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Dokumentenidentifikation DE3135920C2 19.05.1993
Titel Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver
Anmelder United Technologies Corp., Hartford, Conn., US
Erfinder Thompson, Charles Clark, Jupiter, Fla., US
Vertreter Menges, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 10.09.1981
DE-Aktenzeichen 3135920
Offenlegungstag 15.04.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.05.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.1993
IPC-Hauptklasse B22F 9/10

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Üblicherweise wird Metallpulver hergestellt, indem schmelzflüssiges Metall auf einen schnell rotierenden Drehteller gegossen wird, der Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls in einer im wesentlichen horizontalen Ebene durch konzentrische ringförmige Kühlfluidschleier, die den schnell rotierenden Drehteller umgeben, nach außen in eine Abschreckkammer schleudert. Die Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls werden, wenn sie von dem Drehteller heruntergeschleudert werden und durch das Kühlfluid hindurchgehen, sehr schnell abgekühlt, wobei Metallteilchen gebildet werden. Die Wärme, die von den erstarrenden Metallteilchen bei deren Bewegung von einem Rand des rotierenden Drehtellers radial nach außen freigesetzt wird, ist eine Funktion des Materials, das verarbeitet wird, der Metallüberhitzung, der durch den rotierenden Drehteller erzeugten Teilchengrößenverteilung und der Teilchenradialgeschwindigkeit. Im allgemeinen ist der freigesetzte Wärmefluß in der Nähe des rotierenden Drehtellers am größten und nimmt mit zunehmendem Radius exponentiell ab. Zum Minimieren des Kühlfluiddurchsatzes bei einem bestimmten zulässigen Kühlfluidtemperaturanstieg sollte sich der Massenfluß des Kühlfluids radial auf dieselbe Weise wie der von den Metallteilchen freigesetzte Wärmefluß verändern.

Bei einer bekannten Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art (DE 27 03 169 A1 oder DE 27 03 170 A1) wird Kühlluft in mehreren konzentrischen, sich vertikal bewegenden Ringzonen eingeleitet, die jeweils ein anderes Massenflußprofil haben, so daß das radiale Profil des von den Teilchen freigesetzten Wärmeflusses stufenweise ungefähr angeglichen wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind zu diesem Zweck um den Drehteller herum zwei konzentrische, ringförmige Auslaßöffnungen vorgesehen, wobei radial außerhalb dieser Auslaßöffnungen mehrere Kühlluftauslaßöffnungen vorgesehen sind. Die ringförmigen Auslaßöffnungen und die Kühlluftauslaßöffnungen führen einer Kammer im wesentlichen laminare Kühlluftströme zu. Bei dieser bekannten Vorrichtung kann es vorkommen, daß die Bereiche zwischen den ringförmigen Auslaßöffnungen und den Kühlluftauslaßöffnungen nicht ausreichend mit Kühlluft ausgefüllt werden, wodurch flüssige Metallteilchen, welche diese Bereiche durchqueren, darin relativ langsam abgekühlt, also nicht richtig abgeschreckt werden.

Weiteren Stand der Technik veranschaulichen die US 40 53 264 und 40 78 873, gemäß welchen drei gesonderte ringförmige Kühlfluidverteiler zugeordnete Düsenvorrichtungen haben, die das Kühlfluid in einem gewünschten Muster abwärts in die Abschreckkammer um den Drehteller leiten. Die Steuerung des Kühlfluiddurchsatzes erfolgt zum Teil durch Steuern der Fluiddrücke innerhalb der einzelnen ringförmigen Kühlfluidverteiler. Konzentrische ringförmige Düsen und Ringe von kreisförmigen Dosierlöchern werden benutzt, um drei radiale Zonen unterschiedlichen Massenflusses zu erzeugen, die die erforderlichen radialen Wärmeflußveränderungen annähern. Hohe Durchsätze und Druckabfälle an den Dosierlöchern und ringförmigen Düsen sind erforderlich, um eine erwünschte Radial- und Umfangssteuerung des Massenflusses zu erzielen und eine turbulente Vermischung der Kühlfluidströmungen benachbarter Düsen zu gewährleisten, so daß ein angemessen gleichmäßiger Schleier von Kühlfluid den Weg der Metallteilchen kreuzt und sich eine gute Abkühlung ergibt.

Alle vorstehend beschriebenen Vorrichtungen arbeiten zufriedenstellend, wenn große Mengen an Kühlfluid bei hohen Drücken ständig verfügbar sind. Die einfachen axial durchströmten Dosierlöcher und ringförmigen Düsen im o. g. Stand der Technik sind für mit geringem Druckabfall arbeitende Kühlfluidsysteme unzulänglich, weil Kühlfluid, das mit niedriger Strömungsgeschwindkeit durch diese Dosierlöcher und Düsen strömt, keine ausreichende kinetische Energie und Turbulenz hat, um die Bereiche zwischen den Dosierlöchern und Düsen auszufüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß eine schnellere Erstarrung von Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung mit verbesserter Kühlfluidströmung und mit hoher Erstarrungsgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet dabei schon bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten mit niedrigen Druckverlusten und in einem als geschlossener Kreislauf ausgebildeten Kühlfluidsystem wirksam.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Kühlfluid in die Kammer aus mehreren zylindrischen Wirbelrohren eintritt, die die Strömung des Kühlfluids so ausrichten, daß die Strömung aus jedem Wirbelrohr als kegelförmiger Wirbelstrahl in die Abschreckkammer eintritt.

Aufgrund der Erfindung können somit niedrige Fluidströmungsgeschwindigkeiten und -durchsätze und kleine Druckabfälle in den Wirbelrohren benutzt werden, und durch die kegelförmigen Wirbelstrahlen ergeben sich keine Bereiche zwischen benachbarten Kühlfluidauslässen, die unzureichend mit Kühlfluid ausgefüllt sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 (Fig. 1A und 1B) eine Längsschnittansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 von Fig. 1A,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht nach der Linie 4-4 von Fig. 3 und

Fig. 5 ein Schema, das die Erzeugung von Kühlfluidzonen durch die Vorrichtung nach der Erfindung zeigt.

Gemäß Fig. 1A hat die Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver durch Schnellerstarrung ein Gehäuse 10 mit einem abnehmbaren Deckel 11, der Zugang zu dem Inneren des Gehäuses 10 gestattet. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Verteiler 12 angeordnet. Der Verteiler 12 enthält eine kreisförmige Düsenplatte 14, deren Außenumfang 16 in dichter Anlage an einer zylindrischen Seitenwand 18 des Gehäuses 10 ist, wodurch das Gehäuse 10 in eine obere Kammer 20 und eine untere Abschreckkammer 22 unterteilt wird. Der Verteiler 12 hat außerdem eine obere kreisförmige Platte 24 und eine zylindrische Seitenwand 26, die zusammen mit der unteren Düsenplatte 14 einen Kühlfluidverteilraum 28 begrenzt.

Als Einrichtung zum Einleiten von unter Druck stehendem Kühlfluid sind vier Kühlfluidzufuhrleitungen 30 mit gleichem Abstand auf dem Umfang der Seitenwand 26 angeordnet und führen dem Verteilraum 28 das Kühlfluid, bei dem es sich typischerweise um Heliumgas handelt, aus einer das Gehäuse 10 umgebenden Ringleitung 32 als weitere Einrichtung von unter Druck stehendem Kühlfluid.

Innerhalb der oberen Kammer 20 des Gehäuses 10 ist ein Gießbehälter 34 angeordnet, der eine Düse 35 hat. Der Gießbehälter 34 wird durch die obere Platte 24 des Verteilers 12 abgestützt. Der Gießbehälter 34 wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung erhitzt. Außerdem ist in der oberen Kammer 20 ein Schmelzofen 36 angeordnet, der innerhalb des Gehäuses 10 durch eine nicht dargestellte Vorrichtung abgestützt ist und zum Eingießen von schmelzflüssigem Metall in den Gießbehälter 34 dient.

Ein schalenförmiger Drehteller 38 mit einem Rand 39 ist in der Abschreckkammer 22 direkt unterhalb der Düse 35 des Gießbehälters 34 drehbar gelagert und empfängt schmelzflüssiges Metall aus dem Schmelzofen 36. Der Drehteller 38 ist am oberen Ende eines aufrechten Ständers 40 gelagert und wird durch eine nicht dargestellte Luftturbine, die innerhalb des Ständers 40 angeordnet ist, in Drehung versetzt. Rohre 42, die am unteren Ende des Ständers 40 dargestellt sind, führen Energie zum Antreiben der Luftturbine und Kühlfluid zum Kühlen des Drehtellers 38 zu. Streben 44 tragen und positionieren den Ständer 40 innerhalb eines trichterartigen Hohlraums 45 im unteren Ende des Gehäuses 10.

Innerhalb des Kühlfluidverteilraums 28 sind mehrere vertikal ausgerichtete Wirbelrohre 46 mit Schlitzen 47A, 47B, 47C (Fig. 3) in ihren Wänden 48, die eine Gasverbindung von dem Kühlfluidverteilraum 28 zu dem Inneren der Wirbelrohre 46 herstellen, angeordnet. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Wirbelrohre 46 zwischen der Platte 24 und der Düsenplatte 14 und sind in einem Muster von fünf konzentrischen Kreisen angeordnet, die einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Achse des Drehtellers 38 haben, wie es am besten in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Kreise sind vom größten zum kleinsten mit a, b, c, d bzw. e bezeichnet. Die Anordnung der Wirbelrohre 46 in den konzentrischen Kreisen a bis e wird zwar bevorzugt, es können jedoch auch andere Anordnungen das erwünschte Muster für die Kühlfluidströmung ergeben.

Ein oberes Ende 50 jedes Wirbelrohres 46 ist in ein kreisförmiges Durchgangsloch 51 der Platte 24 eingeschweißt. Die Schweißung bildet eine Dichtung um das Wirbelrohr 46 herum zwischen der oberen Kammer 20 und dem Verteilraum 28. Ebenso ist ein unteres Ende 52 jedes Wirbelrohres 46 an seinem Umfang in ein Durchgangsloch 54 der Düsenplatte 14 eingeschweißt. Die Schweißung bildet eine Dichtung um das Wirbelrohr 46 herum zwischen dem Verteilraum 28 und der Abschreckkammer 22. Ein Kühlfluidauslaß 56 jedes Wirbelrohres 46 mündet in die Abschreckkammer 22 und ist in der hier beschriebenen Ausführungsform mit einer unteren Fläche 58 der Düsenplatte 14 im wesentlichen bündig. Ein Stopfen 60, der in einem oberen Ende 50 des Wirbelrohres 46 angeordnet ist, bildet eine Abdichtung zwischen der oberen Kammer 20 und dem Inneren des Wirbelrohres 46 unterhalb des Stopfens 60. Er ist leicht entfernbar, um das Reinigen der Wirbelrohre 46 zu erleichtern. Eine ausführliche Erläuterung der Arbeitsweise und des Aufbaus des Verteilers 12 und der Wirbelrohre 46 ist im folgenden angegeben.

In der hier beschriebenen Ausführungsform ist das Kühlfluidsystem als ein Umlaufsystem in Form eines geschlossenen Kreislaufs ausgebildet, in dem das Kühlfluid Heliumgas ist. Der Verteilraum 28 ist eine gemeinsame Druckquelle, und die Abschreckkammer 22 ist ein gemeinsamer Druckverbraucher für sämtliche Wirbelrohre 46. Der Druckabfall, der in jedem Wirbelrohr 46 von dessen Einlaß 47 bis zu dessen Kühlfluidauslaß 56 auftritt, ist deshalb derselbe, und der Durchsatz in jedem Wirbelrohr 46 wird leicht durch die Wirbelrohreinlaß- und -auslaßquerschnitte gesteuert. Eine komplizierte Ventil- und Druckregelausrüstung, um die Durchsätze mehrerer Düsen zu steuern, welche unterschiedlichen Sammelräumen zugeordnet sind, ist deshalb nicht erforderlich.

Gemäß den Fig. 1A und 1B tritt das Heliumgas in den Verteilraum 28 über die Kühlfluidzufuhrleitung 30 ein, gelangt über die Schlitze 47A, 47B, 47C in jedes der Wirbelrohre 46, tritt in die Abschreckkammer 22 über die Kühlfluidauslässe 56 ein und verläßt die Abschreckkammer 22 (zusammen mit während des Prozesses gebildeten Pulvermetallteilchen) über einen Auslaß 68 am unteren Ende des Gehäuses 10, der mit einer Auslaßleitung 70 verbunden ist, die eine Einrichtung zum Ableiten von Kühlfluid aus der Abschreckkammer 22 bildet. Die Auslaßleitung 70 ist mit einer Gruppe von Teilchenabscheidern verbunden, die parallel geschaltet und durch einen Block 72 dargestellt sind. Diese Teilchenabscheider 72 entfernen die Metallteilchen aus dem Heliumgasstrom und lagern sie in einem Teilchensammler 74 ab, der durch ein Absperrventil 76 für Pulvertransportzwecke abgesperrt werden kann.

Teilchenfreies Gas gelangt von den Teilchenabscheidern 72 über eine Leitung 78 in eine Einrichtung zum Entziehen der Wärme, die das Kühlfluid während des Betriebes aufgenommen hat, mit einem ersten Wärmetauscher 80, der die Wärmeenergie entzieht, welche durch die heißen Metallteilchen auf das Gas übertragen worden ist, so daß die Einlaßtemperatur an einer als Einrichtung zum Umwälzen des Kühlfluids nachgeschalteten Einheit 82 aus Heliumkompressor und Umwälzpumpe unter normalen Betriebsbedingungen 29°C bis 32°C beträgt. Der in der Einheit 82 enthaltene Kompressor lädt das Kühlfluid in Form von Kühlgas auf dessen gewünschten Betriebsdruck auf, und dieses komprimierte Kühlgas wird einem zweiten Wärmetauscher 84 zugeführt, der die Kompressionswärme entzieht und die Gastemperatur auf einen Wert zwischen 26°C und 29°C verringert, bevor das Kühlgas der Ringleitung 32 über eine Leitung 86 als Einrichtung zum Umwälzen des Kühlfluids zugeführt wird.

Ein besseres Verständnis der Arbeitsweise und des Aufbaus der Wirbelrohre 46 ergibt sich unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver ist es erforderlich, daß das Kühlfluid aus jedem Wirbelrohr 46 in die Abschreckkammer 22 als ein expandierender kegelförmiger Wirbelstrahl 100 eintritt, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Das wird erreicht, indem eine Wirbelströmung des Kühlfluids innerhalb jedes Wirbelrohres 46 erzeugt wird. In der hier beschriebenen Ausführungsform haben die Wirbelrohre 46 jeweils ein oder zwei Paare diametral entgegengesetzter, vertikal langgestreckter, rechteckiger Schlitze mit einer Höhe H und einer Breite W, die Einlässe 47 bilden. Die Wirbelrohre 46 in den Kreisen a, b und c haben jeweils zwei Paare, während die Wirbelrohre 46 in den Kreisen d und e jeweils ein Paar haben. In den Fig. 3 und 4 stammt das linke Wirbelrohr 46 aus dem Kreis c und hat zwei Paare von Schlitzen, die mit 47A bzw. 47B bezeichnet sind. Das Wirbelrohr 46 auf der rechten Seite stammt aus dem Kreis d und hat ein Paar Schlitze 47C. Gemäß Fig. 4 hat jeder Schlitz 47C zwei parallele Seitenwände 102, 104, wobei eine der Seitenwände 104 jedes Schlitzes 47C zu einer zylindrischen Innenfläche 106 des Wirbelrohres 46 im wesentlichen tangential ist. Kühlfluid, das in das Wirbelrohr 46 aus dem Verteilraum 28 eintritt, wird daher im wesentlichen tangential zu der Innenfläche 106 gerichtet und erzeugt die gewünschte Wirbelströmung innerhalb des Wirbelrohres 46.

Ein kegelförmiger Wirbelstrahl des beschriebenen Typs, der an dem Kühlfluidauslaß 56 gebildet wird, ist eine Funktion

  • 1) der Tangentialgeschwindigkeit der in die Schlitze 47A, 47B, 47C eintretenden Strömung, gemessen an der Innenfläche 106;
  • 2) der Axialgeschwindigkeit der Strömung, die das Verhältnis des Volumendurchsatzes zum Querschnitt des Kühlfluidauslasses 56 ist; und
  • 3) des Verhältnisses der wirksamen Rohrlänge L zu dem Rohrinnendurchmesser D, wobei die wirksame Rohrlänge L der axiale Abstand von dem Kühlfluidauslaß 56 zu dem unteren Ende der Schlitze 47A, 47B, 47C ist.


Bei Wirbelrohren 46 mit den Größen, die bei einem Ausführungsbeispiel benutzt worden sind, beeinflußt die Länge des Wirbelrohres 46 vom oberen Ende der Schlitze 47A, 47B, 47C zu dem Stopfen 60 die Geschwindigkeit oder die Art, auf die das Kühlfluid durch das Wirbelrohr 46 strömt, nicht wesentlich. Wenn sie es jedoch täte, könnte ihr Einfluß beseitigt werden, indem der Stopfen 60 am oberen Ende der Schlitze 47A, 47B, 47C angeordnet würde.

Für kleine Verhältnisse von L/D, beispielsweise von weniger als 5,0, lautet eine eng angenäherte Gleichung zum Bestimmen des Halbkegelwinkels Φ des Kegels 100 des wirbelnden Kühlfluids:



As ist die Summe der Querschnittsflächen der Schlitze 47A, 47B, 47C, wobei der Querschnitt jedes Schlitzes 47A, 47B, 47C in einer zu den Seitenwänden 102, 104 rechtwinkligen und zu der Wirbelrohrachse parallelen Ebene gemessen wird. At ist die Innenquerschnittsfläche des Wirbelrohres 46 rechtwinklig zu dessen Achse. Für benachbarte Wirbelrohre 46 von bekannter Geometrie kann der Abstand unter ihren Kühlfluidauslässen 56, in welchem entstehende Kegel aus ausströmendem Kühlfluid einander schneiden, leicht vorhergesagt oder zumindest eng angenähert werden. Eine ausführlichere Beschreibung der Ausströmung aus dem Kühlfluidauslaß 56 eines zylindrischen Wirbelrohres 46 findet sich in der Druckschrift "Experimental Investigation of the Structure of Vortices in Simple Cylindrical Vortex Chamber" von Donaldson und Snedeker, Aero. Res. Associates von Princeton, Report Nr. 47, Dezember 1962.

Die hier beschriebene Vorrichtung dient, wie weiter oben erläutert, zum Herstellen von Metallpulver durch schnelles Erstarren von Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls. Die Tröpfchen werden gebildet, indem schmelzflüssiges Metall auf einen Drehteller 38 gegossen wird, der das Metall in einer im wesentlichen horizontalen Ebene ungefähr parallel zu der Ebene des Tellerrandes 39 des Drehtellers 38 radial nach außen schleudert. Die Tröpfchen gehen durch das den Drehteller 38 umgebende Kühlfluid hindurch und werden mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die durch den Massenfluß des Kühlfluids, durch das sie hindurchgehen, festgelegt wird, welcher sich vorzugsweise radial auf dieselbe Weise wie der von den Teilchen freigesetzte Wärmefluß verändert. In jedem Fall wird bei der hier beschriebenen Vorrichtung die Abkühlungsgeschwindigkeit durch die Anzahl, die Größe, den Aufbau und die Lage der Wirbelrohre 46 bestimmt. Für das Muster der Kühlfluidströmung aus den Wirbelrohren 46 in die Abschreckkammer 22 ist es wichtig, daß in der Ebene der sich bewegenden Metalltröpfchen im wesentlichen dieselbe Fluidströmung an demselben radialen Ort auf 360° um den Drehteller 38 vorhanden ist. Andernfalls werden verschiedene Teilchen verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten ausgesetzt sein, und gleiche Teilchen derselben Größe werden unterschiedliche Eigenschaften haben.

Bei der hier beschriebenen Vorrichtung bildet die Strömung aus jedem Wirbelrohr 46 sich nach unten erweiternde Kegel. Lücken sind zwischen benachbarten Kegeln oberhalb des Punktes vorhanden, wo sich die Kegel schneiden. Es ist daher erforderlich, daß die Wirbelrohre 46, die auf demselben Kreis a, b, c, d oder e angeordnet sind, einen derartigen gegenseitigen Abstand haben, daß die Kegel von benachbarten Wirbelrohren 46 einander in einem Punkt oberhalb der Ebene schneiden, in welcher sich die Metalltröpfchen bewegen, welche ungefähr die Ebene des Drehtellers 38 ist. Unterhalb dieses Schnittpunktes bilden die Kegel einen durchgehenden, sich vertikal bewegenden Kreisring oder Ringschleier von Kühlfluid, durch den die Metalltröpfchen hindurchgehen müssen. Ebenso sollte der Abstand zwischen den konzentrischen Kreisen a, b, c, d und e der Wirbelrohre 46 so sein, daß die Kegel, die von benachbarten konzentrischen Kreisen ausgehen, sich ebenfalls oberhalb der Ebene schneiden, in welcher sich die Tröpfchen bewegen, um jedwede Lücken in der Kühlfluidströmung zwischen den konzentrischen Kreisen a, b, c, d, e des Kühlfluids zu vermeiden. Wenn der Kegel wirbelnden Kühlfluids aus jedem Wirbelrohr 46 die Kegel aus sämtlichen benachbarten umgebenden Wirbelrohren 46 in einem Punkt schneidet, dessen rechtwinkliger Abstand von der Ebene der Kühlfluidauslässe 56 kleiner ist als der rechtwinklige Abstand von dem Drehteller 38 zu der Ebene der Kühlfluidauslässe 56, werden also keine Lücken in der Fluidströmung in der Ebene der Bewegung der Metallteilchen vorhanden sein.

Vorstehende Darlegungen lassen sich am besten anhand der Fig. 3 und 5 veranschaulichen, wo sich die durch die Wirbelrohre 46 auf den beiden äußersten konzentrischen Kreisen a und b erzeugten Kegel auf dem Umfang eines Kreises AB schneiden. Ebenso schneiden sich die durch die Wirbelrohre 46 auf den beiden Kreisen b und c erzeugten Kegel auf dem Umfang eines Kreises BC, und die durch die Wirbelrohre 46 auf den Kreisen c und d erzeugten Kegel schneiden sich auf einem Kreis CD. Die Wirbelrohre 46 auf jedem Kreis a, b, c, d und e können so ausgebildet werden und der Durchmesser dieser Kreise a, b, c, d und e kann so gewählt werden, daß die Schnittkreise AB, BC und CD einen vorgewählten Durchmesser haben und daß die Ebenen dieser Kreise a, b, c, d und e in einem vorgewählten Abstand (X&sub1;, X&sub2; bzw. X&sub3;) unter den Kühlfluidauslässen 56 angeordnet sind. Weiter ist es möglich, die Wirbelrohre 46 so auszubilden, zu bemessen und anzuordnen, daß die Ebenen von einigen oder von sämtlichen Schnittkreisen in demselben Abstand (d. h. X&sub1;=X&sub2;=X&sub3;) unter den Kühlfluidauslässen 56 angeordnet sind, obgleich das nicht erforderlich ist. Erforderlich ist jedoch, daß sich die Kegel oberhalb der Bewegungsbahn der schmelzflüssigen Teilchen schneiden, die von dem rotierenden Drehteller 38 radial heruntergeschleudert werden.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden ringförmige Kühlfluidzonen (die in Fig. 5 mit I, II, III und IV bezeichnet sind) zwischen den benachbarten Schnittkreisen erzeugt. (Die Zone IV wird in diesem Ausführungsbeispiel als eine Kombination der Kühlfluidströmung aus den Wirbelrohren 46 auf den Kreisen d und e angesehen, die sehr eng benachbart sind.) Die schmelzflüssigen Metallteilchen müssen durch jede dieser Zonen I, II, III und IV hindurchgehen, wenn sie sich abkühlen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit in jeder Zone I, II, III und IV wird durch die Anzahl der Wirbelrohre 46 in jeder Zone I, II, III und IV und durch den Kühlfluiddurchsatz jedes der einzelnen Wirbelrohre 46 gesteuert. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Wirbelrohre 46 in jedem einzelnen Kreis a, b, c, d und e gleich, die Wirbelrohre 46 können aber von Kreis zu Kreis ebenso verschieden sein.

Tabelle I gibt Abmessungsdaten und Prozeßdaten für die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung an. Die Daten in Tabelle I gelten für einen Gesamtheliumdurchsatz von 454 g/s, eine Heliumtemperatur von 26,7°C in dem Verteilraum 28 und einen konstanten Verteilraumdruck von 1,24 bar. Der Druckverlust für das gesamte, als geschlossener Kreislauf ausgebildete System beträgt nur etwa 0,17 bar. Der Druckverlust von der Kühlfluidzufuhrleitung 30 zu der Abschreckkammer 22 beträgt nur 0,06 bar. Zu Vergleichszwecken sei angegeben, daß bei einer Vorrichtung, wie sie in der eingangs erwähnten US 40 78 873 beschrieben ist, ein Heliumdurchsatz von 454 g/s benutzt wird und der Gesamtdruckverlust 0,68 bar beträgt.

Tabelle I


Es sei angemerkt, daß das Verhältnis L/D für alle Wirbelrohre 46 gleich ist. Außerdem ist das Verhältnis At/As für die Wirbelrohre 46 nicht zu verschieden, so daß die Kegelhalbwinkel Φ dieselben sind.

Die beschriebene Vorrichtung kann Nickelsuperlegierungspulver aus schmelzflüssigem Metall mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,15 kg/s erzeugen. Der Massenfluß des Kühlfluids in den vier Kühlzonen I, II, III und IV nähert stufenweise die radiale Veränderung des aus dem schmelzflüssigen Metall bei dessen Verarbeitung freigesetzten Wärmeflusses an. Eine engere Annäherung könnte selbstverständlich dadurch erzielt werden, daß zusätzliche Kreise von Wirbelrohren 46 benutzt werden. Die Kosten des Hinzufügens zusätzlicher Kreise von Wirbelrohren 46 machen jedoch jegliche Vorteile zunichte, die sich durch das Erzielen einer besseren Anpassung zwischen dem Profil des von den Teilchen freigesetzten Wärmeflusses und dem radialen Massenflußprofil des Kühlfluids ergeben.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver, mit einem Gehäuse (10), mit einem Drehteller (38), der innerhalb des Gehäuses (10) um eine Achse drehbar angeordnet ist, und mit einer Düsenplatte (14), die in dem Gehäuse (10) zwischen einem Kühlfluidverteilraum (28) und einer Abschreckkammer (22) angeordnet ist, um in der Abschreckkammer (22) um den Drehteller (38) herum ein gewünschtes Kühlfluidströmungsmuster zu erzeugen, und deren Düsen jeweils eine Wand (48) mit zylindrischer Innenfläche (106), einen Einlaß (47) für Kühlfluid aus dem Verteilraum (28) und einen in die Abschreckkammer (22) mündenden Kühlfluidauslaß (56) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß als Düsen zylindrische Wirbelrohre (46) vorgesehen sind, die mit Einrichtungen versehen sind, um das Kühlfluid aus dem Kühlfluidverteilraum (28) in den Wirbelrohren (46) in Wirbelbewegung um die Rohrlängsachse zu versetzen und aus den Wirbelrohren (46) als kegelförmige Wirbelstrahlen (100) in die Abschreckkammer (22) abzugeben.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von mehreren konzentrischen Ringzonen (I-IV) von Kühlfluid die Wirbelrohre (46) auf dem Umfang von konzentrischen Kreisen (a-e) angeordnet sind, deren Mittelpunkt auf der Drehtellerachse liegt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Wirbelrohre (46) auf jedem Kreis (a-e) und der Aufbau und die Größe jedes Wirbelrohres (46) so gewählt sind, daß der Massenfluß des Kühlfluids in der Abschreckkammer (22) die radiale Veränderung des erwarteten Wärmeflusses, der durch das zu verarbeitende Metall freigesetzt wird, stufenweise annähert.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidverteilraum (28) eine gemeinsame Druckquelle und daß die Abschreckkammer (22) ein gemeinsamer Druckverbraucher für sämtliche Wirbelrohre (46) ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtungen, um das Kühlfluid aus dem Kühlfluidverteilraum (28) in den Wirbelrohren (46) in Wirbelbewegung um die Rohrlängsachse zu versetzen, wenigstens ein tangentialer Schlitz (47A, 47B, 47C) in der Wand (48) jedes Wirbelrohres (46) vorgesehen ist, der eine Kühlfluidströmung aus dem Kühlfluidverteilraum (28) in das Wirbelrohr (46) tangential zu der Innenfläche (106) des Wirbelrohres (46) erzeugt.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Kühlfluidkreislauf mit einer Einrichtung (30, 32) zum Einleiten von unter Druck stehendem Kühlfluid in den Kühlfluidverteilraum (28) mit einer Einrichtung (70) zum Ableiten von Kühlfluid aus der Abschreckkammer (22), mit einer Einrichtung (80, 84) zum Entziehen der Wärme, die das Kühlfluid während des Betriebes aufgenommen hat, und mit einer Einrichtung (82, 86) zum Umwälzen des Kühlfluids.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kühlfluidauslässe (56) oberhalb der Ebene des Drehtellers (38) befinden und daß die Wirbelrohre (46) so ausgerichtet sind, daß sie das Kühlfluid von den Kühlfluidauslässen (56) abwärts um den Drehteller (38) leiten.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und die Anordnung der Wirbelrohre (46) so gewählt sind, daß jeder kegelförmige Wirbelstrahl (100) sich derart erweitert, daß er die benachbarten Wirbelstrahlen in einem rechtwinkeligen Abstand (X) von der Ebene der Kühlfluidauslässe (56) schneidet, der kleiner ist als der rechtwinkelige Abstand zwischen dem Drehteller (38) und der Ebene.






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