Investigation of the Mixing Behaviour in a Spouted Bed Reactor for the Surface Treatment of Metal Powders

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Um die Vorteile einer Oberflächenbehandlung im gesamten Werkstück vorzufinden, verwenden neuere Verfahren feines Metallpulver, das anschließend isostatisch verpresst wird. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer Oberflächenbehandlung von Stahlpulver, die in einem Spouted Bed Reaktor durchgeführt wird. Dieses Verfahren existiert bereits und wird auch in der Praxis angewandt, jedoch besteht großes Verbesserungspotential. Eine Vielzahl von Faktoren, die in Verbindung mit dem Reaktor und dessen Betriebsweise stehen, beeinflusst die Produktivität des Prozesses als auch die Qualität des behandelten Pulvers. Die Existenz von Todzonen verursacht eine enorme Verlängerung der Behandlungszeit, der Aufheizdauer und der Abkühlphase. Um diese Zonen, in denen Festbett vorherrscht, zu eliminieren, wurden Untersuchungen hinsichtlich der Pulvereigenschaften und des Mischungsverhaltens im Reaktor durchgeführt. Zu Beginn musste festgestellt werden, ob die verwendete Pulverart für eine Behandlung in einem Spouted Bed überhaupt geeignet ist. Zu diesem Zwecke folgten Untersuchungen der Korngrößenverteilung und der kritischen Werte. Um die Gegebenheiten in der existierenden Anlage möglichst gut untersuchen zu können, wurde eine geometrisch ähnliche Versuchsanlage gebaut. Im Einsatz wird die Anlage mit hohen Temperaturen und Reaktionsgas beaufschlagt. Erste Untersuchungen fanden bei Umgebungstemperatur unter Einsatz von Druckluft statt. Die Verwendung von Tracer Material als Indikator ermöglichte das Beobachten des Mischungsverhaltens. Durch Anlassen farblich verändertes Metallpulver wurde als Tracer verwendet. Im Bereich oberhalb des Gaseinlasses bestand die Füllung aus Tracer Material, während das restliche Volumen mit unbehandeltem Pulver befüllt wurde. Nach definierten Zeitabständen wurden Proben aus Bereichen, in denen anfänglich kein gefärbtes Pulver enthalten war, gezogen. Mikroskopaufnahmen wurden anschließend mit Hilfe eines selbst entwickelten MATLAB Programms analysiert. Dieses Programm berechnete den Anteil an farbigem Pulver in der Gesamtprobe. Die Konzentration des Tracer Materials in den äußeren Reaktorzonen und der Konzentrationsverlauf über die Zeit gaben klaren Aufschluss über das Mischungsverhalten in der Anlage. Die Raumtemperaturversuche zeigten bereits nach kurzer Zeit ideale Durchmischung im Reaktor. Dies lässt darauf schließen, dass das Auftreten der Todzonen hauptsächlich durch die Prozesstemperatur bedingt ist. Bestätigt wird dies durch die Anlassversuche bei 570 °C. Dabei konnte nach wenigen Minuten die Bildung fester Agglomerate beobachtet werden.

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchung des Mischungsverhaltens in einem Sputed Bed Reaktor zur Oberflächenbehandlung von Metallpulvern
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung25 Juni 2010
StatusVeröffentlicht - 2010