Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigen Granulaten mit temperatur- und korngrössengesteuerter Erstarrung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Granulaten, insbesondere metallischen, bei dem Ausgangsmaterial zunächst in einem Elektroschmelzofen eingeschmolzen, dann aus einer Abstichwanne (20) austretend zerstäubt und nach Erstarrung gehärtet, angelassen und sortiert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung in einer Freibewegungsphase (24) nach der Zerstäubung erfolgt. Die Zerstäubung erfolgt kombiniert mechanisch und hydraulisch.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Granulaten, insbesondere metallischen Strahlmitteln zum Strahlen von Gegenständen, bei dem Ausgangsmaterial zunächst in einem Elektroschmelzofen eingeschmolzen, dann aus einer Abstichwanne austretend zerstäubt und nach Erstarrung gehärtet, angelassen und sortiert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchfürung des Verfahrens.

[0002] Es ist bekannt, Strahlmittel in der Weise herzustellen, daß zunächst ein Gießstrahl durch einen seitlichen Preßwasserstrahl zerstäubt wird und dann die dabei entstandenen Metalltröpfchen in einem Wasserbad abgeschreckt und die Strahlmittelteilchen anschließend in einem Drehrohrofen gehärtet werden. Nachteilig ist hierbei eine sehr starke Schwankung in der Korngröße der entstandenen Strahlmittelteilchen mit häufiger Überschreitung der Grenzkorngrößen sowie eine ungünstige Mengenverteilung zwischen runden und unrunden Strahlmittelteilchen. Weiterhin ist sehr nachteilig, daß die entstandenen Strahlmittelteilchen rissig sind und sowohl sichtbare Risse als auch Haarrisse aufweisen.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die ein quantitativ höheres _! Ausbringen von rißfreien Strahlmittelteilchen bei günstiger, Mengenverteilung zwischen runden und unrunden Teilchen ermöglichen. Des weiteren soll der Gesamtprozeß der Strahlmittelherstellung nach der Erfindung so gestaltet werden, daß auch ein qualitativ höherwertiges Strahlmittel ohne weiche Innenzonen oder Randentkohlungszonen mit gleichmäßiger Härte entsteht.

[0004] Die Hauptaufgabe wird dadurch gelöst, daß die Erstarrung der Strahlmitteltröpfchen in einer Freibewegungsphase nach der Zerstäubung erfolgt. Durch eine Erstarrung in der Freibewegungsphase ergeben sich günstig erstarrte, rißfreie Teilchen von gleichmäßiger Geometrie und gleichmäßigen Größenverhältnissen. So wird erfindungsgemäß ein hohes Ausbringen qualtitativ hochwertiger Strahlmittelteilchen erreicht.

[0005] In Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die Erstarrung in einem gas- und/oder tröpfchenförmigen Kühlmittel, insbesondere in einer durch Sprühdüsen erzeugten Wasserdampf- und/oder Nebelatmosphäre stattfindet. Durch eine Erstarrung in einer Wasserdampf-und/oder Nebelatmosphäre wird gegenüber einer Erstarrung an Luft die Erstarrungsgeschwindigkeit erheblich vergrößert, bleibt aber wesentlich kleiner als in einem Wasserbad. Die Teilchen können daher in der Wasserdampf-und/oder Nebelatmosphäre vollständig erstarren und gelangen erst, wenn sie fest sind, so daß sich ihre Form nicht ändert, rißfrei auf ein Transportmittel. Die schnellere Erstarrung gegenüber der Erstarrung in Luft hat dabei erstaunlicherweise keinen ungünstigen Einfluß auf die Rißfreiheit der erzeugten Teilchen.

[0006] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zerstäubung kombiniert mechanisch und hydraulisch sowie insbesondere durch Änderung der mechanischen und hydraulischen Parameter regelbar erfolgt. Durch eine kombinierte mechanische und hydraulische Zerstäubung wird vorteilhaft eine gezieltere und gleichmäßigere Zerstäubung als bei einer reinen Wasserstrahlzerstäubung erreicht. Es ergeben sich immer gleiche Flugbahnen durch konstante Anfangsgeschwindigkeiten, so daß eine wesentlich gezieltere Erstarrungsführung möglich ist als bei einer reinen Wasserstrahlzerstäubung. Durch Verstellung, z.B. eine Höhenverstellung und eine Vertikalverstellung sowie durch Drehzahländerungen der mechanischen Zerstäubungsvorrichtung, lassen sich unterschiedliche Erstarrungsflugbahnen einstellen. So ist eine vorteilhafte gezielte Steuerung der Erstarrung der Strahlmittelteilchen möglich. Eine weitere Steuerung erfolgt durch die Veränderung des zusätzlichen Zerstäubungswasserstrahls, oder der zusätzlichen Zerstäubungswasserstrahlen.

[0007] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erzeugten Strahlmittelteilchen je nach Korngrößenklasse mit unterschiedlicher Verweildauer gehärtet und angelassen werden. Durch eine Härtung der unterschiedlich großen Strahlmittelteilchen mit angepaßter Verweildauer wird erreicht, daß die Teilchen jeweils so lange der Härtetemperatur ausgesetzt sind, wie notwendig. Ebenso wird beim Anlaßvorgang verfahren. So wird eine vollständige Entkohlung ebenso wie eine Randentkohlung vermieden. In gleicher Weise wird das Auftreten von weichen Kernen mit harten Schalen, die zu einem früheren Brechen der Körner führen vermieden. Es ergibt sich für alle Korngrößen ein vorteilhaft gut durchgehärtetes Korn.

[0008] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ausgangsmaterial dem Elektroschmelzofen in Form von metallisch reinem Einsatz zugegeben wird, daß als Elektroschmelzofen ein Induktionstiegelofen und daß als Erstarrungsraum eine Wassersprüh- oder Nebelkammer und daß ein Härteofen und ein Anlaßofen mit einer oder mehreren geschwindigkeitsregelbaren Härtebahnen verwendet werden. Durch die Kombination dieser Maßnahmen und Vorrichtungen ergibt sich eine bisher unerreicht gute Qualität des hergestellten Strahlmittels, wobei insbesondere die C, P und S-Gehalte im Gegensatz zu der Verwendung von Schrott und dem Aufschmelzen in einem Lichtbogenofen sehr genau eingehalten werden könne.

[0009] Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Wassersprüh- oder Nebelkammer zur gesteuerten Erstarrung des Strahlmittels aufweist. So ist die erfindungsgemäße gesteuerte Erstarrung mit ihren positiven Eigenschaften auf die Qualität des Strahlmittels erreichbar.

[0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die mechanische Zerstäubungsvorrichtung ein gegenüber dem Austrittsstrahl der Abstichpfanne verstellbares, insbesondere vertikal verstellbares und geschwindigkeitsregelbares Zerstäubungsrad aufweist, wobei das Zerstäubungsrad vorteilhaft wassergekühlt ist. Durch ein Zerstäubungsrad kann vorteilhaft einfach eine mechanische Zerstäubung durchgeführt werden. Eine Wasserkühlung vermeidet dabei eine zu hohe Erwärmung des Zerstäubungsrades. Durch die Verstellbarkeit ist bei der Zerstäubung eine Beeinflussung der Flugbahn der flüssigen Tröpfchen in der Weise möglich, daß die Flugbahn mit Sicherheit nicht vor der Erstarrung der Tröpfchen auf einen Förderer oder in ein Wasserbad führt. So können die ; Tröpfchen vollständig undeformiert und rißfrei erstarren und der Anteil hochwertiger, runder und rißfreier Strahlmittelteilchen ist entsprechend hoch.

[0011] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an dem Zerstäubungsrad ein oder mehrere, vorzugsweise mittels Flachdüsen erzeugte, Wasserstrahlen angreifen. So ist eine optimale Zerstäubung und Kühlung des Zerstäubungsrades gewährleistet.

[0012] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wassersprühkammer insbesondere in Wurfparabelrichtung des Zerstäubungsrades angeordnete, sowie weitere Wassersprühdüsen und einen vorzugsweise als Schwingförderer oder Schwingrinne ausgebildeten Boden aufweist. Die Sprühdüsen ermöglichen vorteilhaft einfach die Bildung der erfindungsgemäß notwendigen Wasserdampf und/oder Nebelatmosphäre zur schnellen gesteuerten Abkühlung mit der Folge der vorteilhaften rißfreien Flugerstarrung und der Schwingförderer sorgt für einen sofortigen schonenden Abtransport der gebildeten Strahlmittelteilchen aus der Wassersprühkammer.

[0013] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstichpfanne mit einer Auslaßdüse ausgerüstet ist, die keinen Kreisquerschnitt aufweist und vorzugsweise auswechselbar ist. Durch die Ausbildung der Auslaßdüse als Flachdüse o.ä. ergibt sich eine besonders günstige Form des Gießstrahles, die für eine gleichmäßige Zerstäubung mit parallelen Flugbahnen sorgt. So wird die Gleichmäßigkeit der gebildeten Metalltröpfchen noch weiter gefördert. Die Flachdüse o.a., die z.B. aus Zirkonoxyd besteht, ist aus Kostengründen als Einsatzteil ausgebildet. Bei Verschleiß ist sie leicht auswechselbar. Auch hierdurch wird eine gleichmäßig hohe Produktqualität über lange Zeit gefördert. Die üblichen periodischen Schwankungen in den Korngrößen und in der Kornausbildung bei den bekannten Herstellverfahren für Strahlmittel durch starken Düsenverschleiß und dadurch bedingte ungleich dicke Gießstränge werden vermieden.

[0014] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Form der Auslaßdüse eine Ellipsen-, eine Bananen- oder vorzugsweise eine Rechteckform aufweist. So ergibt sich eine besonders günstige, auf das Zerstäubungsrad abgestimmte Gießstrahlform, die zu einem maximalen Ausbringen führt.

[0015] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß. der Härte- und der Anlaßofen eine oder mehrere parallele Durchlaufbahnen mit regelbaren Durchlaufgeschwindigkeiten aufweist. Hierdurch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die Verweilzeit im Härteofen entsprechend den einzelnen Größen der Strahlmittelteilchen einzustellen und so ein auch in den Grenzkorngroßen optimal gehärtetes und nicht randentkohltes Korn zu erhalten.

[0016] Die Erfindung wird in Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.

[0017] Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 das bekannte Herstellverfahren,

Fig. 2 das erfindungsgemäße Herstellverfahren scwie

Fig. 3 die Wassersprühkammer mit Zerstäubungsvorrichtung und

Fig. 4 die Profilierung des Zerstäubungsrades.

[0018] In Fig. 1 bezeichnet 1 das Einsatzmaterial, hier bei dem bekannten Verfahren Stahlschrott und 2 den Elektroschmelofen, hier bei dem bekannten Verfahren ein Lichtbogenofen. Aus dem Lichtbogenofen 2 gelangt der flüssige Stahl in die Abstichpfanne 3, aus der er durch eine Runddüse vertikal nach unten austritt und von der Wasserstrahlvorrichtung 4, mit z.B. drei Wasserstrahlen, zerstäubt wird. Noch flüssig gelangen die Tröpfchen in das Wasserbad 5, aus denen sich nach der Erstarrung durch ein Becherwerk 6 o.ä. in Teilchenform entnommen und einem Drehofen 7 zur Trocknung aufgeben werden. Anschließend an die Trocknung erfolgt eine Absiebung der ungeeigneten Korngrößen sowie eine Trennung in runde oder eckige Teilchen, die getrennt weiter behandelt werden.

[0019] Die beiden Qualitäten werden nun in Vorratsbehältern 10 gelagert und abwechselnd weiter verarbeitet. Zunächst werden sie nun einem Härtedrehofen 11 aufgegeben, aus dem sie in das Abschreckbecken 12 gelangen. Dem Abschreckbecken 12 wird das gehärtete Material z.B. durch einen Schneckenförderer 13 entnommen und einem weiteren Troclc- nungsdrehofen 14 zugeführt, aus dem die Qualität shot direkt einem Anlaßofen 16 zugeführt wird, um dann in Korn- größenklassen getrennt, zwischengespeichert, verwogen und verpackt zu werden.

[0020] Die Qualitität grit wird vor dem Anlassen, also im spröden und leicht brechenden Zustand, einer Walzenmühle 15 aufgegeben, aus der es in den Anlaßofen 16 gelangt. Anschließend an diesen wird auch dieses Material in Korngrößenklassen aufgeteilt, zwischengespeichert, gewogen und verladen.

[0021] Bei dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren gelangt das Einsatzmaterial 34, hier niedrig legierter Schrott, unter gezielter Zugabe von C und Mn zunächst in den Induktionstiegelofen 35 und wird aufgeschmolzen. Aus dem Induktionstiegelofen 35 gelangt das Material dann in die Zerstäubungs- und Abkühlvorrichtung 31, die in Fig. 3 näher erläutert ist. Aus der Zerstäubungs- und Abkühlvorrichtung 31 gelangen die Strahlmittelteilchen durch Restwärme getrocknet, entsprechend dem bekannten Verfahren ebenfalls zu einer Absiebung 37. Eine Aufteilung in die beiden Qualitäten kann entfallen, da praktisch nur die shot Qualität erzeugt wird.

[0022] Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren erfolgt nun die Härtung in dem Härteofen 39 auf unterschiedlichen Bahnen 40 mit unterschiedlichen Durchlaufgeschwindigkeiten für die einzelnen Korngrößenklassen. Von den einzelnen Härtebahnen gelangen die Teilchen in das Härtebad 42, von wo aus die Teilchen direkt dem Anlaßofen 44 zugeführt werden. Auch hier wird im bekannter Weise das Material dann in Größenklassen aufgeteilt, zwischengespeichert, verwogen und verpackt.

[0023] In Fig. 3 ist mit weiteren Details die Zerstäubungs- und Abkühlvorrichtung erläutert. Unter der Abstichpfanne 20 mit dem schmelzflüssigen Inhalt 21 befindet sich das Zerstäubungsrad 23. Aus der Abstichpfanne 20 ergießt sich der Gießstrahl 22 aus einer Flachdüse, die vorzugsweise auswechselbar ausgebildet ist, auf das wassergekühlte Zerstäubungsrad 23 und wird hier in eine schematisch eingezeichnete Metall-Tröpfchenwolke zerstäubt. Das Zerstäubungsrad 23, das sich entsprechend dem Bewegungspfeil 28 dreht, ist entsprechend der Verstellpfeile 29 höhen- und seitenverstellbar. Die zerstäubten Metalltröpfchen durchfliegen, vom Zerstäubungsrad abgeschleudert, die Wasserdampf- und Nebelatmosphäre, die durch die Feinstzerstäubungsdüsen 25 erzeugt wird und erstarren im Flug, d.h. in überwiegend runder Form. Im festen Zustand sammeln sie sich nach der Erstarrung auf dem Boden der Abkühlvorrichtung 31, der als Austrags-Schwingförderer 26 ausgebildet ist und sich entsprechend dem Bewegungspfeil 27 bewegt.

[0024] Das Wasser aus den Feinstsprühdüsen 25 sammelt sich teils in kondensierter Form auf dem Schwingförderer 26 und wird an der Unterseite entsprechend dem Pfeil 30 abgezogen oder steigt in Dampfform in einen Sammeldom im Oberteil der Abkühlvorrichtung 31 auf und wird von dort abgeführt.

[0025] Zur Unterstützung der Zerstäubung auf dem Zerstäubungsrad 23 dient ein horizontaler Hilfs-Zerstäubungswasserstrahl, der die Regelbarkeit weiter verbessert und das Zerstäubungsrad 23 gleichzeitig kühlt.

[0026] Die nähere Ausgestaltung des Zerstäubungsrades 23 zeigt Fig. 4. Die zylindrische Zerstäubungsfläche 32 ist mit erhöhten Seiten versehen. Hierdurch wird erreicht, daß die flüssigen Metalltröpfchen nicht nach der Seite, sondern lediglich in Umfangsrichtung abgeschleudert werden. Zur Vergrößerung der Führungswirkung weist das Zerstäubungsrad 23 weiterhin seitliche Wasserstrahlen 33 auf, die gleichzeitig die Kühlung des Zerstäubngsrades 23 übernehmen.

[0027] Die vorstehend geschilderte Erfindung ist vornehmlich auf die Erzeugung von rißfreien Strahlmitteln und ähnlichen Produkten gerichtet. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können mit ihr auch Metallpulver aller Art hergestellt werden, insbesondere solche, bei denen eine gleichmäßige Geometrie und ein homogenes inneres Gefüge verlangt wird. Die Abkühlung in der erfindungsgemäßen Wasserdampf- und/oder Nebelatmosphäre ist nicht zwingend und kann auch durch Abkühlung in Gasen ersetzt werden. In allen Fällen ergeben sich die Vorteile der gesteuerten Abkühlung auf einer Freiflugbahn.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Granulaten, insbesondere metallischen, bei dem Ausgangsmaterial zunächst in einem Flektroschmelzofen eingeschmolzen, dann aus einer Abstichwanne austretend zerstäubt und nach Erstarrung gehärtet, angelassen und sortiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung in einer Freibewegungsphase nach der Zerstäubung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung in einem gas-und/oder tröpfchenförmigen Kühlmittel, insbesondere in einer durch Sprühdüsen erzeugten Wasserdampf- und/oder Nebelatmosphäre stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung kombiniert mechanisch und hydraulisch erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung durch Änderung der mechanischen und hydraulischen Parameter regelbar erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Strahlmittelteilchen je nach Korngrößenklasse mit unterschiedlicher Glüh-Verweildauer gehärtet und angelassen werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial dem Elektroschmelzofen in Form von metallisch reinem Einsatz zugegeben wird, daß als Elektroschmelzofen ein Induktionstiegelofen und daß als Erstarrungsraum eine Wassersprüh- oder Nebelkammer und daß ein Härteofen mit einer oder mehreren geschwindigkeitsregelbaren Härtebahnen verwendet wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Wassersprüh-oder Nebelkammer (31) zur gesteuerten Erstarrung des Strahlmittels aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein gegenüber dem Austrittsstrahl (22) der Abstichpfanne (20) verstellbares, insbesondere vertikal verstellbares und geschwindigkeitsregelbares Zerstäubungsrad (23) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäubungsrad (23) wassergekühlt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zerstäubungsrad (23) ein oder mehrere, vorzugsweise mittels Flachdüsen erzeugte, Wasserstrahlen angreifen.

11. Einrichtung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassersprühkammer (31), insbesondere in Wurfparabelrichtung des Zerstäubungsrades angeordnete, sowie weitere Wassersprühdüsen (25) und einen vorzugsweise als Schwingförderer (26) oder Schwingrinne ausgebildeten Boden aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichpfanne (20) mit einer Auslaßdüse ausgerüstet ist, die keinen Kreisquerschnitt aufweist und vorzugsweise auswechselbar ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Auslaßdüse eine eine Ellipsen-, eine Bananen-oder vorzugsweise eine Rechteckform aufweist.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteofen (39) und der Anlaßofen (44) eine oder mehrere parallele Durchlaufbahnen mit regelbaren Durchlaufgeschwindigkeiten aufweist.

Zeichnung