DE1958610C3

DE1958610C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Zersprengen oder Zerstäuben eines freifallenden Flüssigkeitsstromes

Info

Publication number: DE1958610C3
Application number: DE1958610A
Authority: DE
Inventors: Hope London Lubanska
Original assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Current assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Priority date: 1968-11-27
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE1958610B2; BE742261A; DE1958610A1; ES373955A1; FR2024350A1; AT322596B; US3663206A; SU570324A3; JPS522842B1; GB1272229A; LU59880A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zersprengen oder Zerstäuben eines freifallenden Flüssigkeitsstromes, insbesondere Eisenschmelzen, durch Einwirken von nach unten gerichteten, konvergierenden Strömungsmittelstrahlen, die man aus wenigstens zwei Düsensystemen auf den Flüssigkeitsstrom in einer gemeinsamen Aufschlagzone auftreffen läßt, wobei der Winkel zur Vertikalen, unter dem der bzw. die Strömungsmittelstrahlen aus dem ersten Düsensystem den Flüssigkeitsstrom beaufschlagen, kleiner ist als der Winkel, unter dem der bzw. die Strömungsmittelstrahlen aus dem zweiten Düsensystem auf den Flüssigkeitsstrom auftreffen.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise bei der Sprühbehandlung eines freifallenden Metallstromes durch ein reagierendes Gas anwendbar, wie grundsätzlich in der GB-PS 9 49 610 beschrieben. Ferner ist das Verfahren zur Erzeugung von Tropfen bei der Herstellung von Pulver anwendbar.

Die Erfindung betrifft außerdem Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, wobei diese Vorrichtungen jeweils einen Gießtrichter mit einer Auslaßöffnung für den Flüssigkeitsslrom sowie wenigstens zwei Düsensysteme zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrahl aufweisen.

Ein Verfahren der eingangs definierten Art ist im wesentlichen bereits aus der OE-PS 2 63 512 bekannt, wobei es sich um ein Verfahren zur unmittelbaren Herstellung von pulverförmigeni oder granuliertem Metall aus flüssigem Metall durch die dynamische Einwirkung eines dampfförmigen, kleine Flüssigkeitstropfen enthaltenden Zerkleinerungsmittels auf einen freifallenden Strom oder Strahl aus dem geschmolzenen Metall handelt, und zwar ohne Zuhilfenahme umlaufender Schlagflügel oder sonstiger mechanischer Glieder zum Zersplittern des Stromes aus flüssigem Metall.

Bei einem derartigen Verfahren soll nun gemäß der OE-PS 2 63 512 mindestens ein den Strom aus flüssigem Metall berührender Strom oder Strahl aus Dampf, vorzugsweise Wasserdampf, mit einem Kühlmittel, dessen Temperatur wesentlich niedriger ist als der Siedepunkt des Dampfes bei dem im Zerkleinerungsgebiet herrschenden Druck, in einer solchen Weise gemischt werden, daß in dem den Strahl oder Strom aus flüssigem Metall berührenden Teil des Dampfstrahles oder -stromes eine schnell verlaufende, von Stoßerscheinungen begleitete Kondensation eintritt. Hierdurch soll ein verbessertes Herstellungsverfahren erreicht werden, welches zur Herstellung eines aus verhältnismäßig großen Teilchen bestehenden Pulvers oder Granulats, z. B. mit einer Korngröße von mehr als '/2 mm, geeignet ist, wobei die Teilchen eine gerundete oder wenigstens gedrängte Form aufweisen sollen.

Zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens sind in der OE-PS 2 63 512 verschiedene Ausführungen von Vorrichtungen gezeigt und beschrieben, wobei etwa gemäß den in den dortigen Fig. 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen eine wirksamere Steuerung der Intensität und der Lokalisierung der erwünschten Kondensationserscheinungen dadurch erzielt werden kann, daß man wenigstens einen Teil des Kühlmittels in der Form von Strahlen, welche mittels einer oder mehreren Düsen gebildet werden, auf den Dampfstrom einwirken läßt. Aus den Fig. 2 und 3 der OE-PS 2 63 512 ist beispielsweise eine Vorrichtung ersichtlich, bei der zwei Dampfdüsen vorgesehen sind, welche je einen Dampfstrahl gegen eine Seite des abgeplatteten, bandförmigen Strahles aus geschmolzenem Metall aussenden, wobei die Dampfstrahlen in bezug auf die Ebene des Metallstrahles symmetrisch angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist auch die Möglichkeit erwähnt, die Dampfstrahlen verschiedener Winkel mit

der Ebene des Metallstrahles bilden zu lassen und/oder den einen Dampfstrahl die Ebene des Metallstrahles an einer Stelle treffen zu lassen, welche in bezug auf die Stelle, an der der andere Dampfstrahl die Ebene des Metallstrahles trifft, senkrecht versetzt ist. Ferner ist bei dieser bekannten Vorrichtung oberhalb der Dampfdüsen eine mit einem unter Druck stehenden Kühlmittel gespeiste Doppeldüse vorgesehen, welche mit einer Anzahl von Auslaßlöchern /Air Bildung von zwei flachen Bündeln oder Schirmen von Kühlmittelsirahlen versehen ist. welche die Dampfstrahlen etwas vor den Stellen treffen, an welchen die letzteren den Metallstrahl treffen. Ferner zeigen die Fig. 4 und 5 der OE-PS 2 63 512 Vorrichtungen, bei denen die Dampfdüsen derart gerichtet sind, daß die von ihnen erzeugten Dampistrahlep. mit dem Metallstrahl annähernd parallel sind, wobei der Einfallswinkel der Dampfstrahlen auf den Metallstrahl etwa 10 betragen soll. Die brausenartigen Kühlmitieldüsen. die unterhalb der Dampfdüsen angeordnet sind, erzeugen Strahlenbündel, die mit dem Metallstrahl einen Winkel von etwa 70° bilden, so daß der Konvergenzwinkel zwischen dem Dampfstrahl und den Kühlmittelstrahlen etwa 60^r beträgt. Bei der aus der Fig. 6 der OE-PS 2 63 512 ersichtlichen Vorrichtung schließlich sind sowohl die Dampfdüsen als auch die Kühlmitteldüsen in einem ziemlich spitzen Winkel mit der Ebene des Metallstrahles eingestellt, wobei die bei der Zersplitterung des Metallstrahles entstehenden Metallteilchen unter der gemeinsamen Einwirkung von Dampf- und Kühlmittelstrahlen eine große, nach unten gerichtete Geschwindigkeit erhalten sollen. Hierzu heißt es in der OEPS 2 63 512 noch, dsß der Behandlungsbehälter deshalb eine verhä.tnismäßig große Höhe aufweisen muß. damit die Teilchen Zeit bekommen, eine gerundete Form anzunehmen und zu erstarren, wenn dies gefordert wird. Bezüglich der Vorrichtung gemäß Fig. 6 der OEPS 2 63 512 ist ferner angegeben, daß zweckmäßig dafür gesorgt werden sollte, daß sich die Austrittsgeschwindigkeit des Dampfes von derjenigen des Kühlmittels wesentlich unterscheidet, um bei dieser Vorrichtung ein wirksames Mischen des Dampfes und des Kühlmittels in der Kondensationszone zu sichern. Hierdurch soll eine intensive Kondensationswirkung auftreten, welche von Implosionen und Stoßerscheinungen begleitet ist. die ein wirksames Zersplittern des geschmolzenen Metalls bewirken.

Aus der DT-PS 8 39 438 ist ferner eine Ringschlitzdüse 7urv Verblasen von flüssigen Metallen bekannt, bei der 7V. ei nebeneinander angebrachte Ringschlitze mit veränderbaren Querschnitten vorgesehen sind.

Weiterhin ist in der DT-PS 9 49 859 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von spratzigen Metallpulvern beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung bilden jedoch die Kanäle für Kühlmittel und die Kanäle für Zerstäubungsmittel jeweils gleiche Winkel gegenüber der Vertikalen, wobei eine gemeinsame Aufschlagzone für Kühlmittelströme und für Zerstäubungsmittelströme nicht vorgesehen ist.

Eine schließlich aus der GB-PS 8 12 341 hervorgehende Anordnung zur Herstellung von Metallpulver ist weitgehend ähnlich mit der Vorrichtung gemäß der DT-PS 9 49 859.

Bei einem Verfahren, wie es eingangs definiert und im wesentlichen aus der OE-PS 2 63 512 bekannt ist, besteht nun die Gefahr, daß, wenn beispielsweise ein Flüssigkeitsstrom aus geschmolzenem Metall durch die Strömungsmittelstrahlen in der Aufschlagzone zersprengt bzw. zerstäubt wird, sich von der Aufschlagzone abspratzcnde Partikeln nach oben bewegen, d. h. in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des freifallenden Flüssigkeitsstromcs. Eine derartige, nach

5 oben gerichtete Bewegung von abspratzenden Metallpartikeln kann nun insofern sich nachteilig auswirken, als sich diese Metalltcilchen auf Teilen des Gerätes niederschlagen können, welche sich in Bereichen oberhalb der Aufschlagzone befinden. Ein solches

ίο Niederschlagen von Metallpartikeln auf den oberen Gerätebauteilen ist jedoch unerwünscht, da es hierdurch zu Beeinträchtigungen oder gar zu Beschädigungen dieser Bauteile kommen kann, insbesondere zu Beschädigungen im Bereich der Auslaßöffnung für den

η Flüssigkeitsstrom sowie im Bereich der Düsen für die Strömungsmittelstrahlen. So hat man beispielsweise festgestellt, daß ein solcher Partikelniederschlag zur Folge haben kann, daß die Wirksamkeit der gesamten Anlage reduziert wird, da die Versorgung mit dem Flüssigkeitsstrom bzw. mit Strömungsmittelstrahlen durch die entsprechenden Bauteile der Anlage nicht mehr in ausreichendem Maße gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, durch welche die vorcrwähnten Nachteile im wesentlichen vermieden werden können, so daß ein störungsfreier Betrieb bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens gewährleistet ist.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Verhinderung einer von der Aufschlagzone aus nach oben gerichteten Bewegung von Partikeln die Kraft, mit welcher der bzw. die Strömungsmittelstrahlen aus dem ersten Düsensystem auf den Flüssigkeitsstrom auftreffen, kleiner gewählt wird als die Kraft, mit welcher der bzw. die Strömungsmittelstrahlen aus dem zweiten Düsensystem auf den Flüssigkeitsstrom auftreffen, und daß die auf den Flüssigkeitsstrom durch die Strömungsmittelstrahlen aus jedem Düsensystem einwirkenden, gerichteten Kräfte so gewählt werden, daß deren Vektorsumme bezüglich einer horizontalen, durch die Aufschlagzone verlaufenden Ebene im wesentlichen jeweils gleich Null sind.

Durch diese erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen wird erreicht, daß den in der Aufschlagzone erzeugten, abspratzenden Partikeln gewissermaßen eine Richtungssteuerung auferzwungen wird, und zwar dadurch, daß einerseits die von dem ersten Düsensystem ausgehenden Strömungsmittelstrahlen einen inneren Steuerstrom bilden, welcher im Bereich zwischen dem Flüssigkeitsstrom aus geschmolzenem Metall und dem äußeren Zersprengungs- bzw. Zerstäubungsstrom liegt und verläuft, der durch die von dem zweiten Düsensystem erzeugten Strömungsmittelstrahlen dargestellt wird. Da der innere Strom von konvergierenden Strömungsmittelstrahlen im wesentlichen als Steuerstrom dient ist es daher, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter anderem vorgesehen ist zweckmäßig und sinnvoll, die von diesem inneren Strom

Mi von Strömungsmittelstrahlen übertragene Kraft kleinei zu wählen als die Kraft die von dem äußerer Zersprengungs- bzw. Zerstäubungsstrom von Strömungsmittelstrahlen auf den Flüssigkeitsstrom übertragen wird.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß für die aus mindestens einem der Düsensysteme austretender Strömungsmittelstrahlen ein Medium verwendet wird

das chemisch mit dem Flüssigkeitsstrom oder mit den Verunreinigungen innerhalb des I liissigkeitssiromcs reagiert.

Im Falle, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf einen Flüssigkeitsstrom aus geschmolzenem Eisen ί angewendet wird, ist es zweckmäßig, daß für das Medium des bzw. der Strömungsmittclstralilen ein oxidierendes Gas verwendet wird, insbesondere Sauerstoff.

(icinäß weiterer Ausgestaltung des crfindunpsgema- m Ben Verfahrens kann vorgesehen sein, daß für die aus mindestens einem der Düscnsystcmc austretenden Strömiingsmitlclstrahlon eine Flüssigkeit verwendet wird. Diese Maßnahme ist beispielsweise beim Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Herstellung von Pulver sinnvoll.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindur.gs gemäßen Verfahrens, wobei diese Vorrichtung einen Gießtrichter mit einer Auslaßöffnung für den Flüssigkeitsstrom sowie wenigstens zwei Düscnsystcme zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrahl aufweist, kann gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, daß wenigstens ein Düsensystem durch eine Anzahl von Düsen gebildet ist, die symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte 2^r> Achse des freifallcndcn Flüssigkeitsstromes angeordnet sind. Besonders vorteilhaft kann diese Vorrichtung aber auch dahingehend ausgebildet sein, daß die Düsen eines jeden Düsensystems symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse des freifallcndcn Flüssigkeitsstro- jo mcs angeordnet sind.

Vorzugsweise können bei einer derartigen Vorrichtung die beiden Düscnsystcmc in verschiedenen Höhen angeordnet sein.

Eine weitere Vorrichtung zui Durchführung des 3-, erfindungsgemäßen Verfahrens kann in der Weise ausgebildet sein, daß jedes Düscnsystcm eine Anzahl von symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse des Flüssigkeitsstromes angeordneten Düsen aufweist, wobei der Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebene der Düsen des ersten Systems gewählten Kreises gleich dem Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebenc der Düsen des zweiten Systems gehenden Kreises ist.

Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin bestehen, daß jedes Düsensystem eine Anzahl von Düsen aufweist, die symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse des Flüssigkcilsstromcs angeordnet sind, wobei der Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebene der so Düsen des ersten Systems gehenden Kreises verschieden vein dem Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebenc der Düsen des zweiten Systems gehenden Kreises ist.

Bei einer derartigen Vorrichtung kann es ferner γ, zweckmäßig sein, daß die Mitten der Austrittsebenen der Düsen der beiden Düsensysteme in derselben waagerechten Ebene liegen, wobei die Düsen des einen Düser.systcms einen anderen Abstand von der Bahn des Flüssigkeitsstromes als die Düsen des anderen Düsensy- mi stems aufweisen.

Eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin liegen, daß jedes Düscnsystcm zwei Reihen von getrennten Einzcldüsen aufweist, und die Düsen jeder t,^r> Reihe der beiden Systeme so angeordnet sind, daß jede Düse der oberen Reihe senkrecht oberhalb einer Linie liegt, die zwischen aneinander angrenzenden Düsen dci unteren Reihe verläuft, wobei der Flüssigkeitsstrom in einer ersten Richtung und in einer waagerechten Ebene eine Abmessung aufweist, die ein Mehrfaches der Abmessung in einer zu der ersten rechtwinklig verlaufenden zweiten Richtung beträgt, und wobei jedes Düsensystem eine Strömung erzeugt, die im wesentlichen über beide Seiten der Hauptabmessung des I lüssigkeiisstromes verläuft.

Weiterhin kann eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise ausgebildet sein, daß zwei auf verschiedenen Höhen angeordnete Düscnsystcmc vorgesehen sind, durch die je zwei kohärente Strömungsmittclslrahlen erzeugt werden, wobei der Flüssigkeitsstrom in einer ersten Richtung und in waagerechter Ebene eine Abmessung aufweist, die ein Mehrfaches der Abmessung in einer zu der ersten rechtwinklig verlaufenden zweiten Richtung beträgt, und wobei die durch jedes Düsensystem erzeugten, kohärenten Strömungsmittelstrahlen jeweils im wesentlichen über die Breite einer Seite der Hauptabmessimg des Flüssigkeitsstromes verlaufen.

Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin bestehen, daß bei dieser Vorrichtung jedes Düsensystem zwei Reihen von entsprechend wechselseitig voneinander entfernt angeordneten Düsen aufweist, wobei der Flüssigkeitsstrom in einer ersten Richtung und in einer waagerechten Ebene eine Abmessung aufweist, die ein Mehrfaches der Abmessung in einer zu der ersten rechtwinklig verlaufenden zweiten Richtung beträgt, und daß jede Düsenreihe gegenüber einer Seite der Hauptabmessung der Bahn des Flüssigkeitsstromes angeordnet ist und die Mitten der Austrittsebenen der Düsen jeder Reihe auf Linien liegen, die parallel zu der in Längsrichtung verlaufenden, waagerechten Mittellinie des aus der Trichteröffnung kommenden Flüssigkeitsstromes Hegen.

Darüber hinaus besteht noch eine Möglichkeil für die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Weise, daß jedes der beiden Düsensysteme durch je eine langgestreckte, schlitzförmige Düse gebildet ist, und daß die durch jedes Düsensystem erzeugten Strömungsmittelstrahlcn jeweils einen kohärenten Strahl aufweisen, der im wesentlichen über die Breite einer Seite der Hauptabmessung des aus einer Trichteröffnung kommenden Flüssigkeitsstromes verläuft, wobei die Strömung aus jedfm Düsensystem auf dieselbe Seite des Flüssigkeitsstromes auftrifft.

Schließlich kann gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sich auch dadurch auszeichnen, daß jedes der beiden Düsensysteme durch je eine Reihe von wechselseitig im Abstand voneinander entfernt angeordneten Düsen gebildet ist, wobei die Düsen jeder Reihe gegenüber einer gemeinsamen Seite der Hauptabmessung der Bahn des aus einer langgestreckten Trichteröffnung kommenden Flüssigkeitsstromes liegen und parallel zu der in Längsrichtung verlaufenden, waagerechten Mittellinie des Flüssigkeitsstromes verlaufen.

Für die Ausbildung der Düsen bei sämtlichen, im Rahmen der Erfindung liegenden Ausführungen von Vorrichtungen gibt es mehrere Möglichkeiten, von denen eine darin besteht, daß die Düsen mindestens eines der Düsensysteme eine kombinierte konvergent/ divergente Form aufweisen.

In einem anderen Fall kann es aber auch zweckmäßig sein, daß die Bohrungen der Düsen

mindestens eines Diisensysiems eine konvergente Form aufweisen.

Darüber hinaus können aber auch gemäß einer weiteren Ausführungsmöglichkeit die Bohrungen der Düsen mindestens eines Diisensystems parallele Seiten aufweisen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, in welcher die Erfindung anhand verschiedener Aiisführiingsbeispiele naher ei läutert ist. Es zeigt

F i g. I einen senkrechten Schnitt durch einen Teil des Düsenaufbaus einer Vorrichtung /ur Durchführung des erfindungsgemaUen Verfahrens;

Fi g. 2 eine Draufsicht auf eine Düsenanordnung, die sich von derjenigen der Fig. I unterscheidet;

Fig. i einen Schnitt gemäß der Linie IH-III der

■ ¹B- *-\

F i g. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsforin von Düsen;

F i g. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform von Düsen und

Fig.6 eine Draufsicht Juf noch eine andere Ausführungsform und Anordnung der Düsen.

Wie sich aus Fig. I ergibt, strömt ein Strom aus geschmolzenem Material I aus der Auslaßöffnung 2 eines Trichters 3 und füllt durch die mittlere öffnung eines Düsenringpaares 4 und 5 mit dem gleichen Teilkreisdurchmesser hindurch. Die Ringe 4 und 5 sind auf verschiedenen Höhen angeordnet, d.h. die Mitten der Ausgangsebenen der Düsen des Ringes 4 liegen auf einer waagerechten F.bene oberhalb der waagerechten Ebene, die die Mitten der Ausgangsebenen der Düsen des Ringes 5 enthält. Der obere Ring 4 besteht aus einem wassergekühlten Kanal 6, einem Gasverteiler 7 und einem Düsensystem mit vier gleich weit voneinander entfernt angeordneten Düsen 8 (von denen nur zwei gezeigt sind). |ede dieser Düsen 8 steht mit der Verzweigung 7 in Verbindung. Der untere Ring 5 ist in gleicher Weise aufgebaut, d. h. er weist einen Kühlkanal, eine Gasverzweigung und Düsen auf. Diese Teile sind entsprechend mit 9,10 und 11 bezeichnet.

Die Düsen der beiden Ringe sind konvergent und divergent aufgebaut, und die Engstellen bzw. Einschnürungen haben den gleichen Querschnitt. Obwohl jede Düse 8 oberhalb einer Düse 11 veranschaulicht ist, können die Ringe 4 und 5 auch so in bezug auf den Azimut angeordnet sein, daß jede Düse 8 senkrecht über einem Abschnitt des Ringes 5 in der Mitte zwischen einem Düsenpaar 11 liegt, um eine Überschneidung (Interferenz) zwischen den Grenzschichten der Strömungsmittelstrahlen der beiden Düsensysteme zu vermeiden. Die Mittellinien der Düsen 8 sind nach unten in einem gemeinsamen Winkel zur Senkrechten geneigt, und die Mittellinien der Düsen 11 sind in einem größeren Winkel zur Senkrechten geneigt, so daß die beiden Sätze der Mittellinien sich in einem gemeinsamen Punkt auf der senkrechten Achse, die durch die Mitte des Trichterauslasses geht, treffen. Die Düsen 8 und 11 sind symmetrisch zu der senkrechten Achse angeordnet, die durch die Mitte des Trichterauslasses geht, und zwar derart, daß, wenn die Geschwindigkeiten der aus den Düsen jedes Düsensystems austretenden Strömungsmittelstrahlen gleich sind, die Vektorsummen der vier auf den Flüssigkeitsstrom 1 einwirkenden, aus den Düsen 8 austretenden Strömungsmittelstrahlen bzw. der vier aus den Düsen 11 austretenden Strahlen in einer durch die Aufschlagzone gehenden senkrechten Ebene im wesentlichen jeweils gleich Null sind. Bei der veranschaulichten Anordnung schlagen die vier aus den Düsen 8 austretenden Gasstrahlen auf die obere Fläche des Stromes I aus geschmolzenem Material unter einem kleineren initiieren Winkel zur Senkrechten auf als die vier aus den Düsen Il austretenden Gasstrahlen. Wenn alle acht Gasstrahlen aus den entsprechenden Düsen mit gleicher Geschwindigkeit austreten, werden die aus den Düsen 8 austretenden Strahlen auf den Strom 1 mit einer geringeren Kraft auf treffen als die aus den Düsen 11 austretenden Strahlen. Dies ist durch die größere zurückzulegende Wegstrecke der von den Düsen 8 herkommenden Strahlen bedingt. Eine Bewegung der von der Aufschlag/one abspral/cnden Teilchen in einer nicht nach unten führenden Richtung kann /u einer unerwünschten Berührung mit Bauteilen der Vorrichtung führen, die hoher liegen als die Aufschlag/one, wodurth beispielsweise die Einrichtung /um Zuführen des Gases und des geschmolzenen Metalls beschädigt werden kann. Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich indes die Bewegung der Teile hen nach oben, d. h. von der Aufschlagzone weggerichtet, verhindern oder zumindest vermindern, wodurth ein zufriedenstellendes Zersprengen oder Zerstäuben des Stromes I gewahrleistet ist.

Hs können auch andere Faktoren als der Unterschied hinsichtlich der Entfernung herangezogen werden, um ein gewünschtes Verhältnis zwischen den Kräften, mit denen die Strömungsniittelstrahlen aus den verschiedenen Düsensystemen auf den Strom 1 auftreffen, herzustellen. Beispielsweise können die Strömungsmittelstrahlen die entsprechenden Düsen mit unterschiedlichen Trägheitsmomenten verlassen, die Größen der Einschnürungen der Düsen jedes Düsensystems können verschieden sein und/oder verschiedene Drücke können

3S stromaufwärts von der Düse aufrechterhalten werden. Im letzteren Fall ist ein Ventil 12 (siehe Fig. I) vorgesehen, durch das eine entsprechende Steuerung der Gasströme zu den Verzweigungen 7 bzw. 10 durchführbar ist. Es ist grundsätzlich wünschenswert, die Anordnung so zu treffen, daß die stromaufwärts von den Düsen eingestellten Drücke ausreichend sind, um mindestens im Falle der Düsen 11 sicherzustellen, daß die erzeugten Gasstrahlen Überschallkeme aufweisen, welche über eine angemessene Entfernung in Richtung zur Aufschlagzone erhalten bleiben.

Obwohl in F i g. 1 eine Vorrichtung mit zwei Ringen mit je vier Düsen veranschaulicht ist, ist es verständlich, daß die Anordnung auch derart geändert werden kann, daß einer oder beide Ringe eine unterschiedliche Anzahl von Düsen aufweisen. Beispielsweise kann der obere Ring mit einer einzigen, ringförmigen Düse und der untere Ring mit einer Reihe von drei symmetrisch angeordneten Düsen ausgerüstet sein. Der obere Ring kann einen kleineren Teilkreisdurchmesser als der untere Ring aufweisen. Auch ist es möglich, den oberen Ring derart auf dem unteren Ring anzuordnen, daß kein Abstand zwischen den beiden Ringen vorhanden ist Weiterhin können mehr als zwei Düsensysteme verwendet werden.

Bei der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Anordnung ist ein einziger Düsenring vorgesehen, der zwei Düsensysteme 13 und 14 in Verbindung mit entsprechenden Gasverzweigungen 15 bzw. 16 aufweist Die Mitten der Ausgangsebenen der Düsen jedes Systems sind in der selben horizontalen Ebene angeordnet Wie sich aus F i g. 2 ergibt, sind die vier Düsen jedes Systems 13 und 14 symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse, die durch die Mitte der Trichterhülse

Il

hindurchgeht, angeordnet, wobei diese Anordnung so getroffen ist, daß, wenn die Geschwindigkeiten der jedes Düsensystem verlassenden Gasstrahlen gleich sind, die Vektorsumnie der auf den Flüssigkeitsstrom durch die Strahlen aus jedem Düsensystem übertragenden Kräfte in einer senkrecht durch die Aufschlagzone gehenden Ebene im wesentlichen Null ist. Acht Düsen sind symmetrisch in einem Muster angeordnet, das so ausgebildet ist, daß die Düsen I $ auf einem Teilkreisdurchmesser angeordnet sind, der kleiner ist als derjenige, auf dem die Düsen 14 .ingeordnet sind. Die acht Düsen weisen einen gleit hin hngstellendurchmesscr juf. Wie der Kig. i /u entnehmen ist, sind die Mittellinien der Düsen 13 in einem kleineren Winkel zur Senkrechten geneigt als die Mittellinien der Düsen 14, r> wobei die Winkel so ausgewählt sind, daß sich die acht Mittellinien in einem gemeinsamen Punkt auf der durch die Mitte des Ringes gehenden senkrechten Achse treffen. Der Druckstroin obcihalb der Düsen Π und 14 wird so gesteuert, daß die Kraft, mit der die aus den .> <) Düsen II austretenden Gasstrahlen auf den Strom aus gesihmnl/encm Metall .luftreifen, nicht größer ist als die Kraft, mit der die Gasstrahlen, die aus den Düsen 14 austreten, auf diesen Strom .luftreifen.

Hs ist einzusehen, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und J jedes Düsensystem eine gewünschte Anzahl von Düsen aufweisen kann und dal) die Anzahl der Düsen in einem System von der Anzahl der Düsen in dem anderen System abweichen kann. Außerdem kann es wünschenswert sein,die Geschwindigkeit des aus der M Düse 14 austretenden Ciasstrahles über eine angemessene Entfernung in Richtung auf die Aufschlagzone über die Schallgeschwindigkeit anzuheben. Weiterhin können bei den beschriebenen Ausführungsformen auch mehr als zwei Düsensysleme verwendet werden.

Obwohl die Düsen in vorteilhafter Weise bei den beschriebenen Ausführungsformen auf einem Kreis angeordnet sind, um das austretende Gas auf einen zylindrischen Strom zu lenken, ist es auch möglich, eine entsprechende Anordnung der Düsen vorzusehen, bei der das geschmolzene Metall in einem Strom gegossen wird, der in einer Ebene eine Abmessung aufweist, die größer ist als die Abmessung in einer hierzu senkrechten Ebene.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 wird ein flacher Strom aus geschmolzenem Material 18 erzeugt, der aus der Auslaßöffnung 19 des Trichters austritt. Diese öffnung hat in einer waagerechten Ebene und in einer Richtung, die senkrecht zu der Zeichenebene verläuft, eine Abmessung, die sehr viel größer ist als die ^r>o Abmessung rechtwinklig zu dieser Ebene und zu der senkrechten Ebene, durch die die Mittellinie der Trichteröffnung geht Der Strom 18 fällt durch die beiden Düsensysteme 20 und 21 hindurch. Diese bestehen aus einem Paar gekühlter, übereinander angeordneter Düsen 22 und 23, die derart angeordnet sind, daß die Strömungsmittelstrahlen jeweils im wesentlichen über die gesamte Breite des flachen Materialstromes verlaufen. Die oberen Düsen 22 sind gleich weit von der senkrechten Ebene entfernt angeordnet, die durch die Mittellinie der Trichteröffnung geht, und die Mittellinie jeder Düse ist nach unten in dem selben Winkel zur Senkrechten geneigt. Die unteren Düsen 23 weisen einen größeren Abstand von dem Strom auf. Weiterhin sind sie in gleicher Weise, im gleichen Abstand von der bereits vorher erwähnten senkrechten Ebene, aber mit einem unterschiedlichen Gemeinsamen Winkel zur Senkrechten nach unten gerichtet angeordnet.

Die Düsen 22 bilden ein Düsensystem und die Düsen 2} bilden ein anderes Düsensystem, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß, wenn die Geschwindigkeiten der jedes System verlassenden Strahlen gleich sind, die Vektorsumme der durch die beiden aus den Düsen 22 austretenden Strahlen bzw. durch die beiden aus den Düsen 2} austretenden Strahlen auf den Strom übertragenen Kräfte in einer durch die Aufschlag/.one hindurchgehenden waagerech ten l-!bene im wesentlichen Null sind. Bei der veranschaulichten Anordnung treffen die aus den Düsen 22 austretenden Strahlen unter einem kleineren mittleren Winkel zur Senkrechten auf die Oberflache des Stromes auf als die aus den Düsen 22 austretenden Strahlen. Wenn alle vier die entsprechenden Düsen mit gleicher Geschwindigkeit verlassen, werden die Strahlen, die aus den Düsen 22 justreten, auf den Strom mit einer geringeren Kraft aufsihlagen als die aus den Düsen 2) austretenden, da die zurückzulegende Entfernung von den Düsen 22 größer ist.

Obwohl die Düsen 22 und 23 in einer Anordnung beschrieben wurden, in der die austretenden Stromungsmittelstrahleii über die gesamte Breite des Flüssigkeitsstromes veilaufen, kann jedes Düsensystem 20 und 21 auch zwei Reihen voneinander getrennter und gleich weit voneinander angeordneter Düsen aufweisen, wobei die Mittelpunkte der Austrittsebenen der Düsen jeder Reihe auf einer Linie liegen, die parallel /u der waagerechten Mittellinie des Flüssigkeitsstromes verläuft. Die Düsenreihen jedes Düsensystems können so angeordnet sein, daß jede einzelne Düse der oberen Reihe oberhalb eines Raumes zwischen angrenzenden Düsen der unteren Reihe liegt.

In F i g. 5 ist eine Vorrichtung veranschaulicht, die aus einem einzigen Düsensystem mit vier Reihen voneinander getrennt ausgebildeten Düsen besteht, von denen zwei innere Reihen 24, die ein Düsensystem bilden, und zwei äußere Reihen 25, die ein zweites Düsensystem bilden, vorgesehen sind. Die Austrittsebenen der Düsen jedes Systems sind in derselben waagerechten Ebene angeordnet, und die Mitten der Austrittsebenen liegen auf Linien, die parallel zu der von einer Trichteröffnung 26 ausgehenden Längsachse verlaufen. Die Düsen jeder inneren Reihe 24 liegen parallel zu den Düsen der angrenzenden äußeren Reihe 25. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß jede Vektorsumme der durch die Strömungsmittelstrahlen aus einem Düsensystem auf den flachen, aus der Trichteröffnung austretenden Flüssigkeitsstrom übertragenden Kräfte in einer waagerechten und durch die Aufschlagzone hindurchgehenden Ebene im wesentlichen Null ist. Bei einer anderen Ausführungsform, die sich von derjenigen der F i g. 5 unterscheidet, sind die Düsenreihen 24 und 25 durch schlitzförmige Düsen ersetzt, die je im wesentlichen die gleiche Ausdehnung wie die Längsausdehnung der Trichteröffnung aufweisen.

Bei der Ausführungsform nach Fig.6 ist die Vorrichtung mit einem Düsensystem ausgerüstet, das nur zwei langgestreckte und schlitzförmige Düsen 28 und 29 aufweist, die je ein Düsensystem bilden. Die Mitten der Austrittsebenen der Düsen 28 und 29 sind in derselben waagerechten Ebene angeordnet, und die Mittellinie jeder Düse verläuft parallel zu der Längsausdehnung der langgestreckten Trichteröffnung 30. Bei der dargestellten Anordnung trifft der aus der Düse 28 austretende Strahl mit einem kleineren mittleren Winkel zur Senkrechten auf die Oberfläche des

l'lüssigkeitsstromcs als der aus der Düse 29 austretende Strahl auf. Bei einer abgewandelten Ausführungsform können die Düsen 28 und 29 durch Reihen voneinander getrennter Düsen 31 bzw. 32 ersetzt werden, wie dies strichpunktiert ir. F i g. 6 dt rgestellt ist.

Bei einer nicht veranschaulichten Abwandlung der Ausführungsform nach Γ i p. b sind die Düsen 29 und 32 auf einer I'bcne angeordnet, die nicht mit derjenigen der Düsen 28 und 31 zusammenfällt. Diese Ausführungsform entspricht daher im wesentlichen der die Dusensystcme 20 und 21 aufweisenden Ausführungsform nach F i g. 4.

Obwohl die in F i g. 4, 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen zwei Düsensyslcme aufweisen, ist es verständlich, daß auch mehr als zwei derartige Düscnsystenic vorgesehen sein können.

Wenn die vorstehend beschriebene Vorrichtung so betrieben wird, daß eine chemische Reaktion zwischen dem Gas und dem Strom aus geschmolzenem Material gewünscht ist. was beispielsweise beim Frischen von Eisen durch Reaktion zwischen Sauerstoff oder änderet oxidierenden Gasen und metallischen Verunreinigun gen in dem Metall der Fall ist, kann es zweckmäßig sein die Anordnung so zu treffen, daß das Gas, das auf dei Flüssigkeitsstrom unter einem größeren Winkel zu Senkrechten auftrifft, dieses mit einer Kraft tut. di< ausreicht, um für das gewünschte Zerstäuben de; Stromes zu sorgen, wohingegen das Gas, das aus de anderen Düse oder den anderen Düsen austritt, dazi verwendet wird, die gewünschten chemischen Reaktio nen durchzuführen.

Wenn die in der Zeichnung dargestellten Vorrichtun gen zur Herstellung von Pulver eingesetzt werden, kam es sich bei den Strömungsmiltelslrahlen auch um ein Flüssigkeit handeln. Wenn derartige Flüssigkeitsstrahl len erzeugt werden, sind die Düsen, aus denen di Strahlen austreten, konvergent oder mit in !.ängsrich tung gleichen Querschnitten ausgebildet und nicht s konvergent/divergent gestaltet, wie es in der Zcichnun veranschaulicht ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

f. Verfahren zum Zersprengen oder Zerstäuben eines freifallenden Flüssigkeitsstromes durch Einwirken von nach unten gerichteten, konvergierenden Strömungsmittelstrahlen, die man aus wenigstens zwei Düsensystemen auf den Flüssigkeitsstrom in einer gemeinsamen Aufschlagzone auf treffen läßt, wobei der Winkel zur Vertikalen, unter dem der bzw. die Strömungsmittelstrahlen aus dem ersten Düsensystem den Flüssigkeitsstrom beaufschlagen, kleiner ist als der Winkel, unter dem der bzw. die Strömungsmittelstrahlen aus dem zweiten Düsensystem auf den Flüssigkeitsstrom auftreffen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung einer von der Aufschlagzone aus nach oben gerichteten Bewegung von Partikeln die Kraft, mit welcher der bzw. die Strömungsmittelstrahlen aus dem ersten Düsensystem (z. B. 8, 13, 22) auf den Flüssigkeitsstrom (1) auftreffen, kleiner gewählt wird als die Kraft, mit welcher der bzw. die Strömungsmittelstrahien aus dem zweiten Düsensystem (z. B. 11, 14, 23) auf den Flüssigkeitsstrom auftreffen, und daß die auf den Flüssigkeitsstrom durch die Strömungsmittelstrahlen aus jedem Düsensystem einwirkenden, gerichteten Kräfte so gewählt werden, daß deren Vektorsummen bezüglich einer horizontalen, durch die Aufschlagzone verlaufenden Ebene im wesentlichen jeweils gleich Null sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die aus mindestens einem der Düsensysteme (z.B. 8, 13, 22 bzw. 11, 14, 23) austretenden Strömungsmittelstrahlen ein Medium verwendet wird, das chemisch mit dem Flüssigkeitsstrom oder mit den Verunreinigungen innerhalb des Flüssigkeitsstromes reagiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Medium des bzw. der Strömungsmittelstrahlen ein oxidierendes Gas verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Medium des bzw. der Strömungsmittelstrahlen Sauerstoff verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die aus mindestens einem der Düsensysteme (z. B. 8, 13, 22 bzw. 11, 14, 23) austretenden Strömungsmittelstrahlen eine Flüssigkeit verwendet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Gießtrichter mit einer Auslaßöffnung für den Flüssigkeitsstrom und mit wenigstens zwei Düsensystemen zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Düsensystem (8 oder U bzw. 13 oder 14) durch eine Anzahl von Düsen gebildet ist, die symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse des freifallenden Flüssigkeitsstromes angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- wi zeichnet, daß die Düsen eines jeden Düsensystems (8 und U bzw. 13 und 14) symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse des freifallenden Flüssigkeitsstromes angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Düsensysteme (8,11) in verschiedenen Höhen angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes Düsensystem eine Anzahl von symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse des Flüssigkeitsstromes angeordneten Düsen aufweist, wobei der Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebene der Düsen des ersten Systems (8) gehenden Kreises gleich dem Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebene der Düsen des zweiten Systems (11) gehenden Kreises ist(Fig. 1).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Düsensystem eine Anzahl von Düsen aufweist, die symmetrisch auf einem Kreis um die senkrechte Achse des Flüssigkeitsstromes (18) angeordnet sind, wobei der Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebene der Düsen des ersten Systems (13) gehenden Kreises verschieden von dem Durchmesser des durch die Mitte der Austrittsebene der Düsen des zweiten Systems (14) gehenden Kreises ist (F i g. 2).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Mitten der Austrittsebenen der Düsen der beiden Düsensysteme in derselben waagerechten Ebene liegen, wobei die Düsen des einen Düsensystems (13) einen anderen Abstand von der Barin des Flüssigkeitsstromes als die Düsen des anderen Düsensystems (14) aufweisen (Fig. 3).
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Gießtrichter mit einer Auslaßöffnung für den Flüssigkeitsstrom und mit wenigstens zwei Düsensystemen zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Düsensystem (22, 23) zwei Reihen von getrennten Einzeldüsen aufweist und die Düsen jeder Reihe der beiden Systeme so angeordnet sind, daß jede Düse (22) der oberen Reihe senkrecht oberhalb einer Linie liegt, die zwischen aneinander angrenzenden Düsen (23) der unteren Reihe verläuft, wobei der Flüssigkeitsstrom in einer ersten Richtung und in einer waagerechten Ebene eine Abmessung aufweist, die ein Mehrfaches der Abmessung in einer zu der ersten rechtwinklig verlaufenden zweiten Richtung beträgt, und wobei jedes Düsensystem eine Strömung erzeugt, die im wesentlichen über beide Seiten der Hauptabmessung des Flüssigkeilsstroms verläuft (Fig. 4).
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Gießtrichter mit einer Auslaßöfinung für den Flüssigkeitsstrom und mit wenigstens zwei Düsensystemen zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf verschiedenen Höhen angeordnete Düsensysteme (22, 23) vorgesehen sind, durch die je zwei kohärente Strömungsmittelstrahlen erzeugt werden, wobei der Flüssigkeitsstrom in einer ersten Richtung und in einer waagerechten Ebene eine Abmessung aufweist, die ein Mehrfaches der Abmessung in einer zu der ersten rechtwinklig verlaufenden zweiten Richtung beträgt, und wobei die durch jedes Düsensystem (22 bzw. 23) erzeugten kohärenten Strömungsmittelstrahlen jeweils im wesentlichen über die Breite einer Seite der Hauptabmessung des Flüssigkeitsstromes verlaufen (F i g. 4).
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit emem Gießtrichter mit einer Auslaßöffnung für den F liissigkeitsstrom und mit wenigstens zwei Düsensy-

stemen zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Düsensystem zwei Reihen (24, 25) von entsprechend wechselseitig voneinander entfernt angeordneten Düsen aufweist, wobei der Flüssigkeitsstrom in einer ersten Richtung und in einer waagerechten Ebene eine Abmessung aufweist, die ein Mehrfaches der Abmessung in einer zu der ersten rechtwinklig verlaufenden zweiten Richtung beträgt, und daß jede Düsenreihe gegenüber einer Seite der Hauptabmessung der Bahn des Flüssigkeitsstromes angeordnet ist und die Mitten der Austrittsebenen der Düsen jeder Reihe (24 bzw. 25) auf Linien liegen, die parallel zu der in Längsrichtung verlaufenden, waagerechten Mittellinie des aus der Trichteröffnung (26) kommenden Flüssigkeitsstromes liegen (F i g. 5).
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Gießtrichter mit einer Auslaßöffnung für den Flüssigkeitsstrom und mit wenigstens zwei Düsensystemen zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Düsensysteme durch je eine langgestreckte, schlitzförmige Düse (28 bzw. 29) gebildet ist, und die durch jedes Düsensystem (28 bzw. 29) erzeugten Strömungsmittelstrahlen jeweils einen kohärenten Strahl aufweisen, der im wesentlichen über die Breite einer Seite der Hauptabmessung des aus einer Trichteröffnung (30) kommenden Flüssigkeitsstromes verläuft, wobei die Strömung aus jedem Düsensystem auf dieselbe Seite des Flüssigkeitsstromes auftrifft (F i g. 6).
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Gießtrichter mit einer Auslaßöffnung für den Flüssigkeitsstrom und mit wenigstens zwei Düsensystemen zur Erzeugung von jeweils wenigstens einem Strömungsmittelstrah!, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Düsensysteme durch je eine Reihe von wechselseitig im Abstand voneinander entfernt angeordneten Düsen (31, 32) gebildet ist, wobei die Düsen jeder Reihe gegenüber einer gemeinsamen Seite der Hauptabmessung der Bahn des aus einer langgestreckten Trichteröffnung (30) kommenden Flüssigkeitsstromes liegen und parallel zu der in Längsrichtung verlaufenden, waagerechten Mittellinie des Flüssigkeitsstromes verlaufen (F i g. 6).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen mindestens eines Düsensystems eine kombinierte konvergent/divergente Form aufweisen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der Düsen mindestens eines Düsensystems eine konvergente Form aufweisen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der Düsen mindestens eines Düsensystems parallele Seiten aufweisen. ω