VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON GRANULATEN AUS EINER METALLSCHMELZE

Abstract

 Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze, bei dem ein Schmelzestrahl ausgebildet und die Schmelze oberhalb des Strahlaustritts der Einwirkung eines veränderlichen elektromagnetisehen Feldes ausgesetzt wird, das sich nach einem vorgeschriebenen Gesetz der Änderung in der Zeit ändert, wobei die Richtung des Vektors E x H dieses Feldes mit der Richtung des Vektors der Strahlaustrittsgeschwindigkeit zusammenfällt, worin E - Vektor der Stärke des elektromagnetischen Feldes und H - Vektor der Stärke des magnetischen Feldes bedeuten, was zur Erzeugung einer sich proportional zu dem vorgeschriebenen Gesetz der Änderung des elektromagnetischen Feldes ändernden elektromagnetischen Volumenkraft in der Schmelze führt, die einen erzwungenen Zerfall des Strahls in einzelne Tropfen einleitet. Die Schmelze oberhalb des Strahlaustritts wird der Einwirkung einer Folge von Impulsen der elektromagnetischen Volumenkraft mit einer Impulsfolgeperiode, die der Periode des Selbstzerfalls des Strahls gleich ist, ausgesetzt, wobei die Anzahl der Tropfen, die in dieser Periode hergestellt werden, durch die Anzahl der Impulse in einer Folge bestimmt wird, und die Tropfengrösse den Zeitabständen zwischen den Impulsen in einer Folge proportional ist. Die Vorrichtung enthält einen Behälter (1) für die Metallschmelze und einen Rüssel(2), der durch seine Enden mit dem Behälter (1) verbunden ist, eine geschlossene ringförmige Schmelzrinne bildet, welche eine Induktionsspule (3) umfasst, die mit einer ersten elektrischen Stromquelle (4) elektrisch verbunden ist, Der Rüssel (2) enthält einen Abschnitt mit zumindest einer im Spalt eines Elektromagneten (6) befindlichen Öffnung (5), welcher mit einer zweiten elektrischen Stromquelle (7) elektrisch verbunden ist, wobei die beiden elektrischen Stromquellen (4, 7) miteinander elektrisch verbunden sind. Die erste und die zweite elektrische Stromquelle sind mit programmierbaren Parametern ausgefürt und miteinander unmittelbar elektrisch verbunden.

Beschreibung

Gebiet der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Hüttenwesen und betrifft insbesondere Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze und Vorrichtung für die Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze.

Zugrundeliegender Stand der Technik

[0002] Es ist bekannt, dass eine Vergrösserung des Legierungsrades von festen Lösungen bis zu einer Konzentration, die oberhalb der Löslichkeitsgrenze liegt, sowie eine intensive Abkühlung derselben zur wesentlichen Erhöhung der Festigkeit des herzustellenden Metalls führt.

[0003] Besonders wirksam kann man diese Arbeitsgänge durch Schmelzen in einem Induktionsofen, Umrühren und Trennung der Schmelze in Teilchen mit anschliessender Kristallisation durchführen. Die Dispergierung der Schmelze und die hohen Geschwindigkeiten der Kristallisation von Teilcken gestatten es, überschüssige Konzentrationen der zu legierenden Metalle zu erhalten und diese im Material gleichmässig zu verteilen.

[0004] Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze bekannt, das die Ausbildung eines freien Strahls aus der Schmelze vorsieht. Oberhalb des Strahlaustrittes wird die Schmelze der Einwirkung eines veränderlichen elektromagnetischen Feldes mit vorgeschriebener Änderung desselben in der Zeit zur Erzeugung der elektromagnetischen Volumenkräfte ausgesetzt, welche auf die Schmelze mit der Häufigkeit des Selbstzerfalls des freien Strahls in Tropfen einwirken und auf diese Weise einen erzwungenen Zerfall des freien Strahls in Tropfen einleiten. Diese elektromagnetischen Vclumenkräfte ändern sich im Bereich der Schwingungsperiode des elektromagnetischen Feldes nach einer Kurve, deren Abschnitte der Vergrösserung, der Verminderung bis zu einem maximalen negativen Wert und der Abschnitt der Rückführung zu dem Nullwert entsprechend 0,6 bis 0,7, 0,1 bis 0,2 und 0,2 bis 0,3 der Periode (DE,C,3116792) betragen.

[0005] Es ist auch eine Vorrichtung für die Herstellung von Granalien aus der Metallschmezle bekannt, die einen Behälter für die Metallschmelze und einen Rüssel enthält, der mit seinen Enden mit dem Behälter verbunden ist, eine geschlossene ringförmige Schmelzrinne bildet und einen Abschnitt mit einer im Spalt eines Elektromagnetes befindlichen Öffnung hat. Die ringförmige Schmelzrinne umfasst eine Induktionsspule, welche an die Ausgänge einer elektrischen Stromquelle einer rechteckigen Form angeschlossen ist. Die Eingänge dieser Stromquelle sind an die Ausgänge einer Steuereinheit angeschlossen, deren Eingänge an die Ausgänge der elektrischen Stromquelle angeschlossen sind, die mit dem genannten Elektromagnet über eine Sättigungsdrossel (DE, C, 3116792) elektrisch verbunden ist.

[0006] Die oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze und Vorrichtung für seine Durchführung gestatten es, Granalien von nur einer Grösse herzustellen. Bei diesem Verfahren wird innerhalb einer Schwingungsperiode des elektromagnetischen Feldes, die der Periode des Selbstzerfalls des Strahls gleich ist, jeweils eine Granalie aus jeder Öffnung gewonnen.

[0007] Bei der Verwendung von gleichgrossen Granalien (beim Vorliegen einer monodispersen Zusammensetzung) in den nachfolgenden technologischen Arbeitsgängen, welche eine Druckverformung, z.B., Strangpressen vorsehen, bleiben zwischen den Teilchen nicht gefüllte Räume (Hohlräume), die mit dem Teilchenvolumen messbar sind. Während des Strangpressens sammeln sich in diesen Räumen verschiedene schädliche Einschlüsse (Oxide an der Oberfläche der Granalien - intermetallische Verbindungen) an. Die Qualität des strangzupressenden Materials wird verbessert, wenn die genannten Räume mit Teilchen einer geringeren Grösse gefüllt werden, die mit ihrer Form sich in den Raum zwischen den benachbarten grösseren Teilchen einfügen müssen; das ist beim Strangpressen eines Halbfabrikates in Granalienform mit einer genau vorgegebenen polydisperser Zusammensetzung, d.h., der Granalien einer vorgegebenen Grösse und Form möglich.

[0008] Das Halbfabrikat in Granalienform mit einer vorgegebenen polydispersen Zusammensetzung kann besonders wirksam unter gleichzeitigem Ansammeln von Granalien unterschiedlicher vorgegebener Grösse in einem und demselben Raum zusammengestellt werden. Anderenfalls, d.h., bei einem zwangsläufigen Vermischen von monodispersen Granalien unterschiedlicher Grösse ist eine Seigerung von grösseren und von kleineren Granalien unvermeidlich, was zu einer Verschlechterung der Qualität der herzustellenden Erzeugnisse sogar im Vergleich zum Strangpressen der Teilchen mit einer rein monodis^persen Zusammensetzung führt.

[0009] Im Zusammenhang mit dem Obendargelegten entstand das Problem der Herstellung eines Halbfabrikates in Granalienform mit einer vorgegebenen polydispersen Zusammensetzung.

Offenbarung der Erfindung

[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze sowie eine Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei denen die Einwirkung des elektromagnetischen Feldes auf die Metallschmelze am Strahlaustritt so verwirklicht wird, dass Granalien mit einer vorgegebenen polydispersen Zusammensetzung hergestellt werden können.

[0011] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze, bei dem ein Strahl der Metallschmelze ausgebildet und die Schmelze oberhalb des Strahlaustrittes der Einwirkung eines veränderlichen elektromagnetischen Feldes ausgesetzt wird, das sich nach einem vorgeschriebenen Gesetz in der Zeit ändert, wobei die Richtung des Vektors E x H dieses Feldes mit der Richtung des Vektors der Strahlaustrittsgeschwindigkeit zusammenfällt, worin E - Vektor der Stärke des elektromagnetischen Feldes und H - Vektor der Stärke des magnetischen Feldes bedeuten, was zur Erzeugung einer sich proportional zu dem vorgeschriebenen Gesetz der Änderung des elektromagnetischen Feldes ändernden elektromagnetischen Volumenkraft in der Schmelze führt, die einen erzwungenen Zerfall des Strahls in einzelne Tropfen einleitet, welche anschliessend bis zur Kristallisation unter Herstellung von Granalien abgekühlt werden, erfindungsgemäss die Schmelze oberhalb des Strahlaustritts der Einwirkung einer Impulsfolge der elektromagnetischen Volumenkraft mit einer Impulsfolgeperiode, die der Periode des Selbstzerfalls des Strahls gleich ist, ausgesetzt wird, wobei die Anzahl der Tropfen, die in dieser Periode hergestellt werden, durch die Anzahl der Impulse in einer Folge bestimmt wird, und die Tropfengrösse den Zeitabständen zwischen den Impulsen in einer Folge proportional ist.

[0012] Es wird eine Vorrichtung für die Herstellung von metallischen Granalien vorgeschlagen, die einen Behälter für die Metallschmelze und einen Rüssel enthält, der mit seinen Enden mit dem Behälter verbunden ist, eine geschlossene ringförmige Schmelzrinne bildet, welche eine Imduktionsspule umfasst, die mit einer ersten elektrischen Stromquelle elektrisch verbunden ist, und einen Abschnitt mit zumindest einer im Spalt eines Elektromagnetes befindlichen Öffnung aufweist, welcher mit einer zweiten elektrischen Stromquelle elektrisch verbunden sit, wobei die beiden elektrischen Stromquellen miteinander elektrisch verbunden sind; in dieser Vorrichtung sind erfindungsgemäss die erste und die zweite elektrische Stromquelle mit programmierbaren Parametern ausgeführt.

[0013] Es ist zweckmässig, dass jede elektrische Stromquelle mit programmierbaren Parametern einen Steuerschalter, einen Digital-Analog-Wandler und einen Leistungsverstärker enthält, die in Reihe untereinander elektrisch Verbunden sind, wobei der Ausgang des Leistungsverstärkers als Eingang der elektrischen Stromquelle mit programmierbaren Parametern dient, und die Steuerschalter der ersten und der zweiten elektrischen Stromquelle mit programmierbaren Parametern miteinander verbunden sind.

[0014] Eine s^plche Schaltungsanordnung gestattet es, an den Ausgängen der Stromquellen mit programmierbaren Parametern einen Strom zu erzeugen, der sich praktisch nach einem beliebigen im voraus vorgeschriebenen Gesetz ändert, das eine entsprechende Änderung der Vektoren E oder H oder der beiden Vektoren gleichzeitig gewährleistet.

[0015] Es ist ebenso zweckmässig, dass die Vorrichtung einen zweiten unterhalb der Öffnung des Rüssels angeordneten Elektromagnet, der mit einer dritten elektrischen Stromquelle mit programmierbaren Parametern elektrisch verbunden ist, welche mit der ersten und mit der zweiten elektrischen Stromquelle mit programmierbaren Parametern elektrisch verbunden ist, sowie einen Kristallisator hat, der im Spalt des zweiten Elektromagnetes untergebracht und aus einem elektrischen nichtleitenden Material hergestellt ist.

[0016] Dadurch kann durch die Einwirkung des magnetischen Feldes auf einen frei fallenden flüssigen Tropfen nach einem vorgeschriebenen Gesetz der Änderung in der Zeit diesem Tropfen vor der Kristallisation die erforderliche Form, u.z. von einer verlängerten Tropfen- bis zu einer Scheibenform verliehen werden.

[0017] In den Fallen, wo es notwendig wird, die herzustellenden Granalien unterschiedlicher Grösse zu sortieren, ist es zweckmässig, dass die Vorrichtung einen als Abscheider dienenden Kristallisator hat, der unterhalb der Öffnung des Rüssels angeordnet und in seinem oberen Teil mit einer Druckgasquelle verbunden ist.

[0018] Dadurch wird es möglich, mittels eines gerichteten Gasstromes die freifallenden flüssigen Tropfen vor der Kristallisation nach Grössen zu gruppieren und diese in verschiedene Zellen zur Verteilung nach Grössen zuzuleiten.

[0019] Die erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze und Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens gestatten bei einer verhältnismässig einfachen Durch- und Ausführungsform es, innerhalb einer Periode des freien Zerfalls des Strahls Granalien mit mehreren vorgegebenen Grössen und dergleichen Form sowohl aus Metallen mit einer verhältnismässig niedriger Schmelztemepratur (Zinn, Blei usw.), als auch aus Metallen mit einer verhältnismässig hohen Schmelztemperatur (Aluminium, Zink und andere) herzustellen.

[0020] Die erfindungsgemässen Verfahren und Vorrichtung gestatten es ausserdem bei der Herstellung von Granalien sowohl die Grösse, als auch die Form der Granalien zu ändern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0021] Nachstehend wird die Beschreibung eines konkreten Durch- und AusfÜhrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt. Es zeigen:

Fig. 1 - in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze;

Fig. 2 - dieselbe, mit einem im Spalt des zweiten Elektromagneten angeordneten Kristallisator;

Fig. 3 - Kurvenänderungen in der Zeit a) des elektrischen Stroms J in der Schmelze; b) der Induktion B des magnetischen Feldes im Spalt eines Elektromagneten; c) der elektromagnetischen Volumenkraft F, welche einen Zerfall des Strahls einleitet; d) Schema des erzwungenen Strahlzerfalls;

Fig. 4 a, b - ein Schema der Einwirkung der Kräfte, welche eine Änderung der Granalienform beeinflussen.

Bevorzugte Durch- und Ausführungsvariante der Erfindung

[0022] Das Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze wird wie folgt durchgeführt. Es wird ein runder Strahl aus der Schmelze ausgebildet, und die Schemlze wird oberhalb des Strahlaustrittes der Einwirkung einer Impulsfolge eines veränderlichen elektromagnetischen Feldes ausgesetzt, das sich mit einer vorgeschriebenen Änderung in der Zeit ändert. Die Richtung E x H dieses Feldes fällt mit der Vektorrichtung der Ausfliessgeschwindigkeit des Strahls zusammen. In der Schmelze entsteht eine sich proportional dem Wert E x H ändernde elektromagnetische Volumenkraft, welche einen Zerfall des Strahls in Einzeltropfen einleitet. Die Impulsfolgeperiode ist der Zeit des Selbstzerfalls des Strahls gleich. Die Anzahl der Tropfen, die in dieser Periode gewonnen werden, ist der Impulszahl in einer Folge gleich, und die Grösse der Tropfen ist den Zeitabständen zwischen den Impulsen in einer Folge proportional. Das Wesen des Verfahrens wird eingehender bei der Beschreibung der Wirkungsweise der Vorrichtung erläutert, mit welcher dieses Verfahren durchgeführt wird.

[0023] Die Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Granalien enthält einen Behälter 1 (Fig. 1 ) für die Metallschmelze. Mit diesem Behälter ist durch seine Enden ein Rüssel 2 verbunden, der eine geschlossene ringförmige Schmelzrinne bildet, welche eine Induktionsspule 3 umfasst, die mit einer ersten elektrischen Stromquelle 4 mit programmierbaren Parametern elektrisch verbunden ist. Der Rüssel 2 hat einen Abschnitt mit Öffnungen 5 zur Ausbildung eines freien Strahls aus der Metallschmelze. Diese Öffnungen 5 des Rüssels 2 befinden sich im Spalt eines Elektromagnetes 6, der mit einer zweiten elektrischen Stromquelle 7 mit programmierbaren Parametern elektrisch verbunden ist. Die Stromquellen 4 und 7 sind elektrisch miteinander verbunden.

[0024] Die elektrischen Stromquellen 4 und 7 sind identisch ausgeführt; deshalb gilt alles, was sich in der nachstehenden Beschreibung auf eine dieser Stromquellen bezieht, gleichermassen die andere Stromquelle.

[0025] Die elektrische Stromquelle 4 mit programmierbaren Parametern enthält einen Steuerschalter 8, einen Digital-Analog-Wandler 9 und einen Leistungsverstärker 10. Der Steuerschalter 8 ist mit seinem Ausgang an den Eingang des Digital-Analog-Wandlers 9 angeschlossen, dessen Ausgang an den Eingang des Leistungs-Verstärkers 10 angeschlossen ist. Die Ausgänge des Leistungsverstärkers 10 sind an die Wicklung der Induktionsspule 3 angeschlossen. Der Ausgang des Leistungsverstärkers 10 der zweiten elektrischen Stromquelle 9 ist an die Wicklung des Elektromagnetes 6 angeschlossen. Die Steuerschalter 8 sind mittels Synchronisierungskreise miteinander verbunden. Als Steuerschalter können Mikrorechner mit für diese Zwecke geeigneten Kenndaten verwendet werden. Die Leistungsverstärker und die Digital-Analog-Wandler können nach einer beliebigen bekannten für diese Zwecke geeigneten Schaltunganardnung ausgeführt werden. Unterhalb der Öffnung 5 ist ein zweiter Elektromagnet 11 (Fig. 2) angeordnet. Er wird unterhalb der Öffnung 5 so angebracht, dass sich dessen Luftspalt 12 genau unterhalb der. Öffnung 5 befindet. Im Luftspalt 12 des Elektromagnetes 11 ist ein Kristallisator 13 angeordnet. Der Kristallisator 13 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt, um eine Abschirmung des magnetischen Feldes auszuschliessen. Die Widklung des Elektromagnetes 11 ist an den Ausgang einer dritten elektrischen Stromquelle 14 mit programmierbaren Parametern angeschlossen. Die dritte elektrische Strömquelle 14 mit programmierbaren Parametern ist ähnlich der ersten Stromquelle 4 und der zweiten Stromquelle 7 ausgeführt. Die elektrische Stromquelle 14 mit programmierbaren Parametern enthält einen Steuerschalter 8, einen Digital-Analog-Wandler 9 und einen Leistungsverstärker 10, dessen Ausgang an die Wicklung des Elektromagnetes 11 angeschlossen ist. Die Verwendung der elektrischen Stromquelle 14 mit programmierbaren Parametern gestattet es, auf die Änderung der Form von frei fallenden Tropfen in einem Bereich von der Tropfen- bis zur Scheibenform zielgerichtet einzuwirken.

[0026] Falls es notwendig ist, während der Herstellung der Granalien diese nach Kornfraktionen (nach der Korngrösse) au klassieren, wird unterhalb der Öffnung 5 in deren Nähe ein als Abscheider dienender Kristallisator 15 (Fig. 1) angeordnet, der zur Trennung der Fraktionen sowie zur anschliessenden Abkühlung und der Kristallisation verwendet wird. Der als Abscheider dienende Kristallisator 15 enthält ein Gehäuse 16 mit einer Trennwand 17 darin, welche im Gehäuse 16 Zellen zum Sammeln von gleichgrossen Fraktionen bildet. Die Anzahl der Zellen ist der Anzahl der beim Zerfall eines Strahls gewonnenen Fraktionen gleich.

[0027] Im Oberteil des Gehäuses 16 ist oberhalb der Trennwand 17 eine Durchgangsbohrung 18 vorgesehen, über welche der Hohlraum des Gehäuses 16 mit einer Druckgasquelle (in Fig. nicht wiedergegeben) verbanden ist.

[0028] Die Vorrichtung zur Herstellung von Granalien wird wie folgt betrieben.

[0029] Die zur Granulierung bestimmte Metallschmelze wird in den Behälter 1 zugeführt. Aus dem Behälter 1 gelangt die Schmelze in einen Rüssel 2, indem sie diesen völlig füllt.

[0030] Der Spiegel der Metallschmelze wird im Behälter 1 mittels eines beliebigen bekannten Reglers des Flüssigkeitsspiegels eingestellt.

[0031] Die Erzeugung der elektromagnetischen Volumenkraft F mit einer vorgeschriebenen Änderung wird anhand eines Beispiels für die Wechselwirkung des elektrischen Stroms im der Schmelze und des magnetischen Feldes im Spalt des Elektromagnetes 6 mit konkreten vorgeschriebenen Änderungen erläutert, die in Fig. 3 gezeigt sind.

[0032] Von der elektrischen Stromquelle 4 mit programmierbaren Parametern wird die Wiclung der Induktionsspule 3 gespeist, welche den durch die im Rüssel 2 obehalb der Öffnung 5, d.h. oberhalb des Strahlaustrittes befindliche Schmelze fliessenden elektrischen Strom J nach einem vorgeschriebenen Gesetz der Änderung in der Zeit τ als eine aus zwei Impulsen bestehende Folge (Fig. 3a) induziert. Der erste Impuls der Impulsfolge (in Form positiven Halbwelle) des elektrischen Stromes hat eine Amplitude J₁ und eine Dauer Δτ₁, während der nachfolgende Impuls, der in seiner Form dem ersten Impuls ähnlich ist, eine Amplitude J₂ und eine Dauer T₂ hat. Der Zeitabstand zwischen den Impulsen beträgt Δτ.

[0033] Gleichzeitig werden von der elektrischen Stromquelle 7 mit programmierbaren Parametern in die Wicklung des Elektromagnetes 6 Impulse des elektrischen Strom mit Parametern eingegeben, welche die Erzeugung eines mit dem elektrischen Strom in der Schmelze synchronen magnetischen Feldes im Luftspalt des Elektromagnetes 6. gewährleisten, wobei die zeitliche Änderung der Induktion B des magnetischen Feldes den Charakter einer Folge von Rechteckimpulsen (Fig. 3b) trägt.

[0034] Der durch die im Rüssel 2 befindliche Metallschmelze fliessende elektrische Strom ist relativ zu dem Vektor der magnetischen Feldstärke H im Spalt des Elektromagnetes 6 und zu der Längsachse der Öffnung 5 orthogonal.

[0035] Dadurch wird in der Schmelze ein veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugt, dessen elektrische E Feldstärke dem Strom I und die magnetische H Feldstärke der Induktion B prpportional sind. Von diesem Feld wird seinerseits das Entstehen einer elektromagnetischen Volumenkraft F in der Schmelze herbeigeführt, welche Kraft längs der Achse der Öffnung 5 wirkt. Diese elektromagnetische Volumenkraft F (Fig. 3c) wird proportional dem Produkt der Multiplikation der Augenblickswerte der Dichte j des Stromes J in der Schmelze oberhalb des Strahlaustrittes mit der elektromagnetischen Induktion B im Luftspalt des Elektromagnetes 6 sein.

[0036] Der erste Impuls der Impulsfolge hat eine Amplitude B₁ und eine Dauer Δτ₁ und der nachfolgende Impuls - dementsprechend eine Amplitude B₂ und eine Dauer Δτ₂. Der Zeitabstand zwischen den Impulsen ebenso wie der Zeitabstand zwischen den Impulsen des elektrischen Stromes I in der Schmelze beträgt Δτ. Die Amplituden der Impulse des magnetischen Feldes stehen dabei in einem Verhältnis zueinander wie die Amplituden der diesen zeitlich entsprechenden Impulse des elektrischen Stromes in der Schmelze.

[0037] Infolge der Einwirkung der veränderlichen elektromagnetischen Volumenkraft F auf die Schmelze wird die Aus- f_liessgeschwindigkeit der Schmelze aus der Öffnung 5 auch veränderlich. Die Änderung der Ausfliessgeschwindigkeit der Schmelze, die der Änderung der elektromagnetoschen Volumenkraft F proportional ist, führt zur Bildung von Einschnürungen an den Strahlen 19 und 20 (Fig. 3d) und zu deren anschliessenden Abreissen.

[0038] Unter der Einwirkung des ersten Impulses der Kraft F bildet sich ein grosser Tropfen 19a. Nach dem Ablösen des grossen Tropfens bleibt ein Strahl - ein "Schwanzende"-20.

[0039] Aus diesem Strahl - dem "Schwanzende"-20 wird gerade ein kleinerer Tropfen 20a unter Einwirkung des nachfolgenden Impulses der Impulsfolge ausgebildet. Die Grösse der Tropfen 20a (einer geringeren Grösse) ist durch den mittleren Durchmesser und die Lange des sich hinter dem grösseren Tropfen 19a ziehenden Strahls - dem "Schmwanzen- des"-20 bedingt.

[0040] Die Impulsfolgeperiode T_o, die der Periode der den Selbstzerfall des Strahls einleitenden Impulseinwirkungen gleich ist, wird durch den Ausdruck

ermittelt worin

d - Durchmesser der Austrittsöffnung,

V - mittlere Stoffgeschwindigkeit beim Ausfliessen des Schmelzestrahls

bedeuten.

[0041] Die Anzahl der Tropfen 19a, 20a ist der Anzahl der Impulse in einer Folge gLeich.

[0042] Im allgemeinen Fall können die Stärken der Felder E und H entweder die beiden eine vorgegebene Zusammensetzung der Harmonischen aufweisen, oder die eine dieser Stärken zeitlich konstant und die andere mit einer vorgegebener Zusammensetzung der Harmonischen sein. Da das Gesetz der Änderung und die harmonische Zusammensetzung der Feldstärken E und H dem Strom (E -dem Strom in der Schmelze, H - dem Strom in der Wicklung des Elektromagnetes) proportional und mit diesem phasengleich sind, gilt der mittels der elektrischen Stromquellen 4 und 7 mit programmierbaren Parametern erzeugte Strom als ein den Prozess der Tropfenbildung bestimmender Zwischenwert.

[0043] Dieser Strom wird von den Stromquellen 4, 7 und 14 wie folgt erzeugt.

[0044] Vom Steuerschalter 8 wird eine Folge der Kodes zur Steuerung des Digital-Analog-Wandlers 9 erzeugt. Das Programm beim Betrieb des Steuerschalters 8 wird in einer konstanten umprogrammierbaren Speichereinrichtung gespeichert, die zum Steuerschalter 8 gehört. Von dem Digital-Analeg-Wandler wird der vom Steuerschalter 8 zugeführte digitale Kode in einen Strom umgewandelt, dessen Frequenz, Form und Grösse durch die Werte dieser in den Speicher des Steuerschalters 8 eingeführten Parameter bestimmt sind. Für die Programmierung des Steuerschalters 8 werden Elemente eines Halbleiterspeichers (Mikroschaltungen) in den Steckvorrichtungen der konstanten umprogrammierbaren Speichereinrichtung des Steuerschalters 8 angeordnet.

[0045] Die Eingabe des Programms und die Umprogrammierung des Steuerschalters 8 können auch durch die manuelle Eingabe des Programms in den umprogrammierbaren Speicher des Steuerschalters 8 mit Hilfe einer Tastatur vorgenommen werden. In diesem Fall wird der Steuerschalter 8 mit einem Pult- Datenendgerät mit einer Tastatur zur Dateneingabe verwendet.

[0046] Vom Ausgang des Digital-Analeg-Wandlers 9 wird der Strom dem Eingang des Leistungsverstärkers 10 zugeführt, verstärkt und in die entsprechende Wicklung (des Elektromagnetes 6 oder der Induktionsspule 3) gegeben.

[0047] Die Vorrichtung in der zweiten Ausführungsvariante mit einem zweiten Elektromagnet 11 wird im wesentlichen ähnlich der Vorrichtung in der oben beschriebenen Ausführungsvariante betrieben. Ein Unterschied besteht darin, dass mittels des zweiten Elektromagnetes 11 Granalien einer vorgegebenen Form hergestellt werden können.

[0048] Das wird wie folgt durchgeführt.

[0049] Ein birnenförmiger Tropfen mit einem Durchmesser d₁ (Fig. 4a), indem er sich mit einer Geschwindigkeit V₁ im Luftspalt 12 (Fig. 2) des Elektromagnetes 11 bewegt, gelangt in ein von diesem Elektromagneten quer zu den Bewegungsrichtung des Tropfens zu erzeugenden Magnetfeld mit einer Induktion B = B_o + B (τ) (proportional H), worin B_o - magnetische Feldgleichkomponente, und B ( τ) - Feldwechselkomp nente mit einer Induktion B bedeuten.

[0050] In Tropfenquerschnitten, welche parallel zum Induktionsvektor des magnetischen Feldes B liegen, werden Ströme J₁ induziert, die sich über die in Fig. 4a dargestellten Kreise schliessen. Diese Ströme J₁ sind dem Produkt der Multiplikation von Werten B_o; d₁; V₁ proportional.

[0051] Die Wechselwirkung der Ströme I₁ mit der Gleichkomponente des magnetischen Feldes B_o führt zur Erzeugung von elektromagnetischen Kräften F₁ und F₂ im Tropfenvolumen.

[0052] Die Kräfte F₁ sind gegen die Bewegungsrichtung des Tropfens gerichtet. Die Richtung der Kräfte F₂ fällt mit der Bewegungsrichtung des Tropfens zusammen. Infolge der Wechselwirkung der Kräfte F₁ und F₂ wird der Tropfen verflacht.

[0053] Ausserdem wirkt auf den Tropfen die Wechselkomponente des transversalen Magnetfeldes mit einer Induktion B (τ) ein.

[0054] In diesem Fall werden im Tropfen Ströme I₂ indu- ziert, welche dem Ausdruch

proportional sind, wo- rin ϕ - einen magnetischen Fluss bedeutet. Die Ströme I₂ sind über die in Fig. 4b dargestellten Querschnitte schliessend, welche relativ zu dem Vektor B orhtogonal liegen.

[0055] Die dabei entstehenden elektromagnetischen Kräfte F₃ sind bestrebt, die Querschnittsgrösse eines Tropfens durch die Wirkung des Stromverdrängungseffektes der zu induzierenden Ströme auszubauen.

[0056] In Anbetracht dessen nimmt die Tropfenform eine axiale Symmetrie relativ zu dem Vektor der Induktion B = B(τ) an.

[0057] Eine zielgerichtete Beeinflussung der Tropfenform wird durch die Änderung der Grösse B_o und des Verhältnisses B (T)/ B verwirklicht. Je höher die Grösse B_o und kleiner die Grösse B (τ) B_o sind, desto flacher ist der Tropfen, und umgekehrt.

[0058] Nach der Stabilisierung der Form der Tropfen werden diese im Kristallisator 13 abgekühlt, der sich im Luftspalt 12 des Elektromagnetes 11, d.h. im Wirkungsbereich des magnetischen Feldes befindet, wodurch Granalien mit einer Form hergestellt werden, welche am geeignetsten für die Anwendung der Granalien bei der Durchführung dieser oder jener technologischer Arbeitsgänge ist.

[0059] Falls es notwendig ist, als Endprodukt Granalien mit einer monodispersen Zusammensetzung unterschiedlicher Typenmasse herzustellen, kann man eine Ausführungsvariante der Vorrichtung mit einem als Abscheider dienenden Kristallisator 15 verwenden.

[0060] Die Trennung des Gesamtstromes von Tropfen in monodisperse Ströme wird dabei durch Abblasen des Gesamtstromes mit einem durch die Öffnung 18 zugeführten Heissgasstrahl verwirklicht.

[0061] In Abhängigkeit von der Grösse weichen die Granalien von der ursprünglichen Bahn auf unterschiedliche Entfernungen ab, wodurch eine Klassierung derselben gewährleistet wird. Anschliessend gelangen die gleichgrossen Granalien in die für diese vorgesehenen Zellen, welche von den Trennwänden 17 gebildet und mit einem Kühlmittel gefüllt sind.

[0062] Um eine Änderung der vorgegebenen Form der Trompfen von der Kristallieation unter der Einwirkung des Gasstrahles zu vermeiden, darf die Zahl We, welche den Ausströmverlauf des Gasstrahles bestimmt, die Zahl 3 nicht überschreiten, d.h.,

worin

[0063] ρ - Gasdichte, V - Gasgeschwindigkeit, d - Teilchengrösse, σ - Oberflächenspannungskoeffizient des zu granulierenden Metalls bedeuten.

Gewerbliche Anwendbarkeit

[0064] Die vorliegende Erfindung kann am zweckmässigsten zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze verwendet werden, die im Hüttenwesen zur Herstellung von hochkonzentrierten legierten Legierungen und Verbundenwerkstoffen eingesetzt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Granalien aus der Metallschmelze, bei dem ein Schmelzestrahl ausgebildet und die Schmelze oberhalb des Strahlaustrittes der Einwirkung eines veränderlichen elektromagnetischen Feldes ausgesetzt wird, das sich nach einen vorgeschriebenen Gesetz in der Zeit ändert, wobei die Richtung des Vektors E x H dieses Feldes mit der Richtung des Vektors der Strahlaustrittsgeschwindigkeit zusammenfällt, worin E - Vektor der Stärke des elektromagnetischen Feldes und H - Vektor der Stärke des magnetischen Feldes bedeuten, was zur Erzeugung einer sich proportional zu dem vorgeschriebenen Gesetz der Änderung des elektromagnetischen Feldes ändernden elektromagnetischen Volumenkraft in der Schmelze führt, die einen erzwungenen Zerfall des Strahls in einzelne Tropfen einleitet, welche anschliessend bis zur Kristallisation unter Herstellung von Granalien abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze oberhalb des Strahlaustritts der Einwirkung einer Impulsfolge der elektromagnetischen Volumenkraft mit einer Impulsfolgeperiode, die der Periode des Selbstzerfalls des Strahls gleich ist, ausgesetzt wird, wobei die Anzahl der Tropfen, die in dieser Periode hergestellt werden, durch die Anzahl der Impulse in einer Folge bestimmt wird, und die Tropfengrösse den Zeitabständen zwischen den Impulsen in einer Folge proportional ist.

2. Vorrichtung für die Herstellung von metallischen Granalien, die einen Behälter (1) für die Metallschmelze und einen Rüssel (2) enthält, der durch seine Enden mit dem Behälter (1) verbunden 8st, eine geschlocsene ringförmige Schmelzrinne bildet welche eine Induktionsspule (3) umfasst, die mit einer ersten elektrischen Stromquelle (4) elektrisch verbunden ist, und einen Abschnitt mit zumindest einer im Spalt eines Elektromagnetes (6) befindlichen Öffnung (5) aufweist, welcher mit einer zweiten elektrischen .Stromquelle (7) elektrisch verbunden ist, wobei die beiden elektrischen Stromquellen (4, 7) miteinander elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (4) und die zweite elektrische Stromquelle (7) mit programmierbaren Parametern ausgeführt und miteinander unmittelbar elektrisch verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede elektrische Stromquelle (4, 7) mit programmierbaren Parametern einen Steuerschalter (8), einen Digital-Analog-Wandler (9) und einen Leistungsverstärker (10) enthält, die in Reihe untereinander elektrisch verbundensind, wobei der Ausgang des Leistungsverstärkers als Eingang der elektrischen Stromquelle (4, 7) mit programmierbaren Parametern dient, und die Steuerschalter der ersten (4) und der zweiten elektrischen Stromquelle (7) mit programmierbaren Parametern miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten unterhalb der Öffnung (5) des Rüssels (2) angeordneten Elektromagnet (11), der mit einer dritten elektrischen Stromquelle (14) mit programmierbaren Parametern elektrisch verbunden ist, welche mit der ersten elektrischen Stromquelle (7) mit programmierbaren Parametern elektrisch verbunden ist, sowie einen Kristallisator (13) hat, der im Spalt des zweiten Elektromagnetes (11) untergebracht und aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen als Abscheider dienenden Kristallisator (15) hat, der unterhalb der Öffnung (5) des Rüssels (2) angeorndet und in seinem oberen Teil mit einer Druckgasquelle verbunden sist.

Zeichnung