Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung und Weiterverarbeitung metallischer Stoffe

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung und Weiterverarbeitung metallischer Stoffe durch direktes Einwirken auf flüssiges Metall mit den Zentrifugalkräften eines rotierenden Induktionsfeldes, welche das flüssige Metall in einer rotationssymmetrischen Behälterwand in rotierende Bewegung setzen.

[0002] Es ist bekannt, flüssige Metalle derart zu zerteilen und abzukühlen, dass feinstverteilte metallische Pulver oder Drähte entstehen.

[0003] Die Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmt die Struktur der erzeugten Produkte; sehr hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten führen sogar zu glasförmigen, d.h. amorphen Strukturen.

[0004] Zur Erreichung dieser Ziele sind verschiedene Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren besteht darin, das zu zerstäubende bzw. abzukühlende Metall aus einem meistens geheizten und unter Druck befindlichen Tiegel durch eine mit einer verhältnismässig kleinen Öffnung versehenen Düse ausfliessen zu lassen und anschliessend durch Gasstrahlen bzw. durch schnell rotierende und meistens gekühlte Teller,Hohlkalotten, Zylinder usw. zu zerteilen und abzukühlen. Eine Kombination dieser Verfahren wurde ebenfalls vorgeschlagen.

[0005] Andere Verfahren sehen vor Metalle dadurch schnell abzukühlen, dass sie in eine Flüssigkeit eingebracht werden, welche durch Zentrifugalkräfte senkrecht an eine Behälterwand gepresst wird.

[0006] Diese bekannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass schnell rotierende Bauteile erfordert sind, was bei diesen hohen Drehzahlen zu Unwucht- und Verschmutzungsproblemen führt.

[0007] Diese Probleme bestehen nicht bei dem eingangs beschriebenen und aus der FR-A-2391799 bekannten Verfahren, gemäss welchem die Rotationsbewegung des flüssigen Metalls induktiv zustande gebracht wird und demgemäss keine beweglichen Teile mehr erfordert sind. Dieses bekannte Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass das flüssige Metall in einem Rohr gedreht wird, das unten bis auf eine kleine zentrale Öffnungsdüse abgeschlossen ist und durch welche das Metall dann auch das Rohr verlassen muss. Wegen dieser kleinen Düse ist erstens die Ausbeute begrenzt und zweitens stellt diese Düse eine Verstopfungsgefahr dar und ist einem schnellen Abrasionsverschleiss ausgesetzt. Ausserdem wird während der Rotationsbewegung das flüssige Metall infolge der Zentrifugalkraft schlauchförmig an die Innenwand des Rohres gedrückt und hat damit kaum die Gelegenheit, durch die axial angeordnete Düse zu entweichen.

[0008] Aus den beiden Druckschriften FR-A-1205683 und FR-A-1106022 ist es bekannt mit flüssigem Metall gefüllte Gefässe dadurch zu entleeren, dass das Metall elektromagnetisch in Drehbewegung gesetzt wird und durch die Zentrifugalkräfte aus dem Gefäss herausgepumpt wird.

[0009] Aus der Druckschrift FR-A-2352612 ist es desweiteren bekannt rohrförmige Produkte herzustellen indem flüssiges Metall induktiv in Drehbewegung gesetzt wird und längs einer zylindrischen Wand zu einem Rohr verformt wird.

[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von dem eingangs beschriebenen Verfahren ausgehend ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zu schaffen, welche die bekannten Nachteile nicht mehr aufweisen und zusätzlich bessere Verwertungsmöglichkeiten bieten.

[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäss Patentanspruch 1 vorgeschlagen.

[0012] In Fällen, wo eine noch weitgehende Zerteilung bzw. schnellere Abkühlung der erzeugten Produkte erwünscht ist, können die, durch die beschriebene induktive Zentrifugierung zerteilten Produkte, durch bekannte Verfahren wie Gaszerstäubung und/oder Aufprallzerstäubung auf rotierende Gegenstände bzw. in Flüssigkeiten oder in einer induktiven Bewegungs- und Abkühlungsvorrichtung weiter zerteilt bzw. abgekühlt werden. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung gemäss Anspruch 4 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformer des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 4 sind in den abhängegen Ansprüchen enthalten.

[0013] Auf diese Weise wird das Metall einer sehr grossen Beschleunigung und infolgedessen einer sehr weitgehenden Zentrifugation und Zerteilung ausgesetzt. In einzelnen Fällen kann es angebracht sein unter dem abgeflachten Hyperboloïd, einen weiteren Flachinduktor anzubringen, derart, dass das Metall in dem Ringspalt zwischen der trompetenförmigen Leitfläche und dem Flachinduktor weiter zerteilt wird. Zwecks Schonung der feuerfesten Auskleidung der Innenseite der divergierenden Erweiterung bzw. Ansatzes ist es vorteilhaft, zwischen dieser divergierenden Leitfläche und den Induktoren eine Kühlung anzubringen. Diese Kühlung kann derart intensiv sein, dass sich ein dünnfester Metallschichtenansatz bildet, der diese Teile dauernd schützt.

[0014] Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, eine Aufprallfläche, welche im gleichen Sinn oder im entgegengesetzten Sinn wie der ausströmende Metallstrom dreht, nicht mechanisch zu drehen, sondern die Metallteilchen selbst durch an oder um die Aufprallflächen angeordneten Induktoren einem schnell drehenden Induktionsfeld auszusetzen. Diese Methode hat den Vorteil, ein System zu schaffen, welches ohne bewegliche Bauteile eine ausgezeichnete Zerteilung und Abkühlung der Metalle zur Folge hat, so dass das gesamte Verfahren problemlos unter hohem Vakuum ausgeführt werden kann.

[0015] Desweiteren wurde festgestellt, dass die zum Auffangen bzw. zum Aufprallen eingesetzten Körper bzw. Flüssigkeiten je nach Verwendungszweck des erzielten Produktes die gleiche Drehrichtung haben können wie der induktiv zentrifugierte Metallstrom, oder zwecks Vergrösserung des Aufpralleffektes bzw. Abkühlungseffektes in entgegengesetzter Richtung gedreht werden können.

[0016] Ferner wurde festgestellt, dass die erzeugte Zentrifugalkraft wesentlich von der eingesetzten Frequenz des elektrischen Stromes abhängt, und dass bei der Erzeugung sehr feiner bzw. sehr schnell abgeschreckter Produkte die Anwendung von Frequenzen von mehreren 100 bzw. mehreren 1000 Hertz in Frage kommt.

[0017] Bei dem Massenvergiessen von Metallen wie Aluminium, Stahl usw. wurde bereits verschiedentlich vorgeschlagen, die Giessgeschwindigkeit dadurch zu beeinflussen, dass der Ausguss mit einem Wanderfeldinduktor umgeben ist, dessen elektrische Beaufschlagung eine Regelgrösse darstellt.

[0018] Die Anwendung dieses Prinzips bei sehr kleinen Ausgüssen kann bei dem vorliegenden Verfahren zu einer wesentlichen Vergrösserung des Ausgusses und somit zu einer betrieblichen Erleichterung führen. Im Rahmen dieser Erfindung wurde festgestellt, dass eine helikoïdale Anordnung der Induktoren zu einer zusätzlichen Regelmöglichkeit des flüssigen Metallstromes und infolgedessen des Endeffektes führen kann, wobei ein nach oben gerichtetes helikoïdales Induktionsfeld zu einer Verringerung des Durchsatzes und ein nach unten gerichtetes helikoïdales Induktionsfeld zu einer Erhöhung des Durchsatzes führt.

[0019] Bei richtiger Anwendung des Verfahrens können derart grosse Zentrifugalkräfte des verflüssigten Metalls erreicht werden, dass an einer zylindrischen Aufprallwand kontinuierlich ein Rohr aufgeschleudert werden kann, dessen Wandstärke von 1mm bis zu mehreren Zentimetern erreichen kann. Dieses Rohr kann kontinuierlich abgezogen werden und anschliessend als Rohr gewalzt werden. Es kann jedoch auch aufgeschlitzt werden, wobei nach Geradebiegen ein kontinuierliches Metallband entsteht, welches anschliessend als Band warm und/oder kalt weiterverformt werden kann. Das Abtrennen des kontinuier-lich gebildeten Rohrquerschnittes kann dadurch erleichtert werden, dass die zylindrische Aufprallwand eine leicht nach unten erweiterte Konizität aufweist.

[0020] Das bis jetzt beschriebene Verfahren bezieht sich im wesentlichen auf einen flüssigen Metallstrom, welcher ausser dem rotierenden Induktionsfeld seiner eigenen Schwerkraft ausgesetzt ist. Es wurde nun aber im Rahmen dieser Erfindung festgestellt, dass die Anwendung eines rotierenden Induktionsfeldes auf eine gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung zur Schwerkraft sich bewegende Metallmenge zu einer wesentlichen Steigerung der Wirkung der Induktionskräfte führt. Auf diese Weise kann in vielen Fällen auf die Regelung mittels Durchflussdüsen verzichtet werden, wobei andere Regelmöglichkeiten eingesetzt werden können.

[0021] Gemäss diesem Gesichtspunkt des Verfahrens wird das Metall in einer der Schwerkraft im wesentlichen entgegengesetzten Richtung durch Induktoren befördert und gleichzeitig einem rotierenden Induktionsfeld ausgesetzt, derart, dass das Metall in eine schnelle rotierende Bewegung versetzt wird und nach oben treibenden Zentrifugalkräften ausgesetzt wird, wobei beim Verlassen der Vorrichtung eine weitgehende Unterteilung des Metallstromes erfolgt.

[0022] Die Vorrichtung zur Ausübung dieser erfindungsgemässen Weiterbildung des Verfahrens besteht vorteilhafterweise im wesentlichen aus einer unten geschlossenen und nach oben erweiterten konusförmigen Leitfläche, welche derart mit Induktoren versehen ist, dass im Innern des Konus ein rotierendes Induktionsfeld erzeugt wird, so dass das sich im Konus befindliche Metall zentrifugiert wird und aufgrund derkonischen Ausbildung gleichzeitig spiralförmig nach oben befördert wird.

[0023] Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Divergenz des Konus kontinuierlich d.h. trompetenförmig oder sprungweise nach oben zu vergrössern und die so gebildete Leitfläche mit mehreren Induktoren zuversehen. Diese Induktoren können dieselbe Rotationsgeschwindigkeit aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch herausgestellt, die Induktoren derart auszubilden bzw. zu speisen, dass die Drehgeschwindigkeit von unten nach oben gesteigert wird. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, den oberen Teil der Leitfläche mit einer hyperboloïdähnlichen oder trompetenförmigen Austrittsform zu versehen.

[0024] Es fällt nicht aus dem Rahmen dieser Erfindung, die induktive Drehbewegung der Vorrichtung oder der konusförmigen Leitfläche mit ihrer eventuell zugeordneten hyperboloïdähnlichen oder trompetenförmigen Austrittsform durch eine mechanische Drehbewegung dieser Teile zu unterstüt zen.

[0025] Die divergierende Leitfläche kann ebenfalls am oberen Ende einem Flacheninduktor gegenüber gestellt werden, derart, dass zwischen dem Austritt und dem Flachinduktor ein Ringspalt entsteht.

[0026] Der untere Teil des divergierenden Behälters besteht normalerweise aus einem flachen oder gekümpelten Boden, wobei vorteilhafterweise zwischen Boden und konischem Teil ein im wesentlichen zylindrischer Zwischenmantel besteht.

[0027] Dieser untere Teil, in welchem die zu behandelnden flüssigen Metalle von unten oder von oben eingebracht werden, wird vorteilhafterweise beheizt.

[0028] Der untere konische und/oder zylindrische Teil wird vorteilhafterweise mit helikoïdal nach oben gerichteten und regelbaren Induktoren versehen, derart, dass das in dem unteren Teil einfliessende Metall in geregelter Form in den Bereich der um den konischen Teil angebrachten starken Zentrifugierinduktoren gebracht und dort weiterbehandelt werden kann.

[0029] Wie bereits erwähnt kann dieses System mit oder ohne Regeldüse betätigt werden. Will man mit Regeldüse arbeiten, so kann dieselbe das Metall durch die Achse des Konus oder der divergierenden Leitfläche bis an den Boden fördern und dort das Metall in geregelter Form austreten lassen. In diesem Falle befindet sich der Vorratsbehälter über der Anlage. Diese Anordnung hat den Vorzug, den Zentrifugierkreis nicht zu beeinflussen.

[0030] In anderen Fällen wird es möglich sein, das zu zerstäubende Metall von unten z.B. durch ein U-Rohr in den Boden bzw. in den zylindrischen Teil einzuführen.

[0031] In anderen Fällen ist es möglich, den zylindrischen Teil und/oder einen Teil des Konus als Induktionsofen auszubilden, wo das zu zerstaübende Metall geschmolzen bzw. auf die gewünschte Temperatur gebracht bzw. gehalten wird.

[0032] Die zu entnehmende Menge kann durch die untersten Induktoren, welche helikoïdal wirken können, geregelt werden.

[0033] Im übrigen wurde festgestellt, dass die an der konischen bzw. hyperbolischen Fläche angebrachten Induktoren ebenfalls eine nach unten bzw. nach oben gerichtete helikoïdale Wirkung haben können.

[0034] Zumindest die den Induktoren ausgesetzten Teile der beschriebenen Vorrichtungen sollten vorzugsweise aus nicht magnetischen beziehungsweise aus elektrisch nicht leitenden Materialien hergestellt werden.

[0035] Aus dem Vorherbeschriebenen ist ersichtlich, dass das in dem unteren Teil der Vorrichtung eingebrachte zu behandelnde flüssige Metall dort eventuell beheizt und nach oben befördert wird und im divergierenden Teil durch starke Induktoren, welche eventuell in mehreren Ebenen angeordnet sind, Zentrifugalkräften ausgesetzt wird und durch diese an der divergierenden Leitfläche nach oben bewegt wird, um am oberen Ende des Konus bzw. an seiner trompetenförmigen Erweiterung mit grosser Geschwindigkeit zentrifugiert und zerstäubt zu werden.

[0036] Es wurde festgestellt, dass diese Form der Anlage, in welcher das Metall gegen die Schwerkraft bewegt wird, ebenfalls zur Erzeugung sehr feiner Drähte bestens geeignet ist, indem man z.B. den Konus in der hyperboloïdischen Austrittsform ausbildet und diese Austrittsform mit Rillen bzw. Rippen versieht. Der so erzeugte Draht kann, wie bereit vorher beschrieben, sofort in Flüssigkühlbehältern aufgefangen werden.

[0037] Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht es ebenfalls, in eine gezielte Richtung zu schleudern bzw. zu zerstäuben, was bei vielen Anwendungen z.B. bei Auftragsbeschichtungen sehr günstig ist. In diesem Falle wird der obere Teil des Konus mit einem Deckel versehen und der Konus selbst in Richtung der zu beschichtenden Produkte mit einem oder mehreren Schlitzen versehen, welche den Austritt des feinverteilten zur Zerstäubung bzw. zur Beschichtung eingesetzten Metalls ermöglichen. Das überschüssige Metall kann über eine Rohrleitung an den Boden der Vorrichtung zurückgebracht werden. In diesem Falle kann es vorteilhaft sein, die Anlage schräg oder horizontal zu stellen.

[0038] Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Vorrichtung derart aufgebaut ist, dass die dem Metallbad ausgesetzten Teile, wie der Konus mit oder ohne zylindrischen Unterteil und eventuell mit hyperboloïdischen Oberteil, aus Qualitätsgründen der zu zerstäubenden Metalle bzw. aus Verschleissgründen leicht aus den anderen Anlageteilen wie Induktoren, eventuell Heizungen bzw. Kühlsystem ein- und ausgebaut werden können.

[0039] Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele und mit Bezug auf die Figuren, in welchen gleiche Teile mit denselben Bezugsnummern versehen sind, illustrationshalber näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1:

eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2:

eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3:

eine Variante der Ausführungsform gemäss Figur 2; und

Figur 3A:

Einzelheiten des oberen Teils der Leitfläche aus Figur 3.

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[0040] Die Anlage gemäss Figur 1 begreift den Tiegel 1, welcher das Metall 2 enthält, dessen Temperatur durch den Induktor 3 geregelt wird. Das Metall fliesst, eventuell durch einen leichten Überdruck gefördert, durch die mit einer kleinen zylindrischen Bohrung versehene abriebfeste Düse 4, welche direkt anschliessend durch eine trompetenförmige oder hyperboloïdische feuerfeste und abriebfeste Leitfläche 34 verlängert ist. Die gesamte Oberfläche von 34 ist mit einer Flüssigkeit gekühlt, welche in geschlossenen Kühlschlangen bei 35 eingeleitet und bei 36 abgeleitet wird. Der in die Düse 4 eintretende Metallstrom wird durch die helikoïdalen Induktoren 5 mengenmässig geregelt, wobei gleichzeitig eine leichte Drehbewegung des Metallstrahles erzeugt werden kann. Nach Eintritt des Metalls in den durch die Leitfläche 34 begrenzten Raum wird das Metall durch die starken Induktoren 37 in eine sehr schnelle Drehbewegung versetzt, welche dann anschliessend durch Flachinduktoren 38 weiterbeschleunigt wird, derart, dass am unteren Rand der trompetenförmigen Leitfläche 34 die Metallpartikeln mit einer sehr grossen Geschwindigkeit an die durch die Wasserdüsen 39 gekühlte zylindrische Wand 40 geschleudert werden. Diese Wand 40 kann durch eine nicht gezeigte Antriebsvorrichtung in der Kugellagerung 41 gedreht werden. Will man jedoch die Zerstäubung unter Vakuum vornehmen, so ist die Wand 40 dicht mit einer Haube 42 verbunden und die gesamte geschlossenen Anlage wird über einen Stutzen 43 evakuiert. In diesem Falle kann das an die Wand 40 geschleuderte Metall durch die Induktoren 44, welche um die zylindrische Wand 40 angebracht sind, weiter bewegt und verteilt werden. Die erzeugten Metallpartikel sammeln sich im unteren trichterförmigen Teil 40a, aus welchem sie nach Öffnung eines Ventils 45 abgezogen werden können und direkt, nach einem eventuellen Zwischenaufheizen, einer Kompaktieranlage zugeführt werden.

[0041] Will man eine noch grössere Beschleunigung der unter der Leitfläche 34 austretenden Metallpartikeln erzielen, so kann man unter die divergierende Leitfläche 34 einen mit den Flachinduktoren 46 versehenen Ring 47 anbringen, derart, dass zwischen der Leitfläche 34 und dem Ring 47 ein Ringspalt 48 entsteht, durch welchen die Metallpartikeln noch weiter beschleunigt werden. Um ein Einfrieren des Metalls in diesem Ringspalt 48 zu vermeiden, kann der Ring 47 beheizt werden, z.B. durch die Induktoren 46.

[0042] Die Drehrichtung des gesamten Systems, erregt durch die Induktoren 37, 38 und eventuell 46, soll in allen Fällen dieselbe sein. Die Aufprallwand 40 bzw. die Induktoren 44 können jedoch, je nach der gewünschten Beschaffenheit des Endproduktes entweder in dem gleichen Drehsinn der vorhergenannten Induktoren arbeiten oder in entgegengesetzter Richtung wirken.

[0043] Beim Verlassen des Ringspaltes 47 können die zerteilten Produkte, ebenfalls wie vorher beschrieben, weiter behandelt werden.

[0044] Eine ähnliche Vorrichtung wie in Figur 1 gezeigt kann zur Herstellung von Rohren, bzw. nach Aufschlitzen der Rohre, von Flachprodukten führen. In diesem Falle ist die Aufprallwand 40 leicht kegelförmig nach unten erweitert ausgebildet. Der trichterförmige Ansatz 4a entfällt. Die Kühldüsen 39 sind dann so schwach ausgelegt, dass die aus 48 austretenden Partikeln an sich zusammenschweissen, wobei die Induktoren 44 für eine gleichmässige Verteilung der aufgeschleuderten Partikeln sorgen. Bei grossen Durchsätzen wird der zerteilte Metallstrom zwischen dem Ringspalt 48 und der Aufprallwand 40 durch eine Kühlung, vorzugsweise Inertgaskühlung, gekühlt.

[0045] Das durch Aufschleudern und Zusammenschweissen der einzelnen Partikel entstandene Rohr wird kontinuierlich durch eine nicht aufgezeichenete Extraktionsanlage herausgezogen und eventuell anschliessend z.B. in einem Planetenschrägwalzwerk gewalzt. Wie bereits erwähnt kann das geformte Rohr aufgeschlitzt werden und in Form eines kontinuierlichen Bandes eventuell anschliessend, warm und/oder eventuell kalt gewalzt und aufgewickelt wird.

[0046] Während in dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel das Metall fallend zentrifugiert wird, wird es in den folgenden Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung, d.h. von unten nach oben befördert bzw. zentrifugiert.

[0047] Die Anlage nach Figur 2 begreift den Tiegel 1, welcher das Metall 2 enthält, dessen Temperatur durch den Induktor 3 geregelt wird. Das Metall fliesst durch eine Leitung 1a in einen Behälter 60 der Vorrichtung, welcher eventuell als zylindrischen durch Induktoren 61 beheizten Vorratsbehälter ausgebildet ist und durch eine sich trompetenförmig oder hyperboloïdisch erweiternde feuerfeste und abriebfeste Leitfläche 62 nach oben verlängert ist. Die gesamte oder zumindest der oberste Teil der Leitfläche 62 ist mit einer Flüssigkeit gekühlt, welche z.B. durch Kühlschlangen fliesst oder sich in einem geschlossenen Raum befindet und durch 63 eingeleitet und durch 64 abgeleitet wird. Die Kühlung kann auch über Zerstäubungsdüsen erfolgen. Eine Messsonde 65 sorgt für ein konstantes Niveau des Metallbades 66 in 60 dadurch, dass sie über den Regler 67 und ein Stellorgan 68 eine Stopfstange 69 bedient und /oder die als Induktionsventil ausgelegten Induktoren 5 betätigt. Eine Garnitur Induktoren ist entlang der Unterseite der Leitfläche 62 angeordnet. Das Metall wird zuerst durch den Induktor 70a und anschliessend durch die Induktoren 70b, 70c und 70d immer mehr beschleunigt. Diese Induktoren können eine einfache Drehbewegung erwirken, können jedoch auch helikoïdal ausgebildet sein, wobei z.B. die unteren Induktoren 70a und 70b eine nach oben wirkende helikoïdale Bewegung hervorrufen, und die oberen Induktoren 70c und 70d gegebenenfalls nach unten wirken können, um das Metall möglichst lange den Zentrifugalkräften auszusetzen. Es ist ebenfalls angebracht, die Induktoren von 70a bis 70d mit steigenden Frequenzen zu beaufschlagen. So genügt es in den meisten Fällen z.B. den Induktor 70a mit Netzfrequenz d.h. mit 50 Hertz zu betreiben, wobei der Induktor 70b mit 200 Hertz, der Induktor 70c mit 1000 Hertz und der Induktor 70d mit 2000 Hertz vorteilhafterweise betrieben werden soll. Es ist leicht ersichtlich, dass das Metall die Leitfläche 62 mit sehr grossen Zentrifugalkräften und infolgedessen unter sehr grosser Zerstäubung verlässt.

[0048] Ist eine noch grössere Beschleunigung der die Leitfläche 62 verlassenden Metallpartikeln erwünscht, so kann man über der divergierenden Leitfläche 62 einen mit den Flachinduktoren 72 versehenen Ring 73 anbringen, derart, dass zwischen dem Rand der Leitfläche 62 und dem Ring 73 ein Ringspalt 74 entsteht, durch welchen die Metallpartikeln noch weiter beschleunigt werden. Um ein Einfrieren des Metalls in diesem Ringspalt zu vermeiden, kann der Ring 73 beheizt werden z.B. durch die Induktoren 72.

[0049] Wie bereits erwähnt kann ein Auf- und Abbewegen der Vorrichtung gegenüber der Aufprallwand 75 oder umgekehrt zu einer grösseren Regelmässigkeit des erzielten Produktes führen.

[0050] Die Vorrichtung kann ebenfalls zur Erzeugung feiner Drähte eingesetzt werden, dadurch, dass die Austrittsseite der Leitfläche mit Erhöhungen und/oder Rippen 76 versehen ist, wo die gewünschte Metallmenge gesammelt und in ein mit Flüssigkeit gefülltes, eventuell drehbares Becken 77 aufgefangen wird, wobei eine sehr schnelle Abkühlung der erzeugten Strahlen und eine grosse Länge der erzeugten Drähte erzielt wird (linke Seite von Figur 2).

[0051] Die beschriebene Anlage kann ebenfalls zur Beschichtung von Metallbändern benutzt werden, welche entweder spiralförmig oder zeitweilig rohrförmig gebogen um die Anlage durchgezogen werden.

[0052] Die vorher beschriebene Anlage kann auf ihrem gesamten Umfang zentrifugieren. Will man jedoch in einer bestimmten Richtung zentrifugieren, z.B. zur Herstellung dünner Drähte oder zur weiteren Zerstäubung durch Gasstrahlen kann die Anlage schräg oder horizontal gestellt werden.

[0053] Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach Figur 2 ist in Figur 3 dargestellt. Diese Anlage wurde speziell zur einseitigen Zentrifugation z.B. zu Beschichtungszwecken oder zur weiteren Zerstäubung durch Gasstrahlen entwickelt. Sie veranschaulicht ausserdem die Möglichkeit der Speisung durch einen neben der Anlage aufgestellten Ofen. Die in Figur 3 dargestellte Anlage arbeitet nach ähnlichen Prinzipien wie die in Figur 2 dargestellte Anlage mit dem Unterschied, dass das zentrifugierte Metall durch die Öffnung oder Schlitz 81 oder die Öffnungen oder Schlitze 81, 82 und 83 (siehe auch Figur 3A) herausgeschleudert wird und dass die überschüssige Menge in einer Rinne 84 gesammelt und über einen Rücklauf 85 in den Tiegel zurückgeführt werden kann. Beim Austritt durch die Schlitze kann das bereits feinverteilte Metall durch Gasdüsen 86 noch weiter zerstäubt und abgekühlt werden oder in eine Walzanlage weitergeleitet werden. Diese Vorrichtung kann ausserdem mit einem Deckel nach oben abgeschlossen sein.

[0054] Wie in Figur 3 veranschaulicht befindet sich der Tiegel 1 neben der Zentrifugieranlage und ist mit dem Vorratsbehälter 60 nach dem Prinzip kommunizierender Röhren über die Leitung 87 verbunden.

[0055] Der Rücklauf 85 in den Tiegel 1 ist vorzugsweise von einer Heizwicklung 88 umgeben, um ein frühzeitiges Erstarren zu verhindern.

[0056] Da die Schwerkräfte im Vergleich zu den Zentrifugalkräften vernachlässigbar sind, können die Vorrichtungen ebenfalls horizontal oder schräg aufgestellt werden. Das gilt besonders bei Anlagen, welche entsprechend Figur 3 mit durch Öffnungen oder Schlitze in den Leitflächen austretenden flüssigen Metallsträngen arbeiten. Die divergierend oder sogar zylindrisch ausgebildete Leitfläche kann dann auf der dem Eintritt des flüssigen Metalls entgegengesetzten Seite geschlossen sein.

[0057] Zusammenfassend sei hervorgehoben, dass sämtliche oben beschriebene Ausführungsbeispiele das gemeinsame Merkmal aufweisen, dass ein flüssiger voller Metallstrang spätestens beim zentralen Eingang in die rotationssymmetrische Leitfläche durch die Zentrifugalkräfte der induktiv bewirkten Rotationsbewegung verformt wird. Dieser hohl geschleuderte Metallstrang erweitert sich anschliessend kegelförmig oder trompetenförmig entlang der inneren Leitfläche unter der Wirkung der Zentrifugalkraft, wobei diese Leitfläche von einem kontinuierlichen Flüssigmetallfilm beaufschlagt wird, dessen Dicke entsprechend der Radiusvergrösserung abnimmt. Der Durchfluss am Einlauf der Leitfläche sowie die Frequenz und Intensität der induktiven Drehfelder werden derart auf die Dimension der Leitfläche abgestimmt, dass der Metallfilm am Ausgangsrand der Leitfläche so dünn ist, dass der Metallfilm zerreist und völlig zerstäubt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitung metallischer Stoffe durch direktes Einwirken auf flüssiges Metall mit den Zentrifugalkräften eines rotierenden Induktionsfeldes, welche das flüssige Metall innerhalb einer rotationssymmetrischen Begrenzungswand in rotierende Bewegung setzen, wobei die Zentrifugalkräfte dazu ausgenützt werden, das Metall in Form eines progressiv dünner werdenden rotierenden Films entlang einer sich in einem Induktionsfeld befindlichen Leitfläche auszudehnen, und wobei das flüssige Metall in Form eines vollen Metallstrangs in eine rohrförmige Düse geleitet wird, in welcher es durch induktive Zentrifugalkräfte zu einem rohrförmigen Strang vorgeformt wird und anschliessend entlang einer sich konusförmig oder trompetenförmig ausbreitenden Leitfläche in einem induktiven Drehfeld zu einem progressiv dünner werdenden konus- oder trompetenförmigen Film weiterverformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Metall aus einem Gefäss durch induktiv bewirkte Zentrifugalkräfte in seiner Schwerkraft entgegengesetzten Richtung nach oben herausgehoben wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Metallfilm durch formgebende Rippen bzw. Schlitze auf bzw. in der Leitfläche draht- und bandförmig verformt und anschliessend gekühlt wird.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem als Vorratsbehälter für das flüssige Metall (2) dienenden Tiegels (1), einer Zentrifugiervorrichtung und elektromagnetischen Induktoren zur Drehung des flüssigen Metalls in der Zentrifugiervorrichtung, wobei die Zentrifugiervorrichtung aus einer axialsymmetrischen Leitfläche ( 34, 62) besteht, an deren Aussenfläche der oder die Induktoren ( 38, 70) angeordnet sind, und der Tiegel (1) durch eine axiale Verbindungsstrecke mit der Innenseite der Leitfläche ( 34, 62) verbunden ist, wobei die Leitfläche (34, 62) sich trompetenförmig oder hyperboloïdisch erweitert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrecke aus einer rohrförmigen Düse (4) besteht, welche einen axialen Auslauf des Tiegels (1) bildet und welche nach unten in die Leitfläche ( 34) übergeht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) von einem Induktor (5) umgeben ist, welcher ein den Durchfluss regelndes Drehfeld erzeugt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (5) mehrere Polschuhe (5a, 5b, 5c) aufweist, welche helikoïdal um die Düse (4) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (34, 62) induktorseitig mit einem Kühlsystem versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der sich trompetenförmig öffnenden Leitfläche (34, 62) ein flacher axialsymmetrischer Induktorring (47, 73) vorgesehen ist, welcher mit dem äusseren Rand der Leitfläche (34, 62) einen ringförmigen Austrittsspalt (48, 74) bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leitfläche (34) mehrere Inducktoren (37) (38) zugeordnet sind, welche verschieden orientierte Drehfelder induzieren, die dem Richtungswechsel der abgelenkten Metallpartikeln angepasst sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5, 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die trompetenförmige Leitfläche (62) sich vom oberen Rand eines zylindrischen Gefässes (60) nach oben erstreckt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (1) über dem Gefäss (60) angeordnet ist, und dass eine Verbindungsleitung (1a) zwischen dem Tiegel (1) und dem Gefäss sich axial durch die Leitfläche (62) erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel (1) neben der trompetenförmigen Leitfläche (62) angeordnet ist und nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren mit dem Gefäss (60) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (60) von einer Heizung (61) umgeben ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Messonde (65) zur Niveaumessung und Niveauregelung im Gefäss.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der der Leitfläche zugeordnete Induktor (70) aus mehreren Induktionsstufen (70a, 70b, 70c, 70d) besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16 , dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorstufen (70a, 70b, 70c, 70d) mit der Erweiterung der Leitfläche (62) entsprechend höheren Stromfrequenzen speisbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche ( 34,62) koaxial im Innern einer zylindrischen Aufprallwand (40, 75) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallwand ( 40, 75) der Wirkung einer Kühlvorrichtung (39) ausgesetzt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite der Aufprallwand (40, 75) elektromagnetische Induktoren (44) angebracht sind, welche ein induktives Drehfeld auf die an die Innenseite der Aufprallwand (40, 75) geschleuderten Metallteilchen ausüben.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallwand (40, 75) um ihre Längsachse und um die Symmetrieachse der Leitfläche ( 34, 62) drehbar ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallwand (40, 75) zusammen mit einer Haube (42) und einem Auffangtrichter (40a) ein vakuumdichtes Gehäuse um die Zentrifugiervorrichtung und den Vorratstiegel (1) bildet.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die trompetenförmige Leitfläche (62) in der Nähe des Aussenrands Austrittsschlitze (81, 82, 83) aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine am oberen Aussenrand der Leitfläche (62) vorgesehene Sammelrinne (84), welche durch einen geheizten Rücklauf (85) mit dem Tiegel (1) verbunden ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass am aussersten Rand der Leitfläche (34, 62) auf die aus der Leitfläche herausgeschleuderten Metallteilchen gerichtete Druckgasstrahldüsen (86) vorgesehen sind.

Claims

1. A method of producing and further processing metallic substances by direct action on liquid metal with the centrifugal forces of a rotating induction field which set the liquid metal in rotation inside a rotationally symmetric limiting wall, whereby the centrifugal forces are utilized for extending the metal in the form of a rotating film, becoming progressively thinner, along a baffle surface located in an induction field, and whereby the liquid metal is conveyed in the form of a complete metal billet into a tubular nozzle in which it is performed into a tubular billet by inductive centrifugal forces and then, along a baffle surface spreadung out conically or in a trumpet shape, is further formed in an inductive rotating field into a conical or trumpet-shaped film which becomes progressively thinner.

2. Method according to claim 1 characterized in that the liquid metal is lifted up out of a vessel in the direction opposite to the direction of its gravitational force by inductively induced centrifugal forces.

3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the rotating metal film, by ribs or slots shaped on or in the baffle surface, is formed in a wire or strip shape and is then cooled.

4. A device for performing the method according to one of the claims 1 to 3, consisting of a crucible (1), acting as a supply container for the liquid metal (2), a centrifuging device and electromagnetic inductors for rotating the liquid metal in the centrifuging device, wherein the centrifuging device consists of an axially symmetric baffle surface (34, 62), on the outer surface of which the inductor or inductors (38, 70) are arranged, wherein the crucible (1) is connected to the inside of the baffle surface (34, 62) by an axial connecting section, and wherein the baffle surface (34, 62) widens in a trumpet shape or hyperboloidally.

5. Device according to claim 4, characterized in that the connecting section consists of a tubular nozzle (4) which forms an axial outlet of the crucible (1) and which at the bottom merges into the baffle surface (4a, 34).

6. Device according to claim 5, characterized in that the nozzle (4) is surrounded by an inductor (5) which produces a rotary field controlling the flow.

7. Device according to claim 6, characterized in that the inductor (5) has several pole shoes (5a, 5b, 5c) which are arranged helicoidally around the nozzle (4).

8. Device according to laim 4, characterized in that the baffle surface (34, 62) is provided with a cooling system on the inductor side.

9. Device according to one of claims 4 or 6, characterized in that, oppostie the baffle surace (34, 62) opening in a trumpet shape, a flat axially symmetric inductor ring (47, 73) is provided which forms an annular discharge gap (48,74) with the outer edge of the baffle surface (34, 62).

10. Device according to claim 4, characterized in that several inductors (37, 38) are allocated to the baffle surface (34), which inductors (37, 38) induce variously orientated rotary fields which are adapted to the change in direction of the deflected metal particles.

11. Device according to one of claims 4, 5, 8, 10, characterized in that the trumpet-shaped baffle surface (62) extends upwards from the upper edge of a cylindrical vessel (60).

12. Device according to claim 11, characterized in that the crucible (1) is arranged above the vessel (60), and in that a connecting line (1a) extends axially through the baffle surface (62) between the crucible (1) and the vessel.

13. Device according to claim 11, characterized in that the crucible (1) is arranged next to the trumpet-shaped baffle surface (62) and is connected to the vessel (60) according to the principle of communicating pipes.

14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the vessel (60) is surrounded by a heating system (61).

15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized by a neasuring probe (65) for measuring and regulating the level in the vessel.

16. Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the inductor (70) allocated to the baffle surface consists of several inductor stages (70a, 70b, 70c, 70d).

17. Device according to claim 16, characterized in that the inductor stages (70a, 70b, 70c, 70d), as the baffle surface (62) widens, can be fed with correspondingly higher current frequencies.

18. Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that the baffle surface (34, 62) is arranged coaxially inside a cylindrical impact wall (40, 75).

19. Device according to claim 18, characterized in that the impact wall (40, 75), is subjected to the action of a cooling device (12, 39).

20. Device according to claim 18 or 19, characterized in that electromagnetic inductors (44) are arranged on the outside of the impact wall (40, 75), which electromagnetic inductors (44) exert an inductive rotary field on the metal particles flung onto the inside of the impact wall (40, 75).

21. Device according to one of clains 18 to 20, characterized in that the impact wall (40, 75) is rotatable about its longitudinal axis and about the axis of symmetry of the baffle surface (34, 62).

22. Device according to one of claims 18 to 21, characterized in that the impact wall (40, 75), together with a hood (42) and a collecting funnel (40a), form a vacuum-tight housing about the centrifuging device and the supply crucible (1).

23. Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the trumpet-shape baffle surface (62) has discharge slots (81, 82, 83) near the outer edge.

24. Device according to claim 23, characterized by a collecting channel (84) which is provided at the upper outer edge of the baffle surface (62) and is connected to the crucible (1) by a heated return (85).

25. Device according to one of claims 4 to 24, characterized in that compressed-gas discharge nozzles (86) directed towards the metal particles flung out of the baffle surface are provided at the outermost edge of the baffle surface (34, 62).

Revendications

1. Procédé pour la fabrication et la transformation ultérieure de matières métalliques en faisant agir directement, sur un métal liquide, les forces centrifuges d'un champ d'induction rotatif, ces forces centrifuges imprimant un mouvement de rotation au métal liquide à l'intérieur d'une paroi de délimitation à symétrie de révolution dans lequel les forces centrifuges sont exploitées afin d'étendre le métal sous forme d'une pellicule rotative s'amincissant progressivement, le long d'une surface déflectrice se trouvant dans un champ d'induction, et dans lequel le métal liquide se présentant sous forme d'une ligne de métal pleine passe dans une tuyère tubulaire dans laquelle elle est préformée en une ligne tubulaire par des forces centrifuges inductives, pour être ensuite déformée davantage, le long d'une surface déflectrice s'élargissant en forme de cône ou de trompette, dans un champ rotatif inductif, en une pellicule en forme de cône ou de trompette s'amincissant progressivement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal liquide est retiré vers le haut d'un récipient et dans une direction opposée à sa force de gravité au moyen de forces centrifuges produites par induction.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pellicule de métal en rotation est déformée sous forme d'un fil ou d'une bande au moyen de nervures ou de fentes de façonnage formées sur ou dans la surface déflectrice.

4. Dispositif pour la réalisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ce dispositif étant constitué d'un creuset (1) servant de réservoir pour le métal liquide (2), d'un dispositif de centrifugation et d'inducteurs électromagnétiques pour imprimer un mouvement de rotation au métal liquide dans le dispositif de centrifugation, ce dispositif de centrifugation étant constitué d'une surface déflectrice axisymétrique (34, 62) sur la surface extérieure de laquelle est ou sont adapté(s) le ou les inducteurs (38, 70), tandis que le creuset (1) est relié, par une zone de jonction axiale, à la face intérieure de la surface déflectrice (34, 62), la surface déflectrice (34, 62) s'élargissant sous forme d'une trompette ou d'un hyperboloïde.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone de jonction est constituée d'une tuyère tubulaire (4) qui forme une sortie axiale du creuset (1) et qui vient se confondre vers le bas dans la surface déflectrice (4a, 34).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tuyère (4) est entourée d'un inducteur (5) engendrant un champ rotatif réglant le débit.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'inducteur (5) comporte plusieurs pièces polaires (5a, 5b, 5c) disposées en une configuration hélicoïdale autour de la tuyère (4).

8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface déflectrice (34, 62) comporte, côté inducteur, un système de refroidissement.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 6, caractérisé en ce que, face à la surface déflectrice s'ouvrant en forme de trompette (34, 62), est prévu un anneau inducteur axisymétrique plat (47, 73) qui, avec le bord extérieur de la surface déflectrice (34, 62), forme un espace annulaire de sortie (48, 74).

10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, à la surface déflectrice (34), sont attribués plusieurs inducteurs (37, 38) qui induisent des champs rotatifs orientés différemment et adaptés au changement de direction des particules de métal déviées.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5, 8 et 10, caractérisé en ce que la surface déflectrice en forme de trompette (62) s'étend du bord supérieur d'un récipient cylindrique (60) vers le haut.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le creuset (1) est disposé au-dessus du récipient (60), tandis qu'une conduite de raccordement (1a), entre le creuset (1) et le récipient, s'étend axialement à travers la surface déflectrice (62).

13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le creuset (1) est disposé à côté de la surface déflectrice en forme de trompette (62) et est relié au récipient (60) selon le principe des vases communicants.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le récipient (60) est entouré d'un système de chauffage (61).

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde de mesure (65) en vue d'effectuer la mesure et le réglage de niveau dans le récipient.

16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que l'inducteur (70) attribué à la surface déflectrice est constitué de plusieurs étages d'induction (70a, 70b, 70c, 70d).

17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les étages d'induction (70a, 70b, 70c, 70d) peuvent être alimentés par des fréquences de courant augmentant en fonction de l'élargissement de la surface déflectrice (62).

18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que la surface déflectrice (34, 62) est disposée co-axialement à l'intérieur d'une paroi d'impact cylindrique (40, 75).

19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que la paroi d'impact (40, 75) est exposée à l'action d'un dispositif de refroidissement (39).

20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 et 19, caractérisé en ce que, sur la face extérieure de la paroi d'impact (40, 75) sont adaptés des inducteurs électromagnétiques (44) qui exercent un champ rotatif inductif sur les particules de métal projetées sur la face intérieure de la paroi d'impact (40, 75).

21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, caractérisé en ce que la paroi d'impact (40, 75) peut effectuer une rotation sur son axe longitudinal et sur l'axe de symétrie de la surface déflectrice (34, 62).

22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, caractérisé en ce que, conjointement avec une hotte (42) et un entonnoir collecteur (40a), la paroi d'impact (40, 75) forme un logement étanche au vide autour du dispositif de centrifugation et du creuset formant réservoir (1).

23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que, à proximité de son bord extérieur, la surface déflectrice en forme de trompette (62) comporte des fentes de sortie (81, 82, 83).

24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comporte une rigole collectrice (84) prévue au bord extérieur supérieur de la surface déflectrice (62), cette rigole étant reliée au creuset (1) par une conduite de retour chauffée (85).

25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 24, caractérisé en ce que, sur le bord extérieur extrême de la surface déflectrice (34, 62), on prévoit des tuyères à jets de gaz sous pression (86) dirigées vers les particules de métal projetées hors de la surface déflectrice.

Zeichnung