion of the path, an undesired cooling of the melt stream can be effectively and sufficiently reduced.
  • the induction coil can have a shape that is conical at least in sections in the direction of the nozzle arrangement, as a result of which effective melting of the material rod can be achieved.
  • the nozzle arrangement can include a Laval nozzle or be designed in the form of a Laval nozzle.
  • the nozzle arrangement can comprise an annular nozzle or be designed in the form of an annular nozzle.
  • the Laval nozzle can be designed and arranged in such a way that the melt jet passes through the Laval nozzle from the melting chamber into the atomization tower and an additional gas flows through the Laval nozzle from the melting chamber into the atomization tower, with the additional gas accelerating the melt jet as it flows through the Laval nozzle.
  • the annular nozzle can be arranged downstream of the Laval nozzle and/or in the area of the Laval nozzle in such a way that an additional atomization gas from an atomization gas source flows through the annular nozzle into the atomization tower, resulting in an area of an outlet opening of the Laval nozzle adjacent to the atomization tower a locally reduced back pressure can be generated, so that for a pressure ratio D between an inlet pressure Po of the melting chamber and the locally reduced back pressure P2, the following applies:
  • Another aspect of the invention relates to a method for producing metal powder.
  • the procedure includes the steps:
  • the melting chamber being connected to an atomization tower via the nozzle arrangement.
  • the device comprises: a melting chamber, an atomization tower downstream of the melting chamber, a nozzle arrangement for atomizing a melt jet, via which the melting chamber is connected to the atomization tower, an induction coil which is arranged in the melting chamber and is operated at a melting frequency f melt and which is designed to to melt at least sections of the rod of material accommodated therein in order to generate the melt stream to be atomized, a separate intermediate coil which is arranged in the melting chamber and is operated at a base frequency f base , which is downstream of the induction coil and aligned coaxially with the induction coil, with the intermediate coil being is designed to overheat the melt jet in a region between the induction coil and the nozzle arrangement, the intermediate coil being configured in such a way that a modulation frequency f mod is modulated onto the base frequency f base .
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device according to a further embodiment of the invention.
  • FIG 3 is a diagram showing the base frequency f base and the modulation frequency f mod with which the intermediate coil is operated.
  • FIG. 1 shows a device or system 10 for producing high-purity metal powder.
  • the device 10 comprises a melting chamber 12 and an atomization tower 14 arranged downstream of the melting chamber 12.
  • the melting chamber 12 is arranged above the atomization tower 14 during operation.
  • the melting chamber 12 is connected to the atomization tower 14 via a nozzle arrangement 16 . That is, an upper end of nozzle assembly 16 abuts or extends into melting chamber 12. A lower end of nozzle assembly 16 abuts or extends into atomization tower 14.
  • the nozzle arrangement 16 can be integrated into the melting chamber 12 as a component.
  • the nozzle arrangement 16 can be integrated as a component in the melting chamber 12 and in the atomization tower 14 .
  • the nozzle arrangement 16 can be integrated into the atomization tower 14 as a component.
  • the nozzle arrangement 16 can be provided as a separate component between the melting chamber 12 and the atomization tower 14 . In the embodiment shown in FIG. 1, the nozzle arrangement 16 is provided as a separate component between the melting chamber 12 and the atomization tower 14 .
  • an Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization (EIGA) assembly 18 having an induction coil 20 having a plurality of turns.
  • the induction coil 20 is arranged above the nozzle arrangement 16 and coaxially with it.
  • the induction coil 20 has a shape tapering toward the nozzle assembly 16 .
  • a material rod 22 is arranged in the melting chamber 12, here a material rod 22 made of a metal or a metal alloy, preferably made of Ti64 alloy. An end of the material rod 22 facing the nozzle arrangement 16 is at least partially accommodated in the induction coil 20 or extends into the induction coil 20 .
  • the induction coil 20 is operated at a melting frequency f melt and is designed to melt the end of the material rod 22 accommodated therein.
  • the induction coil is operated with a melting frequency f melt of 250 kHz.
  • the melt jet 24 is initially an essentially continuously coherent melt jet 24.
  • the material rod 22 is movably mounted. The material bar 22 can thus be rotated about its longitudinal axis A (arrow 28), as a result of which the material bar 22 can be melted evenly.
  • the material rod 22 can be displaced in the direction of the nozzle arrangement 16 (arrow 26), so that the material rod 22 can be continuously tracked, so that material to be melted (and then to be atomized or atomized) is continuously tracked during the atomization or atomization process can.
  • the material bar 22 In order to move the material bar 22, it is connected at its opposite end to a corresponding actuator (not shown).
  • the material rod 22 is arranged coaxially with the induction coil 20 and coaxially with the nozzle arrangement 16 .
  • Axis A represents the longitudinal or central axis of the EIGA assembly 18, induction coil 20, rod of material 22 and nozzle assembly 16.
  • the device 10 comprises an intermediate coil 30 which is arranged in the melting chamber 12 and is operated at a base frequency f base .
  • the base frequency is 2000 kHz in the embodiment shown.
  • the frequency ratio F BS of the base frequency f base to the melting frequency f melt is 8 here.
  • the intermediate coil 30 is designed as a separate intermediate coil 30 in addition to the induction coil 20, structurally separate therefrom.
  • the intermediate coil 30 is located downstream of the induction coil 20 and is aligned coaxially with the induction coil 20 .
  • the melt jet 24 thus passes or falls through the intermediate coil 30 along the longitudinal axis A from the induction coil 20 into the nozzle arrangement 16.
  • the base frequency f base of the intermediate coil 30 is selected such that the intermediate coil 30 transmits the melt jet 24 in a region between the induction coil 20 and the nozzle arrangement 16 overheats and thus prevents or at least reduces cooling of the melt jet 24 before it enters the nozzle arrangement 16 .
  • the intermediate coil 30 overheats the melt stream 24 over a distance of approximately 50% of the shortest distance between the induction coil 20, more precisely a lower end of the induction coil 20, and the nozzle arrangement 16, more precisely an upper inlet opening of the nozzle arrangement 16.
  • the intermediate coil 30 of the device 10 shown in FIG. 1 comprises an interference section 32 or an interference zone 32 and an adjoining overheating section 34 or overheating zone 34 30 is formed, ie in an area in which the melt jet 24 enters the intermediate coil 30 .
  • the intermediate coil 30 In the region of the interference section 32, the intermediate coil 30 has an inner diameter which is reduced compared to an inner diameter of the overheating section 34.
  • the interference section 32 extends over approximately 15% of the total length of the intermediate coil 30.
  • An additional modulation frequency f mod of 0.006 kHz is modeled onto the base frequency f base , with which the intermediate coil 30 is operated, ie the base frequency f base has this modulation frequency f mod superimposed.
  • This modulation frequency f mod causes the melt stream 24 to be disturbed and thereby broken up into individual droplets T in a targeted manner. These droplets T follow one another continuously and thus together form the melt stream 24. In the embodiment shown, the melt stream 24 therefore already enters the nozzle arrangement 16 in the form of individual droplets T, through which they are then atomized.
  • the device 10 can influence and set the droplet size in a targeted manner through the targeted setting of the melt stream diameter do using the melting frequency fmeit of the induction coil 20 and the targeted setting of the modulation frequency f mod in accordance with f melt or the melt stream diameter do and the melting speed. This allows the powder properties to be specifically influenced.
  • the base frequency f base and the modulation frequency f mod are shown schematically in FIG.
  • the melt jet 24 that is, the droplets T
  • the atomized droplets cool down in the atomization tower 14 and solidify there into powder.
  • FIG. 2 shows a device or system 100 for producing high-purity metal powder according to a further embodiment.
  • the device 100 is essentially similar to the device 10 from FIG.
  • a base frequency f base with which the intermediate coil 130 can overheat of the melt stream (not shown in FIG. 2) is operated, optionally a modulation frequency f mod can be modulated on.
  • f base with which the intermediate coil 130 can overheat of the melt stream
  • f mod can be modulated on.
  • the same or different frequencies can be provided as in the embodiment of Fig. 1.
  • a further difference between the device 100 in FIG. 2 and the device 10 in FIG. 1 is that the intermediate coil 130 of the device 100 extends into the nozzle arrangement 1 in sections. In particular, at least one last turn of the intermediate coil 130 facing the atomization tower 14 is arranged within the nozzle arrangement 130 here.
  • the intermediate coil 130 covers approximately 80% of the smallest distance between a last turn of the induction coil 130 facing the nozzle arrangement 16 and an upper inlet opening of the nozzle arrangement 16 and overheats the melt jet in this area.
  • the intermediate coil 130 also extends over approximately 77% of the path of the smallest distance between the last turn of the induction coil 20 facing the nozzle arrangement 1 and a section of the nozzle arrangement 16 with the smallest inner diameter. The intermediate coil 130 thus also overheats the melt stream in an entry area of the nozzle arrangement 16.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of an embodiment illustrating the frequencies at which the intermediate coil 30, 130 is operated. The diagram thus illustrates the base frequency f base and the modulated modulation frequency f mod over the time axis.

Abstract

The invention relates to a device (10, 100) for producing metal powder. The device comprises a melting chamber (12), an atomization tower (14) which is arranged downstream of the melting chamber, and a nozzle assembly (16) for atomizing a molten jet (24). The device additionally comprises an induction coil (20), which is arranged in the melting chamber (12) and is operated with a melting frequency fmelt and which is designed to melt a metal rod (22) that is at least partly received therein in order to generate the molten jet (24) to be atomized, and a separate intermediate coil (30, 130), which is arranged in the melting chamber (12) and is operated with a base frequency fbase and which is arranged downstream of the induction coil (20) and is aligned coaxially to the induction coil (20). The intermediate coil (30, 130) is designed to superheat the molten jet (24) in a region between the induction coil (20) and the nozzle assembly (16). For the ratio FBS of the base frequency fbase to the melting frequency fmelt, the following applies: 1 ≤ FBS = fbase/fmelt ≤ 500.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Metallpulver unter Ver- wendung einer Induktions- und einer Zwischenspule Device and method for producing metal powder using an induction coil and an intermediate coil
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von hoch- reinem Pulver unter Verwendung einer Induktions- und einer Zwischenspule. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schmelzen und Ver- düsen eines Materials zur Herstellung von Pulver. Das Pulver kann insbesondere hochreines Metallpulver sein, wie z. B. Ni-Superlegierungspulver, Edelmetallpulver oder hochschmelzendes und reaktives Metall-Legierungspulver. Beispielsweise können die Vorrichtung und das Verfah- ren zur Herstellung von Pulver aus Titan-, Zirkonium-, Niob- und/oder Tantallegierungen dienen. The present invention relates to a device and a method for producing high-purity powder using an induction coil and an intermediate coil. More specifically, the present invention relates to an apparatus and method for melting and atomizing a material to produce powder. The powder can be particularly high-purity metal powder, such as. B. Ni super alloy powder, noble metal powder or high melting point and reactive metal alloy powder. For example, the device and the method can be used to produce powder from titanium, zirconium, niobium and/or tantalum alloys.
Hintergrund der Erfindung Background of the Invention
Metallpulver dienen in vielen Anwendungsbereichen als Ausgangsstoff zur Herstellung von Halbzeugen und Formteilen. Insbesondere können Metallpulver hierzu mittels Sintern oder ad- ditiven Fertigungstechniken weiterverarbeitet werden. Aufgrund ihres breiten Einsatzbereichs in beispielsweise der Luftfahrtindustrie, der Energietechnik, der chemischen Industrie, der Elektro- nikindustrie und der Biomedizintechnik steigen der Bedarf an (Metall-) Pulvern und die Anforde- rungen an die Qualität der (Metall-)Pulver kontinuierlich. Metal powders are used in many areas of application as a starting material for the production of semi-finished products and molded parts. In particular, metal powder can be further processed for this purpose by means of sintering or additive manufacturing techniques. Due to their wide range of applications in, for example, the aviation industry, energy technology, the chemical industry, the electronics industry and biomedical technology, the demand for (metal) powders and the requirements for the quality of the (metal) powders are constantly increasing.
Herkömmliche Vorrichtungen zum Herstellen von Pulvern umfassen Mittel zum Herstellen oder Bereitstellen einer Materialschmelze sowie Mittel zum Verdüsen bzw. Zerstäuben eines Schmelzstrahls der Materialschmelze. Conventional devices for producing powders include means for producing or providing a material melt and means for atomizing or atomizing a melt stream of the material melt.
Bekannte Verfahren zur Herstellung der Materialschmelze sind zum Beispiel das EIGA-Verfah- ren (Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization), das VIGA-Verfahren (Vacuum Induc- tion Melting Inert Gas Atomization) und das PIGA-Verfahren (Plasma Inert Gas Atomization).Known methods for producing the material melt are, for example, the EIGA method (Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization), the VIGA method (Vacuum Induction Melting Inert Gas Atomization) and the PIGA method (Plasma Inert Gas Atomization).
Vorrichtungen zur Herstellung von Metallpulver unter Aufschmelzung eines Materialstabs mit- tels EIGA-Technologie und unter anschließendem Zerstäuben des geschmolzenen Materials sind aus den Dokumenten DE 4 102 101 A1 und EP 3083 107 A1 bekannt. Der Qualität, der mit diesen Vorrichtungen hergestellten Pulver, sind jedoch Grenzen gesetzt und es besteht ein Bedarf an noch feineren, gleichmäßigeren Pulvern mit einer verbesserten Pulverqualität. Devices for producing metal powder by melting a rod of material using EIGA technology and then atomizing the molten material are known from documents DE 4 102 101 A1 and EP 3083 107 A1. However, there are limits to the quality of the powders produced with these devices, and there is a need for even finer, more uniform powders with improved powder quality.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzu- stellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren be- reitzustellen, die eine Herstellung von noch feineren, gleichmäßigeren und/oder qualitativ ver- besserten Pulvern ermöglicht. Die Verbesserung der Pulverqualität kann eine Reduzierung von Satellitenbildungen und/oder von Gaseinschlüsse im Pulver und/oder Erreichen einer optimalen Sphärizität (Kugelförmigkeit) bedeuten. One object of the invention is therefore to provide a device and a method which overcome the disadvantages of the prior art. In particular, one object of the invention is to provide a device and a method that enable even finer, more uniform and/or qualitatively improved powders to be produced. Improving powder quality can mean reducing satellite formation and/or gas inclusions in the powder and/or achieving optimal sphericity (sphericity).
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Weiter- bildungen und Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachstehenden Beschreibung. This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Developments and embodiments of the device and the method are the subject matter of the dependent claims and the following description.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung oder Anlage zum Herstellen von Pulver, ins- besondere zum Herstellen von Metallpulver. Die Vorrichtung kann eine Vorrichtung zum Her- stellen von hochreinem Pulver aus Titan-, Zirkonium-, Niob- und/oder Tantallegierungen und/o- der zum Herstellen von Ni-Superlegierungspulver, Edelmetallpulver oder hochschmelzendes und reaktives Metall-Legierungspulver sein. One aspect of the invention relates to a device or system for producing powder, in particular for producing metal powder. The device can be a device for producing high-purity powder from titanium, zirconium, niobium and/or tantalum alloys and/or for producing Ni superalloy powder, precious metal powder or refractory and reactive metal alloy powder.
Die Vorrichtung umfasst eine Schmelzkammer und einen der Schmelzkammer nachgelagerten Verdüsungsturm. Nachgelagert kann hier bedeuten, dass der Verdüsungsturm im Betrieb unter- halb der Schmelzkammer angeordnet ist. Die Schmelzkammer kann mit einem Vordruck beauf- schlagt sein. Der Verdüsungsturm kann mit einem Gegendruck beaufschlagt sein. Der Gegen- druck kann geringer als der Vordruck sein. Der Gegendruck kann gleich dem Vordruck sein. In einer Ausführung, in der der Gegendruck gleich dem Vordruck ist, kann die Schmelzkammer über einen Bypass mit dem Verdüsungsturm verbunden sein. The device comprises a melting chamber and an atomization tower downstream of the melting chamber. Downstream can mean here that the atomization tower is arranged below the melting chamber during operation. The melting chamber can be pressurized. A back pressure can be applied to the atomization tower. The back pressure can be lower than the inlet pressure. The back pressure can be equal to the form. In an embodiment in which the back pressure is equal to the inlet pressure, the melting chamber can be connected to the atomization tower via a bypass.
Die Vorrichtung umfasst eine Düsenanordnung zum Verdüsen eines Schmelzstrahls, über die die Schmelzkammer mit dem Verdüsungsturm verbunden ist. The device comprises a nozzle arrangement for atomizing a melt jet, via which the melting chamber is connected to the atomization tower.
In der Schmelzkammer ist eine Induktionsspule angeordnet. Die Induktionsspule kann eine Mehrzahl von Windungen haben. Die Induktionsspule ist mit einer Schmelzfrequenz fmelt betrie- ben und dazu ausgebildet, einen zumindest abschnittsweise darin aufgenommenen Material- stab anzuschmelzen, um den zu verdüsenden Schmelzstrahl zu erzeugen. Anschmelzen kann hier bedeuten, dass der Materialstab im Bereich eines Endes (eines in der Induktionsspule an- geordneten Endes) von der Induktionsspule erwärmt und aufgeschmolzen wird. Der Material- stab kann kontinuierlich nachgeführt werden, sodass ein durchgehender, gleichmäßiger Schmelzstrahl erzeugbar ist. Der Materialstab kann ein Metallstab sein. Somit kann der Schmelzstrahl ein Metallschmelzstrahl sein. Der Materialstab kann eine Titan-, Zirkonium-, Niob- und/oder Tantallegierung, eine Ni-Superlegierungspulver, ein Edelmetall oder eine sons- tige hochschmelzende und reaktive Metalllegierung umfassen. Der Schmelzstrahl kann kontinu- ierlich oder aus kurz aufeinanderfolgenden Tröpfchen gebildet sein. An induction coil is arranged in the melting chamber. The induction coil may have a plurality of turns. The induction coil is operated with a melting frequency f melt and is designed to melt a material rod accommodated therein at least in sections in order to generate the melt stream to be atomized. In this case, melting can mean that the material rod is heated and melted in the area of one end (an end arranged in the induction coil) by the induction coil. The material bar can be fed continuously so that a continuous, even melt stream can be generated. The material rod can be a metal rod. Thus, the melt stream can be a metal melt stream. The material bar can be a titanium, zirconium, Niobium and/or tantalum alloy, a Ni superalloy powder, a noble metal or another high-melting and reactive metal alloy. The melt stream can be formed continuously or from droplets that follow each other in quick succession.
Die Schmelzfrequenz fmelt ist einstellbar. Über die gezielte Wahl der Schmelzfrequenz können ein Durchmesser des Schmelzstrahls und eine Schmelzgeschwindigkeit sowie Schmelzrate des Schmelzstrahls beeinflusst werden. Die Schmelzrate dm/dt kann zwischen 0,1 kg/min und 10 kg/min betragen, vorzugsweise zwischen 0,5 kg/min und 8 kg/min, bevorzugt zwischen 1,5 kg/min und 6 kg/min. Das zu schmelzende Material kann Magnesium umfassen und eine Dichte von 1600 kg/m3 haben. Das zu schmelzende Material kann Aluminium umfassen und eine Dichte von 2700 kg/m3 haben. Das zu schmelzende Material kann Wolfram umfassen und eine Dichte von 19000 kg/m3 haben. Der Durchmesser des Schmelzstrahls kann zwischen 2 mm und 10 mm betragen, vorzugsweise zwischen 3 mm und 9 mm, bevorzugt zwischen 4,5 mm und 7,5 mm. Die Schmelzgeschwindigkeit kann zwischen 0,01 m/s und 9 m/s betragen, vor- zugsweise zwischen 0,1 m/s und 5 m/s, bevorzugt zwischen 0,5 m/s und 4 m/s. Die spezifizier- ten Wertebereiche für den Durchmesser des Schmelzstrahls und die Schmelzgeschwindigkeit sowie die Schmelzrate stellen vorteilhafte Kombinationen dar, d.h. eine optimale Balance, um einen möglichst geringen Schmelzstrahldurchmesser mit dennoch ausreichend hoher Schmelz- geschwindigkeit bereitzustellen. The melting frequency f melt is adjustable. A diameter of the melt jet and a melting speed and melting rate of the melt jet can be influenced by the targeted selection of the melting frequency. The melting rate dm/dt can be between 0.1 kg/min and 10 kg/min, preferably between 0.5 kg/min and 8 kg/min, preferably between 1.5 kg/min and 6 kg/min. The material to be melted may comprise magnesium and have a density of 1600 kg/ m3 . The material to be melted may comprise aluminum and have a density of 2700 kg/ m3 . The material to be melted may comprise tungsten and have a density of 19000 kg/ m3 . The diameter of the melt jet can be between 2 mm and 10 mm, preferably between 3 mm and 9 mm, preferably between 4.5 mm and 7.5 mm. The melting speed can be between 0.01 m/s and 9 m/s, preferably between 0.1 m/s and 5 m/s, preferably between 0.5 m/s and 4 m/s. The specified value ranges for the diameter of the melt stream and the melting speed as well as the melting rate represent advantageous combinations, ie an optimal balance in order to provide the smallest possible melt stream diameter with a sufficiently high melting speed.
In der Schmelzkammer ist ferner eine separate Zwischenspule angeordnet. Separat kann hier bedeuten, dass die Zwischenspule strukturell getrennt von der Induktionsspule ist, also nicht le- diglich einen Abschnitt der Induktionsspule bildet. Die Zwischenspule kann zudem getrennt von der Induktionsspule ansteuerbar und nicht zwingend abhängig von der Ansteuerung und Fre- quenz der Induktionsspule sein, obgleich die Ansteuerungen der beiden Spulen aufeinander ab- gestimmt sein können. Die Zwischenspule kann eine Mehrzahl von Windungen haben. A separate intermediate coil is also arranged in the melting chamber. Separate can mean here that the intermediate coil is structurally separate from the induction coil, ie does not merely form a section of the induction coil. In addition, the intermediate coil can be controlled separately from the induction coil and not necessarily dependent on the control and frequency of the induction coil, although the controls of the two coils can be matched to one another. The intermediate coil may have a plurality of turns.
Die Zwischenspule und/oder die Induktionsspule können jeweils von einem abschirmenden Ma- terial umschlossen sein, beispielsweise von einem Ferritmantel. Hierdurch kann eine gezielte Feldlinienführung realisiert sein. Dies ermöglicht es, dass der Frequenzbereich der separaten Spulen adaptiert werden kann, wobei gleichzeitig eine gegenseitige Beeinflussung der Spulen verhindert werden kann. The intermediate coil and/or the induction coil can each be surrounded by a shielding material, for example a ferrite jacket. In this way, a targeted field line guidance can be implemented. This allows the frequency range of the separate coils to be adapted while at the same time preventing the coils from influencing each other.
Die Zwischenspule ist der Induktionsspule nachgelagert und koaxial zu der Induktionsspule ausgerichtet. Die Zwischenspule ist somit zwischen der Induktionsspule und der Düsenanord- nung angeordnet, wobei die Zwischenspule von der Induktionsspule beabstandet ist. Die Zwi- schenspule kann auch von der Düsenanordnung beabstandet sein, insbesondere kann eine letzte Windung der Zwischenspule von einer Eintrittsöffnung der Düsenanordnung beabstandet sein. Alternativ kann sich die Zwischenspule mit einem unteren Ende in die Düsenanordnung hinein erstrecken. In diesem Fall kann die letzte Windung der Zwischenspule zumindest von ei- nem Abschnitt mit dem geringsten Innendurchmesser der Düsenanordnung beabstandet sein.The intermediate coil is downstream of the induction coil and aligned coaxially with the induction coil. The intermediate coil is thus arranged between the induction coil and the nozzle arrangement, with the intermediate coil being spaced apart from the induction coil. The intermediate coil can also be at a distance from the nozzle arrangement, in particular a last turn of the intermediate coil can be at a distance from an inlet opening of the nozzle arrangement be. Alternatively, the intermediate coil can extend into the nozzle arrangement with a lower end. In this case, the last turn of the intermediate coil can be at a distance from at least a section with the smallest inner diameter of the nozzle arrangement.
Insbesondere sind die Induktionsspule und die Zwischenspule derart angeordnet (nachgelagert und koaxial zueinander ausgerichtet), dass der von der Induktionsspule erzeugte Schmelzstrahl durch die Zwischenspule hindurch fällt. Nachgelagert kann hier bedeuten, dass eine der Zwi- schenspule zugewandte letzte Windung der Induktionsspule von einer der Induktionsspule zu- gewandten ersten Windung der Zwischenspule axial (entlang einer Längsachse der Spulen be- anstandet ist, wobei die erste Windung der Zwischenspule näher an dem Verdüsungsturm an- geordnet ist als die letzte Windung der Induktionsspule, also die erste Windung der Zwischen- spule in Richtung des Verdüsungsturms von der letzten Windung der Induktionsspule beab- standet ist. In particular, the induction coil and the intermediate coil are arranged (downstream and aligned coaxially with one another) in such a way that the melt jet generated by the induction coil falls through the intermediate coil. Downstream can mean here that a last turn of the induction coil facing the intermediate coil is spaced axially (along a longitudinal axis of the coils) from a first turn of the intermediate coil facing the induction coil, with the first turn of the intermediate coil being closer to the atomization tower - is ordered as the last turn of the induction coil, i.e. the first turn of the intermediate coil in the direction of the atomization tower is spaced apart from the last turn of the induction coil.
Die Zwischenspule ist mit einer Basisfrequenz fbase betrieben und dazu ausgebildet, den Schmelzstrahl in einem Bereich zwischen der Induktionsspule und der Düsenanordnung zu überhitzen. Überhitzen (engl.: „superheating“) kann auch beschrieben werden als ein Erwärmen bzw. Erhitzen und/oder Halten des Schmelzstrahls über die Liquidustemperatur des Materials. Genauer gesagt, kann die mit der Basisfrequenz fbase betriebene Zwischenspule den Schmelz- strahl entlang der Längsachse der Zwischenspule und des Schmelzstrahls erwärmen, zumin- dest in einem Abschnitt eines Bereichs zwischen der letzten Windung der Induktionsspule und der einer den Spulen zugewandten Eintrittsöffnung der Düsenanordnung. Hierdurch kann ein Abkühlen des Schmelzstrahls vor dem Eintritt in die Düsenanordnung gezielt beeinflusst und damit verhindert oder reduziert werden. Durch das Verhindern oder Reduzieren des Abkühlens des Schmelzstrahls in diesem Bereich, kann vermieden werden, dass Bereiche des Schmelz- strahls schon vor Eintritt in die Düsenanordnung (teilweise) erstarren. Ein Erstarren vor der Ver- düsung beeinflusst die Qualität des hergestellten Pulvers wesentlich. Dem kann durch die Zwi- schenspule gezielt entgegengewirkt werden, was die Pulverqualität verbessert. The intermediate coil is operated at a base frequency f base and is designed to superheat the melt jet in a region between the induction coil and the nozzle arrangement. Superheating can also be described as heating and/or holding the melt stream above the material's liquidus temperature. More specifically, the intermediate coil operated at the base frequency f base can heat the melt jet along the longitudinal axis of the intermediate coil and the melt jet, at least in a section of an area between the last turn of the induction coil and the inlet opening of the nozzle arrangement facing the coils. As a result, cooling of the molten jet before it enters the nozzle arrangement can be influenced in a targeted manner and thus prevented or reduced. By preventing or reducing the cooling of the melt stream in this area, it is possible to prevent areas of the melt stream from (partially) solidifying before it enters the nozzle arrangement. Solidification prior to atomization has a significant influence on the quality of the powder produced. This can be specifically counteracted by the intermediate coil, which improves the powder quality.
Beispielsweise kann das aufgeschmolzene Material unmittelbar nach dem Aufschmelzen mittels der Induktionsspule und vor Eintritt in die Zwischenspule eine Temperatur oberhalb seiner Soli- dustemperatur und maximal 70° C oberhalb seiner Liquidustemperatur haben (TSol ≤ T ≤ (Tliq + 70° C). Der Schmelzstrahl kann durch das weitere Überhitzen mittels der Zwischenspule nach Durchtreten der Zwischenspule (also am unteren, dem Verdüsungsturm zugewandten Ende der Zwischenspule) eine Temperatur oberhalb seiner Solidustemperatur und maximal 100° C ober- halb seiner Liquidustemperatur haben (TSol ≤ T ≤ (Tliq + 100° C). Die Zwischenspule kann dazu dienen, Strahlungsverluste (die zu einer gewissen Abkühlung des Schmelzstrahls führen würden) zu kompensieren oder die Überhitzung des Schmelzstrahls noch zu erhöhen. For example, the melted material can have a temperature above its solidus temperature and a maximum of 70° C. above its liquidus temperature (T Sol ≤ T ≤ (T liq + 70° C) immediately after melting by means of the induction coil and before entering the intermediate coil Due to further overheating by means of the intermediate coil after passing through the intermediate coil (i.e. at the lower end of the intermediate coil facing the atomization tower), the melt jet can have a temperature above its solidus temperature and at most 100° C above its liquidus temperature (T Sol ≤ T ≤ (T liq +100°C). The intermediate coil can be used to compensate for radiation losses (which would lead to some cooling of the melt jet) or to increase the overheating of the melt jet.
Für ein Frequenzverhältnis FBS der Basisfrequenz fbase zu der Schmelzfrequenz fmelt kann gelten: For a frequency ratio F BS of the base frequency f base to the melting frequency f melt the following can apply:
1 S FßS = fbase/fmelt — 500, vorzugsweise 1 ≤ fbase/fmelt ≤ 250; bevorzugt 1 ≤ fbase/fmelt ≤ 100; weiter bevorzugt 3 ≤ fbase/fmelt ≤ 50; noch weiter bevorzugt 8 <fbase/fmelt ≤ 25. FBS kann insbesondere zwischen 5 und 15 liegen, vorzugsweise zwischen 6,5 und 13,5, bevor- zugt zwischen 8 und 12, weiter bevorzugt zwischen 9 und 11 , noch weiter bevorzugt bei etwa 10. 1 S FβS = f base /f melt - 500, preferably 1 ≤ f base /f melt ≤ 250; preferably 1≦f base /f melt ≦100; more preferably 3 ≤ f base /f melt ≤ 50; even more preferably 8<f base /f melt ≦25. F BS can be in particular between 5 and 15, preferably between 6.5 and 13.5, preferably between 8 and 12, more preferably between 9 and 11, even further preferably around 10.
Das spezifizierte Frequenzverhältnis FBS der Basisfrequenz fbase zu der Schmelzfrequenz fmelt stellt eine besonders vorteilhafte Relation dar, da hierdurch einerseits ein Abkühlen sicher und ausreichend reduziert werden und andererseits ein sehr gleichmäßiger Übergang zwischen dem Aufschmelzen des Materialstabs (also dem Erzeugen des Schmelzstrahls) und dem Über- hitzen des Schmelzstrahls realisiert werden kann. The specified frequency ratio F BS of the base frequency f base to the melting frequency f melt represents a particularly advantageous relation, since on the one hand cooling can be reliably and sufficiently reduced and on the other hand a very uniform transition between the melting of the material bar (i.e. the generation of the melt jet) and the overheating of the melt stream.
Die Schmelzfrequenz fmelt, die Basisfrequenz fbase und/oder das Frequenzverhältnis FBS kann/können nach Maßgabe des zu schmelzenden Materials und/oder nach Maßgabe des her- zustellenden Pulvers (und dessen gewünschter Anwendung) und/oder nach Maßgabe der Spu- lengeometrie und -Struktur gewählt werden. Mit anderen Worten können die Spulen nach Be- darf angesteuert und mit entsprechenden Frequenzen betrieben werden. Da hierzu die Kon- struktion der Anordnung nicht modifiziert werden muss, ist die erfindungsgemäße Anordnung sehr flexibel auf unterschiedliche Anwendungsfälle anpassbar. The melting frequency f melt , the base frequency f base and/or the frequency ratio F BS can depend on the material to be melted and/or the powder to be produced (and its desired application) and/or the coil geometry and structure can be selected. In other words, the coils can be controlled as required and operated with appropriate frequencies. Since the construction of the arrangement does not have to be modified for this purpose, the arrangement according to the invention can be adapted very flexibly to different applications.
Der Bereich zwischen der Induktionsspule und der Düsenanordnung kann der geringste Ab- stand zwischen der Induktionsspule und der Düsenanordnung sein, also ein Abstand zwischen einer letzten, der Düsenanordnung zugewandten Windung der Induktionsspule und einer obe- ren Eintrittsöffnung der Düsenanordnung. In einer Weiterbildung kann die Zwischenspule derart konfiguriert sein, dass eine Modulations- frequenz fmod auf die Basisfrequenz fbase aufmoduliert ist. Die aufmodulierte Modulationsfre- quenz fmod kann dazu dienen, ein gezieltes Auftrennen oder Aufbrechen des kontinuierlichen Schmelzstrahls in einzelne aufeinanderfolgende Tröpfchen zu bewirken bzw. zu verursachen, die im Wesentlichen dieselbe Größe haben. Mit anderen Worten stellt die aufmodulierte Modu- lationsfrequenz fmod somit eine Perturbations- oder Störfrequenz dar, die das gezielte Auftren- nen oder Aufbrechen des Schmelzstrahls in einzelne Tröpfchen derselben Größe verursacht.The area between the induction coil and the nozzle arrangement can be the smallest distance between the induction coil and the nozzle arrangement, ie a distance between a last turn of the induction coil facing the nozzle arrangement and an upper inlet opening of the nozzle arrangement. In one development, the intermediate coil can be configured in such a way that a modulation frequency f mod is modulated onto the base frequency f base . The modulated modulation frequency f mod can be used to bring about or to cause a targeted separation or breakup of the continuous melt stream into individual successive droplets which are essentially of the same size. In other words, the modulated modulation frequency f mod thus represents a perturbation or interference frequency which causes the melt jet to split up or break up into individual droplets of the same size in a targeted manner.
Im Falle einer Auftrennung des Schmelzstrahls in aufeinanderfolgende Tröpfchen kann die an- schließende Zerstäubung optimal vorbereitet werden, wodurch eine effizientere und eine in Be- zug auf die erreichbare Pulverqualität noch bessere Zerstäubung erreicht werden kann. Die zu- sätzliche Basisfrequenz fbase, die auf die Schmelztröpfchen in dem Bereich zwischen der Indukti- onsspule und der Düsenanordnung einwirkt, verhindert ein ungewünschtes Abkühlen und ins- besondere Erstarren des Schmelzstrahls, was insbesondere bei einem aus einer Vielzahl an Schmelztröpfchen gebildeten Schmelzstrahl noch wichtiger ist, um eine gewünschte Pulverqua- lität sicherzustellen. Das gezielte Aufbrechen des Schmelzstrahls mittels der Modulationsfre- quenz fmod zusammen dem vorherigen gezielten Einstellen des Durchmessers des Schmelz- strahls und der Schmelzgeschwindigkeit des Schmelzstrahls mittels der Schmelzfrequenz fmelt, ermöglicht es, die Korngröße und die Qualität des Pulvers gezielt und anwendungsbezogen ein- zustellen. Diese Einstellung kann variabel und einfach angepasst werden. Das Einstellen von Tröpfchen mit im Wesentlichen derselben Größe sorgt dafür, dass die Erstarrung gleichmäßig verläuft und ein sehr homogenes Pulver hergestellt wird. If the melt jet is separated into successive droplets, the subsequent atomization can be optimally prepared, whereby more efficient atomization and, in terms of the achievable powder quality, even better atomization can be achieved. The additional base frequency f base , which acts on the melt droplets in the area between the induction coil and the nozzle arrangement, prevents undesired cooling and in particular solidification of the melt stream, which is even more important in the case of a melt stream formed from a large number of melt droplets is to ensure a desired powder quality. The targeted breaking up of the melt stream using the modulation frequency f mod together with the previous targeted setting of the diameter of the melt stream and the melting speed of the melt stream using the melting frequency f melt makes it possible to set the grain size and the quality of the powder in a targeted and application-related manner . This setting can be variably and easily adjusted. Setting droplets of essentially the same size ensures that the solidification proceeds evenly and a very homogeneous powder is produced.
Die Zwischenspule kann einen Störabschnitt oder eine Störzone umfassen, der an einem der Induktionsspule zugewandten Endbereich der Zwischenspule ausgebildet ist. Somit kann der Störabschnitt auch als Anfangsstörabschnitt oder Eingangsstörabschnitt bezeichnet werden, da er in einem Bereich der Zwischenspule vorgesehen ist, in dem der Schmelzstrahl in die Zwi- schenspule eintritt. Der restliche Teil der Zwischenspule, der sich an den Störabschnitt oder die Störzone anschließt kann als Überhitzungsabschnitt oder Überhitzungszone beschrieben wer- den. Der Störabschnitt stellt einen Konzentrationsabschnitt dar und kann dazu ausgebildet sein, den Schmelzstrahl lokal, kurz und stark abzuquetschen. Die Zwischenspule kann in dem Stör- abschnitt einen verringerten Innendurchmesser aufweisen, genauer gesagt einen gegenüber dem Überhitzungsabschnitt oder dem restlichen Zwischenspulenteil verringerten Durchmesser. Der Störabschnitt kann sich über 5 % und 25 % der Länge der Zwischenspule erstrecken, vor- zugsweise zwischen 10 % und 20 %, bevorzugt zwischen 12,5 % und 17,5 %. Der Störabschnitt kann eine bestimmte Windung mit verringertem Durchmesser aufweisen. In dem Störabschnitt können innerhalb der Windung Kaltwandtiegelpalisaden angeordnet sein, die den Durchmesser reduzieren, durch den der Schmelzstrahl tritt. Der Störabschnitt kann eine von den restlichen Windungen der Zwischenspule separate Windung umfassen, die parallel zu den restlichen Win- dungen geschaltet ist. Die separate Windung kann mit einem höheren Strom betrieben werden als die restlichen Windungen. The intermediate coil can comprise an interference section or an interference zone which is formed on an end region of the intermediate coil which faces the induction coil. Thus, the interference section can also be referred to as the initial interference section or input interference section, since it is provided in a region of the intermediate coil in which the melting jet enters the intermediate coil. The remaining part of the intermediate coil which adjoins the fault section or zone can be described as the overheating section or overheating zone. The disruptive section represents a concentration section and can be designed to locally, briefly and severely squeeze the melt stream. The intermediate coil can have a reduced inner diameter in the interference section, more precisely a reduced diameter compared to the overheating section or the remaining part of the intermediate coil. The interference section can extend over 5% and 25% of the length of the intermediate coil, preferably between 10% and 20%, preferably between 12.5% and 17.5%. The perturbation portion may have a specific reduced diameter turn. In the perturbation section, cold-wall crucible palisades can be arranged within the turn, which reduce the diameter through which the melt stream passes. The jamming section can be one of the rest Turns of the intermediate coil comprise a separate turn which is connected in parallel with the remaining turns. The separate winding can be operated with a higher current than the remaining windings.
Die Zwischenspule kann abschnittsweise von einem nicht leitfähigen Ferritmaterial umschlos- sen sein, um die Induktion der Zwischenspule weiter zu erhöhen. Sections of the intermediate coil can be surrounded by a non-conductive ferrite material in order to further increase the induction of the intermediate coil.
Durch den verringerten Innendurchmesser bzw. Innenquerschnitt des Störabschnitts kann eine Konzentration der Beeinflussung des Schmelzstrahls durch die Zwischenspule, insbesondere durch die aufmodulierte Modulationsfrequenz fmod realisiert werden. Hierdurch kann der Schmelzstrahl in diesem Störabschnitt und somit bereits am Anfang des Eintritts in die Zwi- schenspule in einzelne aufeinanderfolgende Tröpfchen aufgebrochen werden. Diese Tröpfchen werden anschließend beim Durchtreten des Überhitzungsabschnitts überhitzt. Due to the reduced inner diameter or inner cross-section of the interference section, a concentration of the influence on the melt jet by the intermediate coil, in particular by the modulated modulation frequency f mod , can be implemented. As a result, the melt jet can be broken up into individual, successive droplets in this disruptive section and thus already at the start of entry into the intermediate coil. These droplets are then superheated as they pass through the superheat section.
Die Schmelzfrequenz fmelt kann zwischen 10 kHz und 500 kHz betragen, vorzugsweise zwi- schen 100 kHz und 400 kHz, bevorzugt zwischen 200 kHz und 300 kHz. Die Schmelzfrequenz fmeit kann wenigstens 10 kHz betragen, vorzugsweise wenigstens 50 kHz, bevorzugt wenigstens 100 kHz, weiter bevorzugt wenigstens 200 kHz, noch weiter bevorzugt wenigstens 250 kHz. Die Schmelzfrequenz fmelt kann 500 kHz oder weniger betragen, vorzugsweise 450 kHz oder weni- ger, bevorzugt 350 kHz oder weniger, weiter bevorzugt 300 kHz oder weniger, noch weiter be- vorzugt 250 kHz oder weniger. Durch Schmelzfrequenzen fmelt in den spezifizierten Bereichen ist bei den hier relevanten Materialien ein Schmelzstrahldurchmesser zwischen 2 mm und 10 mm einstellbar. The melting frequency f melt can be between 10 kHz and 500 kHz, preferably between 100 kHz and 400 kHz, preferably between 200 kHz and 300 kHz. The melting frequency fmeit can be at least 10 kHz, preferably at least 50 kHz, preferably at least 100 kHz, more preferably at least 200 kHz, even more preferably at least 250 kHz. The melting frequency f melt can be 500 kHz or less, preferably 450 kHz or less, preferably 350 kHz or less, more preferably 300 kHz or less, even more preferably 250 kHz or less. A melt stream diameter of between 2 mm and 10 mm can be set for the materials relevant here by means of melting frequencies f melt in the specified ranges.
Die Basisfrequenz fbase kann zwischen 100 kHz und 5000 kHz betragen, vorzugsweise zwischen 200 kHz und 4500 kHz, bevorzugt zwischen 500 kHz und 4000 kHz, weiter bevorzugt zwischen 1000 kHz und 3000 kHz, noch weiter bevorzugt zwischen 1500 kHz und 2500 kHz. Die Basis- frequenz fbase kann wenigstens 100 kHz betragen, vorzugsweise wenigstens 200 kHz, bevorzugt wenigstens 500 kHz, weiter bevorzugt wenigstens 1000 kHz, noch weiter bevorzugt wenigstens 1500 kHz. Die Basisfrequenz fbase kann 5000 kHz oder weniger betragen, vorzugsweise 4500 kHz oder weniger, bevorzugt 4000 kHz oder weniger, weiter bevorzugt 3000 kHz oder weniger, noch weiter bevorzugt 2500 kHz oder weniger. Durch Basisfrequenz fbase in den spezifizierten Bereichen kann bei den hier relevanten Materialien, insbesondere mit dem bevorzugt eingestell- ten Schmelzstrahldurchmesser zwischen 2 mm und 10 mm, ein ungewünschtes Abkühlen des Schmelzstrahls verhindert oder reduziert werden. Die Modulationsfrequenz fmod kann zwischen 0,001 kHz und 5 kHz betragen, vorzugsweise zwi- schen 0,005 kHz und 4,5 kHz, bevorzugt zwischen 0,01 kHz und 4 kHz, weiter bevorzugt zwi- schen 0,05 kHz und 3,5 kHz, noch weiter bevorzugt zwischen 0,1 kHz und 3 kHz, noch weiter bevorzugt zwischen 1 kHz und 2,5 kHz. Die Modulationsfrequenz fmod kann wenigstens 0,001 kHz betragen, vorzugsweise wenigstens 0,005 kHz, bevorzugt wenigstens 0,01 kHz, weiter be- vorzugt wenigstens 0,05 kHz, noch weiter bevorzugt wenigstens 0,1 kHz, noch weiter bevorzugt wenigstens 1 kHz. Die Modulationsfrequenz fmod kann 5 kHz oder weniger betragen, vorzugs- weise 4,5 kHz oder weniger, bevorzugt 4 kHz oder weniger, weiter bevorzugt 3,5 kHz oder we- niger, noch weiter bevorzugt 3 kHz oder weniger, noch weiter bevorzugt 2,5 kHz oder weniger. Durch Modulationsfrequenz fmod in den spezifizierten Bereichen kann bei den hier relevanten Materialien, insbesondere mit dem bevorzugt eingestellten Schmelzstrahldurchmesser zwi- schen 2 mm und 10 mm, ein gezieltes Aufbrechen des Schmelzstrahls in aufeinanderfolgende Tröpfchen mit dem gewünschten Durchmesser realisiert werden. The base frequency f base can be between 100 kHz and 5000 kHz, preferably between 200 kHz and 4500 kHz, preferably between 500 kHz and 4000 kHz, more preferably between 1000 kHz and 3000 kHz, even more preferably between 1500 kHz and 2500 kHz. The base frequency f base can be at least 100 kHz, preferably at least 200 kHz, preferably at least 500 kHz, more preferably at least 1000 kHz, even more preferably at least 1500 kHz. The base frequency f base can be 5000 kHz or less, preferably 4500 kHz or less, preferably 4000 kHz or less, more preferably 3000 kHz or less, even more preferably 2500 kHz or less. With the base frequency f base in the specified ranges, undesired cooling of the melt stream can be prevented or reduced in the case of the materials relevant here, in particular with the preferably set melt stream diameter of between 2 mm and 10 mm. The modulation frequency f mod can be between 0.001 kHz and 5 kHz, preferably between 0.005 kHz and 4.5 kHz, preferably between 0.01 kHz and 4 kHz, more preferably between 0.05 kHz and 3.5 kHz. even more preferably between 0.1 kHz and 3 kHz, even more preferably between 1 kHz and 2.5 kHz. The modulation frequency f mod can be at least 0.001 kHz, preferably at least 0.005 kHz, preferably at least 0.01 kHz, more preferably at least 0.05 kHz, even more preferably at least 0.1 kHz, even more preferably at least 1 kHz. The modulation frequency f mod can be 5 kHz or less, preferably 4.5 kHz or less, preferably 4 kHz or less, more preferably 3.5 kHz or less, even more preferably 3 kHz or less, even more preferably 2 .5 kHz or less. With the materials relevant here, in particular with the melt stream diameter preferably set between 2 mm and 10 mm, a targeted break-up of the melt stream into successive droplets with the desired diameter can be realized by modulation frequency f mod in the specified ranges.
Die Modulationsfrequenz fmod kann nach Maßgabe des Schmelzstrahldurchmessers und der Schmelzgeschwindigkeit, insbesondere in dem Störabschnitt, gewählt werden. Hierbei kann gelten: wobei mit vm = Schmelgeschwindigkeit in m/s, m = Schmelzviskosität des jeweiligen Materials inThe modulation frequency f mod can be selected depending on the diameter of the melt stream and the melt speed, particularly in the disruptive section. The following can apply here: whereby with v m = melting speed in m/s, m = melting viscosity of the respective material in
Pa.s, ρ = Schmelzdichte des jeweiligen Materials in kg/m3 und Υ = Schmelzoberflächenspan- nung des jeweiligen Materials in N/m. Pa.s, ρ = melt density of the respective material in kg/m 3 and Υ = melt surface tension of the respective material in N/m.
Die Zwischenspule kann eine zylindrische Gestalt haben. Die Zwischenspule kann eine zylindri- sche Gestalt mit zumindest abschnittsweise und/oder überwiegend konstantem Durchmesser haben. Mit überwiegend konstantem Durchmesser kann hier bedeuten, dass entlang der Längs- achse der Zwischenspule betrachtet zumindest 70 % der Zwischenspule, vorzugsweise zumin- dest 80 % der Zwischenspule, bevorzugt wenigstens 85 % der Zwischenspule einen konstanten Durchmesser hat. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Schmelzstrahl an jeder Stelle im Bereich der Zwischenspule denselben Energieeintrag erfährt und somit über den Durchgang (das Fallen) durch die Zwischenspule hinweg an jeder Stelle im Wesentlichen gleich erwärmt wird. The intermediate coil may have a cylindrical shape. The intermediate coil can have a cylindrical shape with a diameter that is at least partially and/or predominantly constant. A predominantly constant diameter can mean that viewed along the longitudinal axis of the intermediate coil, at least 70% of the intermediate coil, preferably at least 80% of the intermediate coil, preferably at least 85% of the intermediate coil has a constant diameter. In this way it can be achieved that the melting jet experiences the same energy input at every point in the area of the intermediate coil and thus over the passage (falling) through the intermediate coil is heated essentially equally at every point.
Die Länge der Zwischenspule entlang ihrer Längsachse betrachtet kann größer als das Vierfa- che des geringsten Innendurchmessers der Düsenanordnung sein, vorzugsweise größer als das Fünffache, bevorzugt größer als das Sechsfache. Hierdurch kann eine besonders effektive Überhitzung des Schmelzstrahls in dem Bereich zwischen der Induktionsspule und der Düsena- nordnung erreicht werden. The length of the intermediate coil viewed along its longitudinal axis can be greater than four times the smallest inner diameter of the nozzle arrangement, preferably greater than five times, preferably greater than six times. In this way, a particularly effective overheating of the molten jet in the area between the induction coil and the nozzle arrangement can be achieved.
Die Zwischenspule kann dazu ausgebildet sein, den Schmelzstrahl in wenigstens 50 % einer durch den geringsten Abstand zwischen der Düsenanordnung und der Induktionsspule definier- ten Strecke zu überhitzen (entlang der Längsachse der Zwischenspule bzw. der Vorrichtung be- trachtet), vorzugsweise wenigstens 60 %, bevorzugt wenigstens 70 %, weiter bevorzugt we- nigstens 75 %, noch weiter bevorzugt wenigstens 80 %. Durch Abdecken eines solchen Min- destanteils der Strecke kann ein unerwünschtes Abkühlen des Schmelzstrahls effektiv und aus- reichend reduziert werden. The intermediate coil can be designed to overheat the melt jet in at least 50% of a distance defined by the smallest distance between the nozzle arrangement and the induction coil (viewed along the longitudinal axis of the intermediate coil or the device), preferably at least 60%, preferably at least 70%, more preferably at least 75%, even more preferably at least 80%. By covering such a minimum portion of the path, an undesired cooling of the melt stream can be effectively and sufficiently reduced.
Die Induktionsspule kann eine in Richtung auf die Düsenanordnung zu zumindest abschnitts- weise konische Gestalt haben, wodurch ein effektives Aufschmelzen des Materialstabs realisiert werden kann. The induction coil can have a shape that is conical at least in sections in the direction of the nozzle arrangement, as a result of which effective melting of the material rod can be achieved.
Die Düsenanordnung kann eine Lavaldüse umfassen oder in Form einer Lavaldüse ausgebildet sein. The nozzle arrangement can include a Laval nozzle or be designed in the form of a Laval nozzle.
Die Düsenanordnung kann eine Ringdüse umfassen oder in Form einer Ringdüse ausgebildet sein. The nozzle arrangement can comprise an annular nozzle or be designed in the form of an annular nozzle.
Die Lavaldüse kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass der Schmelzstrahl durch die Lavaldüse von der Schmelzkammer in den Verdüsungsturm tritt und ein Zusatzgas durch die Lavaldüse von der Schmelzkammer in den Verdüsungsturm strömt, wobei das Zusatzgas den Schmelzstrahl beim Durchströmen der Lavaldüse beschleunigt. Die Ringdüse kann der Lava- ldüse derart nachgelagert und/oder kann derart im Bereich der Lavaldüse angeordnet sein, dass durch die Ringdüse ein zusätzliches Verdüsungsgas von einer Verdüsungsgasquelle in den Verdüsungsturm strömt, wodurch in einem Bereich einer an den Verdüsungsturm angren- zenden Austrittsöffnung der Lavaldüse ein lokal reduzierter Gegendruck erzeugbar ist, sodass für ein Druckverhältnis D zwischen einem Vordruck Po der Schmelzkammer und dem lokal redu- zierten Gegendruck P2 gilt: The Laval nozzle can be designed and arranged in such a way that the melt jet passes through the Laval nozzle from the melting chamber into the atomization tower and an additional gas flows through the Laval nozzle from the melting chamber into the atomization tower, with the additional gas accelerating the melt jet as it flows through the Laval nozzle. The annular nozzle can be arranged downstream of the Laval nozzle and/or in the area of the Laval nozzle in such a way that an additional atomization gas from an atomization gas source flows through the annular nozzle into the atomization tower, resulting in an area of an outlet opening of the Laval nozzle adjacent to the atomization tower a locally reduced back pressure can be generated, so that for a pressure ratio D between an inlet pressure Po of the melting chamber and the locally reduced back pressure P2, the following applies:
D = P0/P2 ≥ 2. Durch eine solche Doppeldüsenanordnung und das spezifizierte Druckverhältnis kann eine kriti- sche Durchströmung der Düse erreicht und die Zerstäubung des Schmelzstrahls verbessert werden. D = P0 /P2 ≥ 2 . With such a double nozzle arrangement and the specified pressure ratio, a critical flow through the nozzle can be achieved and the atomization of the melt jet can be improved.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Metallpulver. Das Verfahren umfasst die Schritte: Another aspect of the invention relates to a method for producing metal powder. The procedure includes the steps:
- Erzeugen eines zu verdüsenden Schmelzstrahls durch Anschmelzen eines Materialstabs mittels einer den Materialstab zumindest abschnittsweise umgebenden Induktionsspule in der Schmelzkammer, wobei die Induktionsspule mit einer Schmelzfrequenz fmelt betrieben wird; - Generating a melt jet to be atomized by melting a material rod by means of an induction coil surrounding the material rod at least in sections in the melting chamber, the induction coil being operated at a melting frequency f melt ;
- Überhitzen des Schmelzstrahls in einem Bereich zwischen der Induktionsspule und einer Düsenanordnung mittels einer der Induktionsspule nachgelagerten und koaxial zu der Indukti- onsspule ausgerichteten separaten Zwischenspule, wobei die Zwischenspule mit einer Basisfre- quenz fbase betrieben wird, und wobei für ein Frequenzverhältnis FBS der Basisfrequenz fbase zu der Schmelzfrequenz fmelt gilt: 1 ≤ FBS = fbase/fmelt ≤ 500; und - Superheating of the molten jet in a region between the induction coil and a nozzle arrangement by means of a separate intermediate coil downstream of the induction coil and aligned coaxially with the induction coil, the intermediate coil being operated at a base frequency f base , and for a frequency ratio F BS der Base frequency f base to the melting frequency f melt applies: 1 ≤ F BS = f base /f melt ≤ 500; and
- Verdüsen des überhitzten Schmelzstrahls mittels der Düsenanordnung, wobei die Schmelzkammer über die Düsenanordnung mit einem Verdüsungsturm verbunden ist. - Atomizing the superheated melt jet by means of the nozzle arrangement, the melting chamber being connected to an atomization tower via the nozzle arrangement.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver. Die Vorrichtung umfasst: eine Schmelzkammer, einen der Schmelzkammer nachgelagerten Verdüsungsturm, eine Düsenanordnung zum Verdüsen eines Schmelzstrahls, über die die Schmelzkammer mit dem Verdüsungsturm verbunden ist, eine in der Schmelzkammer angeordnete und mit einer Schmelzfrequenz fmelt betriebene Induktionsspule, die dazu ausgebildet ist, einen zumindest abschnittsweise darin aufgenomme- nen Materialstab anzuschmelzen, um den zu verdüsenden Schmelzstrahl zu erzeugen, eine in der Schmelzkammer angeordnete und mit einer Basisfrequenz fbase betriebene se- parate Zwischenspule, die der Induktionsspule nachgelagert und koaxial zu der Induktionsspule ausgerichtet ist, wobei die Zwischenspule dazu ausgebildet ist, den Schmelzstrahl in einem Be- reich zwischen der Induktionsspule und der Düsenanordnung zu überhitzen, wobei die Zwischenspule derart konfiguriert ist, dass eine Modulationsfrequenz fmod auf die Basisfrequenz fbase aufmoduliert ist. Another aspect of the invention relates to an apparatus for producing metal powder. The device comprises: a melting chamber, an atomization tower downstream of the melting chamber, a nozzle arrangement for atomizing a melt jet, via which the melting chamber is connected to the atomization tower, an induction coil which is arranged in the melting chamber and is operated at a melting frequency f melt and which is designed to to melt at least sections of the rod of material accommodated therein in order to generate the melt stream to be atomized, a separate intermediate coil which is arranged in the melting chamber and is operated at a base frequency f base , which is downstream of the induction coil and aligned coaxially with the induction coil, with the intermediate coil being is designed to overheat the melt jet in a region between the induction coil and the nozzle arrangement, the intermediate coil being configured in such a way that a modulation frequency f mod is modulated onto the base frequency f base .
Obgleich einige Merkmale, Vorteile, Funktionen, Wirkweisen, Ausführungsformen und Weiterbil- dungen vorstehend nur in Bezug auf einen Aspekt der Vorrichtung beschrieben wurden, können diese entsprechend auch für das Verfahren und einen anderen Aspekt gelten und anders- herum. Kurzbesch reibunq der Fiquren Although some features, advantages, functions, modes of action, embodiments and developments have only been described above in relation to one aspect of the device, they can also apply correspondingly to the method and another aspect and vice versa. Brief description of the fiquras
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beilie- gende schematische Figur näher erläutert. Es stellt dar: Exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying schematic figure. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a schematic representation of a device according to an embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausfüh- rungsform der Erfindung. 2 shows a schematic representation of a device according to a further embodiment of the invention.
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Basisfrequenz fbase und der Modulationsfre- quenz fmod mit der die Zwischenspule betrieben wird. 3 is a diagram showing the base frequency f base and the modulation frequency f mod with which the intermediate coil is operated.
Fiqurenbeschreibunq fiqure description
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung bzw. Anlage 10 zum Herstellen von hochreinem Metallpulver. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Schmelzkammer 12 und einen der Schmelzkammer 12 nachgela- gerten Verdüsungsturm 14. Die Schmelzkammer 12 ist in der gezeigten Ausführungsform im Betrieb oberhalb des Verdüsungsturms 14 angeordnet. Die Schmelzkammer 12 ist mit dem Verdüsungsturm 14 über eine Düsenanordnung 16 verbunden. Das heißt, ein oberes Ende der Düsenanordnung 16 grenzt an oder erstreckt sich in die Schmelzkammer 12. Ein unteres Ende der Düsenanordnung 16 grenzt an oder erstreckt sich in den Verdüsungsturm 14. FIG. 1 shows a device or system 10 for producing high-purity metal powder. The device 10 comprises a melting chamber 12 and an atomization tower 14 arranged downstream of the melting chamber 12. In the embodiment shown, the melting chamber 12 is arranged above the atomization tower 14 during operation. The melting chamber 12 is connected to the atomization tower 14 via a nozzle arrangement 16 . That is, an upper end of nozzle assembly 16 abuts or extends into melting chamber 12. A lower end of nozzle assembly 16 abuts or extends into atomization tower 14.
Die Düsenanordnung 16 kann als Bauteil in die Schmelzkammer 12 integriert sein. Die Düsena- nordnung 16 kann als Bauteil in die Schmelzkammer 12 und in den Verdüsungsturm 14 inte- griert sein. Die Düsenanordnung 16 kann als Bauteil in den Verdüsungsturm 14 integriert sein. Die Düsenanordnung 16 kann als separates Bauteil zwischen der Schmelzkammer 12 und dem Verdüsungsturm 14 vorgesehen sein. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist die Dü- senanordnung 16 als separates Bauteil zwischen der Schmelzkammer 12 und dem Ver- düsungsturm 14 vorgesehen. The nozzle arrangement 16 can be integrated into the melting chamber 12 as a component. The nozzle arrangement 16 can be integrated as a component in the melting chamber 12 and in the atomization tower 14 . The nozzle arrangement 16 can be integrated into the atomization tower 14 as a component. The nozzle arrangement 16 can be provided as a separate component between the melting chamber 12 and the atomization tower 14 . In the embodiment shown in FIG. 1, the nozzle arrangement 16 is provided as a separate component between the melting chamber 12 and the atomization tower 14 .
In der Schmelzkammer 12 ist eine EIGA-Anordnung (Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization) 18 mit einer Induktionsspule 20 vorgesehen, die eine Mehrzahl von Windungen aufweist. Die Induktionsspule 20 ist oberhalb der Düsenanordnung 16 und koaxial zu dieser an- geordnet. Die Induktionsspule 20 weist eine auf die Düsenanordnung 16 zu konisch zulaufende Gestalt auf. In der Schmelzkammer 12 ist des Weiteren ein Materialstab 22 angeordnet, hier ein Material- stab 22 aus einem Metall oder einer Metalllegierung, vorzugsweise aus Ti64-Legierung. Ein der Düsenanordnung 16 zugewandtes Ende des Materialstabs 22 ist zumindest teilweise in der In- duktionsspule 20 aufgenommen bzw. erstreckt sich in die Induktionsspule 20 hinein. Within the melting chamber 12 is an Electrode Induction Melting Inert Gas Atomization (EIGA) assembly 18 having an induction coil 20 having a plurality of turns. The induction coil 20 is arranged above the nozzle arrangement 16 and coaxially with it. The induction coil 20 has a shape tapering toward the nozzle assembly 16 . Furthermore, a material rod 22 is arranged in the melting chamber 12, here a material rod 22 made of a metal or a metal alloy, preferably made of Ti64 alloy. An end of the material rod 22 facing the nozzle arrangement 16 is at least partially accommodated in the induction coil 20 or extends into the induction coil 20 .
Die Induktionsspule 20 ist mit einer Schmelzfrequenz fmelt betrieben und dazu ausgebildet, das Ende des darin aufgenommenen Materialstabs 22 anzuschmelzen. Hier ist die Induktionsspule mit einer Schmelzfrequenz fmelt von 250 kHz betrieben Hierdurch wird ein zu verdüsender Schmelzstrahl 24 mit einem Schmelzstrahldurchmesser do von im vorliegenden Beispiel 5 mm erzeugt. Der Schmelzstrahl 24 ist in der gezeigten Ausführungsform zunächst ein im Wesentli- chen kontinuierlich zusammenhängender Schmelzstrahl 24. Wie durch die Pfeile 26, 28 ange- deutet, ist der Materialstab 22 bewegbar gelagert. So ist der Materialstab 22 um seine Längs- achse A drehbar (Pfeil 28), wodurch ein gleichmäßiges Abschmelzen des Materialstabs 22 er- reicht werden kann. Zudem ist der Materialstab 22 in Richtung der Düsenanordnung 16 verla- gerbar (Pfeil 26), sodass der Materialstab 22 kontinuierlich nachgeführt werden kann, sodass während des Verdüsungs- bzw. Zerstäubungsprozesses kontinuierlich aufzuschmelzendes (und anschließend zu verdüsendes bzw. zu zerstäubendes) Material nachgeführt werden kann. Zum Bewegen des Materialstabs 22 ist dieser an seinem entgegengesetzten Ende mit einem ent- sprechenden Aktuator verbunden (nicht gezeigt). Der Materialstab 22 ist koaxial zu der Indukti- onsspule 20 und koaxial zu der Düsenanordnung 16 angeordnet. Die Achse A stellt die Längs- bzw. Mittelachse der EIGA-Anordnung 18, der Induktionsspule 20, des Materialstabs 22 und der Düsenanordnung 16 dar. The induction coil 20 is operated at a melting frequency f melt and is designed to melt the end of the material rod 22 accommodated therein. Here the induction coil is operated with a melting frequency f melt of 250 kHz. This produces a melt jet 24 to be atomized with a melt jet diameter do of 5 mm in the present example. In the embodiment shown, the melt jet 24 is initially an essentially continuously coherent melt jet 24. As indicated by the arrows 26, 28, the material rod 22 is movably mounted. The material bar 22 can thus be rotated about its longitudinal axis A (arrow 28), as a result of which the material bar 22 can be melted evenly. In addition, the material rod 22 can be displaced in the direction of the nozzle arrangement 16 (arrow 26), so that the material rod 22 can be continuously tracked, so that material to be melted (and then to be atomized or atomized) is continuously tracked during the atomization or atomization process can. In order to move the material bar 22, it is connected at its opposite end to a corresponding actuator (not shown). The material rod 22 is arranged coaxially with the induction coil 20 and coaxially with the nozzle arrangement 16 . Axis A represents the longitudinal or central axis of the EIGA assembly 18, induction coil 20, rod of material 22 and nozzle assembly 16.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine in der Schmelzkammer 12 angeordnete und mit einer Basisfre- quenz fbase betriebene Zwischenspule 30. Die Basisfrequenz beträgt in der gezeigten Ausfüh- rungsform 2000 kHz. Das Frequenzverhältnis FBS der Basisfrequenz fbase zu der Schmelzfre- quenz fmelt ist hier somit 8. The device 10 comprises an intermediate coil 30 which is arranged in the melting chamber 12 and is operated at a base frequency f base . The base frequency is 2000 kHz in the embodiment shown. The frequency ratio F BS of the base frequency f base to the melting frequency f melt is 8 here.
Wie in der Fig. 1 (und auch der Fig. 2) zu erkennen ist, ist die Zwischenspule 30 als separate Zwischenspule 30 zusätzlich zu der Induktionsspule 20 strukturell getrennt von dieser ausgebil- det. Die Zwischenspule 30 ist der Induktionsspule 20 nachgelagert und koaxial zu der Indukti- onsspule 20 ausgerichtet. Somit tritt bzw. fällt der Schmelzstrahl 24 durch die Zwischenspule 30 hindurch entlang der Längsachse A von der Induktionsspule 20 in die Düsenanordnung 16. Die Basisfrequenz fbase der Zwischenspule 30 ist so gewählt, dass die Zwischenspule 30 den Schmelzstrahl 24 in einem Bereich zwischen der Induktionsspule 20 und der Düsenanordnung 16 überhitzt und somit ein Abkühlen des Schmelzstrahls 24 vor Eintritt in die Düsenanordnung 16 verhindert oder zumindest reduziert. In der gezeigten Ausführungsform überhitzt die Zwi- schenspule 30 den Schmelzstrahl 24 über eine Strecke von etwa 50 % der geringsten Distanz zwischen der Induktionsspule 20, genauer gesagt einem unteren Ende der Induktionsspule 20, und der Düsenanordnung 16, genauer gesagt einer oberen Eintrittsöffnung der Düsenanord- nung 16. As can be seen in FIG. 1 (and also in FIG. 2), the intermediate coil 30 is designed as a separate intermediate coil 30 in addition to the induction coil 20, structurally separate therefrom. The intermediate coil 30 is located downstream of the induction coil 20 and is aligned coaxially with the induction coil 20 . The melt jet 24 thus passes or falls through the intermediate coil 30 along the longitudinal axis A from the induction coil 20 into the nozzle arrangement 16. The base frequency f base of the intermediate coil 30 is selected such that the intermediate coil 30 transmits the melt jet 24 in a region between the induction coil 20 and the nozzle arrangement 16 overheats and thus prevents or at least reduces cooling of the melt jet 24 before it enters the nozzle arrangement 16 . In the embodiment shown, the intermediate coil 30 overheats the melt stream 24 over a distance of approximately 50% of the shortest distance between the induction coil 20, more precisely a lower end of the induction coil 20, and the nozzle arrangement 16, more precisely an upper inlet opening of the nozzle arrangement 16.
Die in Fig. 1 gezeigte Zwischenspule 30 der Vorrichtung 10 umfasst einen Störabschnitt 32 bzw. eine Störzone 32 und eine/n sich daran anschließende/n Überhitzungsabschnitt 34 bzw. Überhitzungszone 34. Der Störabschnitt 32 ist an einem der Induktionsspule 20 zugewandten oberen Endbereich der Zwischenspule 30 ausgebildet, also in einem Bereich, in dem der Schmelzstrahl 24 in die Zwischenspule 30 eintritt. Die Zwischenspule 30 hat in dem Bereich des Störabschnitts 32 einen Innendurchmesser, der gegenüber einem Innendurchmesser des Über- hitzungsabschnitts 34 verringert ist. Der Störabschnitt 32 erstreckt sich hier über ca. 15 % der Gesamtlänge der Zwischenspule 30. The intermediate coil 30 of the device 10 shown in FIG. 1 comprises an interference section 32 or an interference zone 32 and an adjoining overheating section 34 or overheating zone 34 30 is formed, ie in an area in which the melt jet 24 enters the intermediate coil 30 . In the region of the interference section 32, the intermediate coil 30 has an inner diameter which is reduced compared to an inner diameter of the overheating section 34. The interference section 32 extends over approximately 15% of the total length of the intermediate coil 30.
Der Basisfrequenz fbase, mit der die Zwischenspule 30 betrieben wird, ist eine zusätzliche Modu- lationsfrequenz fmod von 0,006 kHz aufmodeliert, d.h die Basisfrequenz fbase ist mit dieser Modu- lationsfrequenz fmod überlagert. Das Diese Modulationsfrequenz fmod bewirkt, dass der Schmelz- strahl 24 gestört und dadurch gezielt in einzelne Tröpfchen T aufgebrochen wird. Diese Tröpf- chen T folgen kontinuierlich aufeinander und bilden so gemeinsam den Schmelzstrahl 24. Der Schmelzstrahl 24 tritt folglich in der gezeigten Ausführungsform bereits in Form von einzelnen Tröpfchen T in die Düsenanordnung 16 ein, durch die sie anschließend zerstäubt werden. An additional modulation frequency f mod of 0.006 kHz is modeled onto the base frequency f base , with which the intermediate coil 30 is operated, ie the base frequency f base has this modulation frequency f mod superimposed. This modulation frequency f mod causes the melt stream 24 to be disturbed and thereby broken up into individual droplets T in a targeted manner. These droplets T follow one another continuously and thus together form the melt stream 24. In the embodiment shown, the melt stream 24 therefore already enters the nozzle arrangement 16 in the form of individual droplets T, through which they are then atomized.
Durch die gezielte Einstellung des Schmelzstrahldurchmessers do mittels der Schmelzfrequenz fmeit der Induktionsspule 20 und der gezielten Einstellung des Modulationsfrequenz fmod nach Maßgabe von fmelt bzw. dem Schmelzstrahldurchmesser do und der Schmelzgeschwindigkeit kann die Vorrichtung 10 die Tröpfchengröße gezielt beeinflussen und einstellen. Hierdurch kön- nen die Pulvereigenschaften gezielt beeinflusst werden. Die Basisfrequenz fbase und die Modula- tionsfrequenz fmod sind in Fig. 3 schematisch dargestellt. The device 10 can influence and set the droplet size in a targeted manner through the targeted setting of the melt stream diameter do using the melting frequency fmeit of the induction coil 20 and the targeted setting of the modulation frequency f mod in accordance with f melt or the melt stream diameter do and the melting speed. This allows the powder properties to be specifically influenced. The base frequency f base and the modulation frequency f mod are shown schematically in FIG.
Nach dem Zerstäuben des Schmelzstrahls 24 (also der Tröpfchen T) kühlen die zerstäubten Tröpfchen in dem Verdüsungsturm 14 ab und erstarren dort zu Pulver. After the melt jet 24 (that is, the droplets T) has been atomized, the atomized droplets cool down in the atomization tower 14 and solidify there into powder.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung bzw. Anlage 100 zum Herstellen von hochreinem Metallpulver ge- mäß einer weiteren Ausführungsform. Die Vorrichtung 100 ähnelt im Wesentlichen der Vorrich- tung 10 aus Fig. 1. FIG. 2 shows a device or system 100 for producing high-purity metal powder according to a further embodiment. The device 100 is essentially similar to the device 10 from FIG.
Im Unterschied zu der Vorrichtung 10 der Fig. 1, umfasst die Zwischenspule 130 der Vorrich- tung 100 der Fig. 2 keine unterschiedlichen Abschnitte oder Zonen, sondern ist über ihre ge- samte Länge durchgehend als Überhitzungszone 134 ausgebildet. Dennoch kann auch in die- ser Ausführungsform einer Basisfrequenz fbase, mit der die Zwischenspule 130 zum Überhitzen des Schmelzstrahls (in Fig. 2 nicht dargestellt) betrieben wird, optional eine Modulationsfre- quenz fmod aufmoduliert sein. Es können dieselben oder andere Frequenzen vorgesehen sein wie in der Ausführungsform der Fig. 1. In contrast to the device 10 from FIG. 1, the intermediate coil 130 of the device 100 from FIG. Nevertheless, in this embodiment too, a base frequency f base with which the intermediate coil 130 can overheat of the melt stream (not shown in FIG. 2) is operated, optionally a modulation frequency f mod can be modulated on. The same or different frequencies can be provided as in the embodiment of Fig. 1.
Ein weiterer Unterschied zwischen der Vorrichtung 100 der Fig. 2 und der Vorrichtung 10 der Fig. 1 ist, dass sich die Zwischenspule 130 der Vorrichtung 100 abschnittsweise sich in die Dü- senanordnung 1 hinein erstreckt. Insbesondere ist hier zumindest eine letzte, dem Verdüsungs- turm 14 zugewandte Windung der Zwischenspule 130 innerhalb der Düsenanordnung 130 an- geordnet. A further difference between the device 100 in FIG. 2 and the device 10 in FIG. 1 is that the intermediate coil 130 of the device 100 extends into the nozzle arrangement 1 in sections. In particular, at least one last turn of the intermediate coil 130 facing the atomization tower 14 is arranged within the nozzle arrangement 130 here.
In der Ausführungsform der Fig. 2 deckt die Zwischenspule 130 ca. 80 % eines geringsten Ab- standes zwischen einer letzten, der Düsenanordnung 16 zugewandten Windung der Induktions- spule 130 und einer oberen Eintrittsöffnung der Düsenanordnung 16 ab und überhitzt den Schmelzstrahl in diesem Bereich. Die Zwischenspule 130 erstreckt sich zudem in dieser Aus- führungsform über ca. 77 % der Strecke des geringsten Abstandes zwischen der letzten, der Düsenanordnung 1 zugewandten Windung der Induktionsspule 20 und einem Abschnitt mit dem geringsten Innendurchmesser der Düsenanordnung 16 ab. Somit überhitzt die Zwischenspule 130 den Schmelzstrahl auch noch in einem Eintrittsbereich der Düsenanordnung 16. In the embodiment of FIG. 2, the intermediate coil 130 covers approximately 80% of the smallest distance between a last turn of the induction coil 130 facing the nozzle arrangement 16 and an upper inlet opening of the nozzle arrangement 16 and overheats the melt jet in this area. In this embodiment, the intermediate coil 130 also extends over approximately 77% of the path of the smallest distance between the last turn of the induction coil 20 facing the nozzle arrangement 1 and a section of the nozzle arrangement 16 with the smallest inner diameter. The intermediate coil 130 thus also overheats the melt stream in an entry area of the nozzle arrangement 16.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform zur Veranschaulichung der Frequenzen, mit der die Zwischenspule 30, 130 betrieben wird. So veranschaulicht das Dia- gramm die Basisfrequenz fbase und die aufmodulierte Modulationsfrequenz fmod über die Zeit- achse. FIG. 3 shows a schematic diagram of an embodiment illustrating the frequencies at which the intermediate coil 30, 130 is operated. The diagram thus illustrates the base frequency f base and the modulated modulation frequency f mod over the time axis.
Bezuaszeichenliste reference list
10 Vorrichtung 10 device
12 Schmelzkammer 12 melting chamber
14 Verdüsungsturm 14 Atomization Tower
16 Düsenanordnung 16 nozzle arrangement
18 EIGA-Anordnung 18 EIGA arrangement
20 Induktionsspule 20 induction coil
22 Materialstab 22 material bar
24 Schmelzstrahl 24 Melt Ray
26 Bewegungsrichtung 26 direction of movement
28 Bewegungsrichtung 28 direction of movement
30 Zwischenspule 30 intermediate coil
32 Störabschnitt 32 jamming section
34 Überhitzungsabschnitt do Schmelzstrahldurchmesser34 superheat section do melt stream diameter
A Längsachse A longitudinal axis
T Tröpfchen T droplet

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung (10, 100) zum Herstellen von Metallpulver, wobei die Vorrichtung (10, 100) um- fasst: eine Schmelzkammer (12), einen der Schmelzkammer (12) nachgelagerten Verdüsungsturm (14), eine Düsenanordnung (16) zum Verdüsen eines Schmelzstrahls (24), über die die Schmelzkammer (12) mit dem Verdüsungsturm (14) verbunden ist, eine in der Schmelzkammer (12) angeordnete und mit einer Schmelzfrequenz fmelt betrie- bene Induktionsspule (20), die dazu ausgebildet ist, einen zumindest abschnittsweise darin auf- genommenen Materialstab (22) anzuschmelzen, um den zu verdüsenden Schmelzstrahl (24) zu erzeugen, eine in der Schmelzkammer (12) angeordnete und mit einer Basisfrequenz fbase betriebene separate Zwischenspule (30, 130), die der Induktionsspule (20) nachgelagert und koaxial zu der Induktionsspule (20) ausgerichtet ist, wobei die Zwischenspule (30, 130) dazu ausgebildet ist, den Schmelzstrahl (24) in einem Bereich zwischen der Induktionsspule (20) und der Düsenano- rdnung (16) zu überhitzen, wobei für ein Frequenzverhältnis FBS der Basisfrequenz fbase zu der Schmelzfrequenz fmelt gilt: 1. Device (10, 100) for producing metal powder, the device (10, 100) comprising: a melting chamber (12), an atomization tower (14) downstream of the melting chamber (12), a nozzle arrangement (16) for atomizing a melt jet (24), via which the melting chamber (12) is connected to the atomization tower (14), an induction coil (20) arranged in the melting chamber (12) and operated with a melting frequency f melt , which is designed to at least partially melt the material rod (22) received therein in order to generate the melt stream (24) to be atomized, a separate intermediate coil (30, 130) which is arranged in the melting chamber (12) and is operated at a base frequency f base and which is connected to the induction coil ( 20) downstream and aligned coaxially with the induction coil (20), the intermediate coil (30, 130) being designed to direct the melt jet (24) in a region between the induction coil (20) and the nozzle arrangement (16) above overheating, where for a frequency ratio F BS of the base frequency f base to the melting frequency f melt applies:
1 ≤ FBS = fbase/fmelt ≤ 500. 1 ≤ FBS = fbase / fmelt ≤ 500.
2. Vorrichtung (10, 100) nach Anspruch 1, wobei die Zwischenspule (30, 130) derart konfigu- riert ist, dass eine Modulationsfrequenz fmod auf die Basisfrequenz fbase aufmoduliert ist. 2. The device (10, 100) of claim 1, wherein the intermediate coil (30, 130) is configured such that a modulation frequency f mod is modulated onto the base frequency f base .
3. Vorrichtung (10, 100) nach Anspruch 2, wobei die Zwischenspule (30, 130) einen Störab- schnitt (32) umfasst, der an einem der Induktionsspule (20) zugewandten Endbereich der Zwi- schenspule (30, 130) ausgebildet ist, wobei die Zwischenspule (30, 130) in dem Störabschnitt (32) einen verringerten Innendurchmesser aufweist. 3. Device (10, 100) according to claim 2, wherein the intermediate coil (30, 130) comprises an interference section (32) which is formed at an end region of the intermediate coil (30, 130) facing the induction coil (20). , wherein the intermediate coil (30, 130) in the perturbation section (32) has a reduced inner diameter.
4. Vorrichtung (10, 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schmelzfrequenz fmelt zwischen 10 kHz und 500 kHz beträgt, vorzugsweise zwischen 100 kHz und 400 kHz, bevorzugt zwischen 200 kHz und 300 kHz; und/oder die Basisfrequenz fbase zwischen 100 kHz und 5000 kHz beträgt, vorzugsweise zwischen 200 kHz und 4500 kHz, bevorzugt zwischen 500 kHz und 4000 kHz, weiter bevorzugt zwischen 1000 kHz und 3000 kHz, noch weiter bevorzugt zwischen 1500 kHz und 2500 kHz; und/oder die Modulationsfrequenz fmod zwischen 0,001 kHz und 5 kHz beträgt, vorzugsweise zwi- schen 0,005 kHz und 4,5 kHz, bevorzugt zwischen 0,01 kHz und 4 kHz, weiter bevorzugt zwi- schen 0,05 kHz und 3,5 kHz, noch weiter bevorzugt zwischen 0,1 kHz und 3 kHz, noch weiter bevorzugt zwischen 1 kHz und 2,5 kHz. 4. Device (10, 100) according to any one of the preceding claims, wherein the melting frequency f melt is between 10 kHz and 500 kHz, preferably between 100 kHz and 400 kHz, preferably between 200 kHz and 300 kHz; and/or the base frequency f base is between 100 kHz and 5000 kHz, preferably between 200 kHz and 4500 kHz, preferably between 500 kHz and 4000 kHz, more preferably between 1000 kHz and 3000 kHz, even more preferably between 1500 kHz and 2500 kHz; and or the modulation frequency f mod is between 0.001 kHz and 5 kHz, preferably between 0.005 kHz and 4.5 kHz, preferably between 0.01 kHz and 4 kHz, more preferably between 0.05 kHz and 3.5 kHz more preferably between 0.1 kHz and 3 kHz, even more preferably between 1 kHz and 2.5 kHz.
5. Vorrichtung (10, 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zwischen- spule (30, 130) eine zylindrische Gestalt mit vorzugsweise überwiegend konstantem Durchmes- ser hat. 5. Device (10, 100) according to one of the preceding claims, wherein the intermediate coil (30, 130) has a cylindrical shape with a preferably predominantly constant diameter.
6. Vorrichtung (10, 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Länge der Zwischenspule (30, 130) größer als das Vierfache des geringsten Innendurchmessers der Dü- senanordnung (16) ist, vorzugsweise größer als das Fünffache, bevorzugt größer als das Sechsfache. 6. Device (10, 100) according to one of the preceding claims, wherein a length of the intermediate coil (30, 130) is greater than four times the smallest inner diameter of the nozzle arrangement (16), preferably greater than five times, preferably greater than that sixfold.
7. Vorrichtung (10, 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zwischenspule (30, 130) dazu ausgebildet ist, den Schmelzstrahl (24) in wenigstens 70 % einer durch den ge- ringsten Abstand zwischen der Düsenanordnung (16) und der Induktionsspule (20) definierten Strecke zu überhitzen, vorzugsweise wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 90 %. 7. Device (10, 100) according to any one of the preceding claims, wherein the intermediate coil (30, 130) is adapted to the melt jet (24) in at least 70% of a through the smallest distance between the nozzle arrangement (16) and the Induction coil (20) to overheat defined distance, preferably at least 80%, preferably at least 90%.
8. Vorrichtung (10, 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Düsenanord- nung (16) eine Lavaldüse umfasst. 8. Device (10, 100) according to any one of the preceding claims, wherein the nozzle arrangement (16) comprises a Laval nozzle.
9. Vorrichtung (10, 100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Düsenanord- nung (16) eine Ringdüse umfasst. 9. Device (10, 100) according to any one of the preceding claims, wherein the nozzle arrangement (16) comprises an annular nozzle.
10. Vorrichtung (10, 100) nach zumindest den Ansprüchen 8 und 9, wobei die Lavaldüse derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der Schmelzstrahl (24) durch die Lavaldüse von der Schmelzkammer (12) in den Verdüsungsturm (14) tritt und ein Zu- satzgas durch die Lavaldüse von der Schmelzkammer (12) in den Verdüsungsturm (14) strömt, wobei das Zusatzgas den Schmelzstrahl (24) beim Durchströmen der Lavaldüse beschleunigt, und wobei die Ringdüse der Lavaldüse derart nachgelagerte und/oder derart im Bereich der La- valdüse angeordnet ist, dass durch die Ringdüse ein zusätzliches Verdüsungsgas von einer Verdüsungsgasquelle in den Verdüsungsturm (14) strömt, wodurch in einem Bereich einer an den Verdüsungsturm (14) angrenzenden Austrittsöffnung der Lavaldüse ein lokal reduzierter Gegendruck erzeugbar ist, sodass für ein Druckverhältnis D zwischen einem Vordruck Po der Schmelzkammer (12) und dem lokal reduzierten Gegendruck P2 gilt: 10. Device (10, 100) according to at least claims 8 and 9, wherein the Laval nozzle is designed and arranged in such a way that the melt stream (24) passes through the Laval nozzle from the melting chamber (12) into the atomization tower (14) and a - Batch gas flows through the Laval nozzle from the melting chamber (12) into the atomization tower (14), with the additional gas accelerating the melt stream (24) as it flows through the Laval nozzle, and with the annular nozzle downstream of the Laval nozzle and/or in the region of the Laval val nozzle is arranged such that an additional atomizing gas flows through the annular nozzle from an atomizing gas source into the atomizing tower (14), whereby a locally reduced Back pressure can be generated, so that the following applies to a pressure ratio D between an inlet pressure Po of the melting chamber (12) and the locally reduced back pressure P2:
D = P0/P2 ≥ 2. D = P0 /P2 ≥ 2 .
11. Verfahren zum Herstellen von Metallpulver, das die Schritte umfasst: 11. A method of manufacturing metal powder, comprising the steps of:
- Erzeugen eines zu verdüsenden Schmelzstrahls (24) durch Anschmelzen eines Material- stabs (22) mittels einer den Materialstab (22) zumindest abschnittsweise umgebenden Indukti- onsspule (20) in der Schmelzkammer (12), wobei die Induktionsspule (20) mit einer Schmelzfre- quenz fmeit betrieben wird; - Generating a melt jet (24) to be atomized by melting a material rod (22) by means of an induction coil (20) surrounding the material rod (22) at least in sections in the melting chamber (12), the induction coil (20) having a melt fr - frequency fmeit is operated;
- Überhitzen des Schmelzstrahls (24) in einem Bereich zwischen der Induktionsspule (20) und einer Düsenanordnung (16) mittels einer der Induktionsspule (20) nachgelagerten und koa- xial zu der Induktionsspule (20) ausgerichteten separaten Zwischenspule (30, 130), wobei die Zwischenspule (30, 130) mit einer Basisfrequenz fbase betrieben wird, und wobei für ein Fre- quenzverhältnis FBS der Basisfrequenz fbase zu der Schmelzfrequenz fmelt gilt: 1 ≤ FBS = fbase/ fmelt ≤ 500; und - Overheating of the molten jet (24) in a region between the induction coil (20) and a nozzle arrangement (16) by means of a separate intermediate coil (30, 130) downstream of the induction coil (20) and aligned coaxially to the induction coil (20), wherein the intermediate coil (30, 130) is operated at a base frequency f base , and where the following applies to a frequency ratio F BS of the base frequency f base to the melting frequency f melt : 1 ≦F BS = f base /f melt ≦500; and
- Verdüsen des überhitzten Schmelzstrahls (24) mittels der Düsenanordnung (16), wobei die Schmelzkammer (12) über die Düsenanordnung (16) mit einem Verdüsungsturm (14) ver- bunden ist. - Atomizing the superheated molten jet (24) by means of the nozzle arrangement (16), the melting chamber (12) being connected to an atomizing tower (14) via the nozzle arrangement (16).
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