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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen
verbesserten Zerstäuber-Ringkonverter zum Ausbilden eines Sprühnebels
bzw. -kegels aus geschmolzenem Metall und insbesondere einen
solchen Konverter, der besonders angepaßt ist für die
Ausbildung eines Sprühnebels eines gereinigten geschmolzenen Metalls
aus einer Reinigungs- oder Schmelzkammer für geschmolzenes
Metall. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur
Ausbildung eines Sprühnebels, in dem geschmolzenes Metall
durch Gasaufprall auf einen Strom von geschmolzenem Metall in
sehr kleine geschmolzene Metalltröpfchen zerstäubt wird, und
auf die Mittel, durch die die geschmolzenen Tröpfchen
bevorzugt auf eine Targetoberfläche gelenkt und dort
niedergeschlagen werden. Ganz besonders bezieht sie sich auf das Steuern
des Flusses der geschmolzenen Metalltröpfchen und auf die
Vermeidung eines Rückflußstromes solcher Tröpfchen während der
Gaszerstäubung.
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Ein Konverter zum Ausbilden eines Sprühnebels aus
geschmolzenem Metall wird verwendet, um einen Strom aus geschmolzenem
Metall in einen sich aufweitenden Sprühnebel oder eine
Sprühfahne von kleinen Tröpfchen aus geschmolzenem Metall
umzuwandeln, die auf einen geeigneten Kollektor auftreffen und sich
dort niederschlagen, wobei der Kollektor einen großen
Metallblock oder ein anderes Objekt mit gewünschten
Metalleigenschaften liefern kann.
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Ein Beispiel für die Reinigung von geschmolzenem Metall wird
als Elektroschlacke-Umwälzverfahren bezeichnet und ist
erläutert und beschrieben im U. S. Patent 5,160,532 - Benz et al.,
das auf denselben Rechtsnachfolger wie die vorliegende
Erfindung übertragen wurde.
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In einem Elektroschlacke-Prozeß kann ein großer Barren eines
bevorzugten Metalls effektiv in geschmolzenem Zustand
gereinigt werden, um wichtige Verunreinigungen, wie bspw. Oxide und
Sulfide, zu entfernen, die in dem Block vorhanden gewesen sein
können. Einfach beschrieben, weist die Elektroschlacke-
Reinigung einen Metallbarren auf, der über einem Bad
geschmolzenen Metalls in einem geeigneten Gefäß oder Ofen angeordnet
ist, wobei das Bad geschmolzenen Metalls eine
Oberflächenschicht aus fester Schlacke, eine angrenzende Unterschicht aus
geschmolzener Schlacke und einen zuunterst gelegenen Körper
aus gereinigtem geschmolzenem Barrenmetall aufweisen kann. Der
Barren ist als eine Elektrode in einem elektrischen Stromkreis
geschaltet, der das Bad geschmolzenen Metalls, eine
elektrische Stromquelle und den Barren einschließt. Der Barren wird
mit der Schicht geschmolzener Schlacke in Kontakt gebracht,
und ein starker elektrischer Strom wird veranlaßt, über die
Grenzfläche Barren/geschmolzene Schlacke zu fließen. Diese
Anordnung und dieser Prozeß verursachen eine elektrische
Widerstandsbeheizung und ein Schmelzen des Barrens an der
erwähnten Grenzfläche, wobei das geschmolzene Barrenmetall durch
die Schicht geschmolzener Schlacke als Reinigungsmedium
hindurchtritt, um dann ein Teil des Körpers aus gereinigtem
Barrenmetall zu werden. Es ist die Kombination des gesteuerten
Widerstandsschmelzens und des Durchtritts von geschmolzenem
Barrenmetall durch die Schicht geschmolzener Schlacke, die das
Barrenmetall reinigt, um Verunreinigungen wie Oxide, Sulfide
und andere unerwünschte Einschlüsse zu entfernen.
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Bei der Bildung von metallischen Sprühnebeln wird ein kleiner
Strom von gereinigtem geschmolzenem Metall veranlasst,
konzentrisch durch einen Konverter zur Ausbildung von Sprühnebeln
aus geschmolzenem Metall zu fließen, der im allgemeinen einen
geschlossenen peripherischen Verteiler aufweist, der einen
offenen mittigen Abschnitt besitzt. Der Verteiler ist mit
Gaseinlaßmitteln und mehreren Gasdüsenauslaßeinrichtungen
ausgerüstet. Ein unter Druck stehendes Gas wird dem Verteiler
zugeführt, um durch die Gasdüsen in konvergierenden Strömen
auszutreten, die auf den vorbeifließenden Metallstrom
auftreffen, um den Metallstrom in ein im allgemeinen sich
aufweitendes Sprühmuster von kleinen geschmolzenen Metalltröpfchen
umzuwandeln bzw. aufzubrechen. Dieses Sprühmuster kann dann so
gelenkt werden, dass es auf einer geeigneten
Kollektoroberfläche auftrifft und sich dort niederschlägt, um einen
Metallblock oder ein anderes metallisches Objekt zu bilden.
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Die Technik der Sprühnebelbildung von Metallen ist eine gut
entwickelte Technik. Eine Anzahl von U. S. Patenten wurde
erteilt, die sich auf diese Technik beziehen, einschließlich der
folgenden Patente: 3,909,921, 3,826,301, 4,926,923, 4,779,802.
Diese und andere Patente, die sich mit dem Thema der
Sprühnebelausbildung befassen, bilden einen Teil eines ausgedehnten
technischen Hintergrunds in diesem Stoff. Ein anderes solches
Patent ist DE-C-35 33 966.
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Einige dieser Patente und insbesondere das letztgenannte
Patent beschäftigen sich mit dem Problem, eine genaue Steuerung
der Massenabscheidung des Metalls auf der
Abscheidungsoberfläche zu erreichen. Wie in dem U. S. Patent 4,779,802 gezeigt
wird, ist ein Vorschlag, die Steuerung der Massenverteilung
der abgeschiedenen Schicht von gaszerstäubtem Metall zu
verbessern, in der britischen Patentbeschreibung 1455862
dargelegt, wo vorgeschlagen wird, den Sprühnebel von zerstäubten
Teilchen mit Hilfe eines primären Satzes von Gasdüsen für die
Zerstäubung und zwei Sätzen von sekundären Düsen zu trennen,
die schnell ein- und ausgeschaltet werden, um dem Sprühnebel
von zerstäubtem Metall eine oszillierende Bewegung zu
verleihen. Wie jedoch in dem oben zitierten U. S Patent angemerkt
wird, wurde gefunden, dass die Anordnung keine ideale
Steuerung der Massenverteilung des abgeschiedenen Metalls
ermöglichte. Daher wurde ein alternativer Vorschlag, dem Sprühnebel
eine Richtung zu geben, angeregt, wie er in der europäischen
Patentanmeldung 0127303A mitgeteilt wird. Diese Anordnung
bezieht das Ein- und Ausschalten von einzelnen Gasdüsen ein,
die beide Funktionen des Zerstäubens und des Oszillierens des
Sprühnebels erfüllen. Diese beiden Methoden sind jedoch sehr
schwierig zu steuern und es fehlt ihnen insbesondere an
Flexibilität während des Betriebs. Ein Problem des ersten
Vorschlags besteht darin, dass die Verwendung von sekundären
Düsen eine übermässige Kühlung des abgeschiedenen Metalls zur
Folge haben kann, was heißt, dass nachfolgend ankommende
Teilchen nicht koaleszieren und nicht sauber an dem bereits
abgeschiedenen Metall haften können. Das Problem der zweiten
Methode besteht darin, dass die Form und die Eigenschaften des
Sprühnebels sich verändern können, wenn die einzelnen Düsen
ein- und ausgeschaltet werden, und dies macht es extrem
schwierig, gleichförmige Abscheidungs- und
Verfestigungsbedingungen sicherzustellen.
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Die Aufzählung dieses und zahlreicher anderer Probleme, die
sich auf die Sprühnebelbildung von metallischen Gegenständen
und die Lösungen zu diesen Problemen beziehen, werden in den
oben genannten Patenten und anderen zu diesem Gebiet gehörigen
ausgeführt.
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Man glaubt, dass während des Prozesses der Sprühnebelbildung
das dynamische Muster des Gases in der Zerstäubungskammer
wichtig für eine effektive Zerstäubung des flüssigen
Metallstroms ist. Es wurde gefunden, dass das Mitführen bzw.
Mitreißen von Gasen an den Hochgeschwindigkeitsdüsen eine Rück- bzw.
Rezirkulationsströmung verursacht, die eine
Aufwärtsgeschwindigkeit des Gases nahe der Mittellinie des Zerstäubers zur
Folge hat. Diese Rückströmung ist unerwünscht, weil der
flüssige Metallstrom nicht den notwendigen Impuls besitzen kann,
der notwendig ist, um das flüssige Metall durch dieses Gebiet
zu befördern, was in einem Rückspritzen des Metalls
resultiert, was heißt, dass die flüssigen Metalltröpfchen nach oben
geschleudert wurden. Dieses Rückspritzen kann Probleme mit dem
Zerstäuber verursachen, von dem der Strom flüssigen Metalls
aus dem Ofen ausgeht, weil Tröpfchen auf seinen Oberflächen
festkleben können, dabei die Austrittsöffnung blockieren und
möglicherweise ein Verkleben verursachen. Daher kann der
Zerstäuber durch das Rückspritzen blockieren oder komplett
verkleben. In ähnlicher Weise kann die
Sprühnebelbildungsverbindung blockiert werden.
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Ungeachtet der Darstellung des oben diskutierten Standes der
Technik besteht eine Notwendigkeit für die Bereitstellung von
Mitführgasen ohne die Entwicklung eines exzessiven
Umlaufflusses für die Zerstäubungsdüsen, wie sie nun in der
vorliegenden Erfindung gegeben wird.
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Ein solches System und ein solches Verfahren sollte einen
geringen Gasfluss vorsehen, der ausreichend ist, um den
Mit
führ- bzw. Mitreiß-Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsdüsen
zu genügen, um so die Strömungsrezirkulation in der
Nachbarschaft des Zerstäubers zu reduzieren oder zu eliminieren, die
zum Rückspritzen führt. Zur gleichen Zeit muß diese Strömung
niedrig genug sein, um eine vorzeitige Zerstäubung des
flüssigen Metalls zu verhindern, die sich ergeben könnte, wenn der
Gasfluß auf den flüssigen Metallstrom auftrifft und ihn
veranlaßt, aufzubrechen, bevor er die Zerstäubungszone erreicht
hat. DE-C-38 39 739 stellt einen ringförmigen Zerstäuber um die
Behälteraustrittsöffnung zur Verfügung.
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Gemäß der Erfindung wird ein Konverter zum Ausbilden eines
Sprühnebels bzw. -kegels aus geschmolzenem Metall geschaffen,
der enthält: einen Ringverteiler zum Aufnehmen eines Gases
darin und zum Hindurchleiten eines Stroms aus geschmolzenem
Metall; wenigstens eine primäre Gasleitstruktur, die operativ
in dem Verteiler angeordnet ist, zum Leiten bzw. Richten des
Gases durch die wenigstens eine Gasleitstruktur derart, dass
das Gas an dem Strom aus geschmolzenem Metall angreift,
nachdem es durch den Verteiler hindurchgeströmt ist, um den
Metallstrom in ein Sprühmuster aus geschmolzenen Metalltröpfchen
umzuwandeln, und gekennzeichnet durch wenigstens eine
sekundäre Gasleitstruktur, die operativ in dem Verteiler angeordnet
ist, um das Rückspritzen zu verringern, das durch den Eingriff
des Gases durch die wenigstens eine primäre Gasleitstruktur
hindurch mit dem Strom erzeugt wird.
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Der Verteilerring kann durch die Bereitstellung von kleinen
Öffnungen durch den inneren Durchmesser des Rings oder durch
Bereitstellen großer Löcher durch den inneren Durchmesser und
das Hinzufügen eines porösen Metallfilters zum Abdecken der
großen Löcher modifiziert werden, so dass der Gasdruck
reduziert wird, um eine diffuse Gasquelle an der inneren Bohrung
bereitzustellen.
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Diese beiden Modifikationen erzeugen einen relativ kleinen
Gasmassenfluß, ausreichend um der Mitführ-Voraussetzung der
Hochgeschwindigkeitsdüsen zu genügen, aber niedrig genug, um
eine vorzeitige Zerstäubung des flüssigen Metalls zu
vermeiden, wodurch ein Rückspritzen des Metalls verhindert wird.
Dementsprechend können Ausführungsformen dieser Erfindung
einen verbesserten Zerstäuber-Ringkonverter zur Bildung eines
Sprühnebels aus geschmolzenem Metall für eine
Reinigungseinrichtung für geschmolzenes Metall bereitstellen, der Mittel
zum Verhindern einer Rezirkulationsströmung während der
Zerstäubung aufweist, was ein Rückspritzen des zerstäubten
Metalls verhindert.
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Die Erfindung wird nun genauer beispielhaft mit Bezug auf die
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung einer
Elektroschlacke-Reinigungseinrichtung mit einem
herkömmlichen Ringzerstäuber zur Bildung eines
Sprühnebels ist;
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Fig. 2 eine Darstellung der sich auf den Gasfluß
beziehenden Vektoren in einem älteren Modell einer
Einrichtung zur Ausbildung eines Sprühnebels ist
(ohne den Metallfluß);
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Fig. 3 eine schematische Teildarstellung eines
herkömmlichen Ringverteilers zur Ausbildung eines
Sprühnebels ist, die den Gasrückfluß während des
Betriebs des Zerstäubers zeigt;
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Fig. 4 eine modifizierte Darstellung der dem Gasfluß
zugeordneten Vektoren der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 5 eine Teilansicht einer Gaszerstäubungseinrichtung
ist, die den Konverterring unter Verwendung einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im
Schnitt während des Betriebs des Systems zeigt;
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Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer alternativen
Gaszerstäubungsstruktur zeigt, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann;
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Fig. 7 eine ähnliche Querschnittsansicht einer anderen
alternativen Form einer Gaszerstäubungsstruktur
ist, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden kann;
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Fig. 8 eine graphische Darstellung des statischen Druckes
des Schmelzstroms eines Ringkonverters des Standes
der Technik ist; und
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Fig. 9 eine graphische Darstellung des statischen Druckes
des Schmelzstroms eines Ringkonverters ist, der
eine poröse Einlage darin aufweist.
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In Ausführung der vorliegenden Erfindung in ihren bevorzugten
Ausführungsformen stellen wir einen verbesserten Gaszerstäuber
für die Verwendung in irgendeinem Prozess, der offene
Zerstäubung, wie bspw. die Ausbildung eines Sprühnebels bzw. -
kegels, einbezieht, zur Verfügung. Eine dargestellte
Ausführungsform der hierin offengelegten Erfindung ist in der Form
eines modifizierten Zerstäubers mit vektoriellen Düsen oder
einer diffusen Gasquelle in Verbindung mit einem
Elektroschlacke-Schmelzverfahren.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein für die Verwendung in einem
Elektroschlacke-Reinigungsverfahren geeignete
Elektroschlackeeinrichtung 10 ein Schmelzgefäß oder Ofen 11 auf, das während
des Betriebs der Einrichtung 10 eine resultierende
Metallversorgung aus Barrenmetall (nicht gezeigt) enthält. Der Barren
weist normalerweise eine Oberflächenschicht aus fester
Schlacke (nicht gezeigt), eine angrenzende Unterschicht 14 aus
geschmolzener Schlacke und ein zuunterst liegendes Bad oder
einen Körper 15 aus gereinigtem Barrenmetall auf. Wie gut
bekannt ist, wird ein zu reinigender Metallbarren mit der
geschmolzenen Schlackeschicht 14 in Kontakt gebracht. Wie auch
bekannt ist, wird der Metallbarren als Elektrode in einen
elektrischen Stromkreis geschaltet. Elektrische Spannung wird
dann von einer geeigneten Energiequelle (nicht gezeigt) durch
einen Stromleiter (nicht gezeigt) an den Barren (nicht
ge
zeigt) angelegt. Ein geeigneter elektrischer Stromleiter
(nicht gezeigt) von dem Gefäß 11 zu der Energiequelle schließt
den Stromkreis. Ein starker elektrischer Strom, der über die
Grenzfläche zwischen dem Barren und der geschmolzenen Schlacke
14 fließt, erzeugt eine elektrische Widerstandsbeheizung, die
ausreicht, um ein Schmelzen des Grenzflächenendes des Barrens
zu verursachen. Geschmolzenes Barrenmetall fließt als
Reinigungsprozeß durch die geschmolzene Schlacke 14 und wird Teil
des Bades 15 aus gereinigtem Metall.
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Am untersten Teil des Gefäßes 11 steht eine geregelte
Ausflußöffnung 20 in Verbindung mit dem Bad 15 von geschmolzenem
Metall. Um das Schmelzen und den flüssigen Zustand des
geschmolzenen Metalls 15 in der Nähe der Öffnung 20
beizubehalten, kann eine mit einer geeigneten Energiequelle (nicht
gezeigt) verbundene elektrische Induktionsheizwicklung (nicht
gezeigt) die Öffnung 20 umschließen. Durch diese Maßnahme wird
ein Strom aus geschmolzenem Metall 22 veranlasst, von der
Öffnung 20 durch einen einen Sprühnebel bildenden Zerstäuber-
Ringkonverter 23 zu fließen.
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In einer Form weist der Zerstäuber-Ringkonverter 23 einen
hohlen umlaufenden Ringverteiler mit einer mittigen
kreisrunden Öffnung 24 auf, die konzentrisch angeordnet ist, um den
Metallstrom 22 aufzunehmen. Der Zerstäuber-Ringkonverter 23
umfaßt auch eine periphere Reihe von Gasdüsen oder Öffnungen
25 in einer peripher kontinuierlich verjüngten oder konischen
Randfläche 26. Der Zerstäuber-Ringkonverter 23 ist mit einer
Quelle (nicht gezeigt) von unter Druck stehendem Gas
verbunden, und die Kombination der Gasdüsenöffnungen 25 und der
konischen Fläche 26 stellt eine Anzahl von Gasströmen 27
bereit, die an einem stromabwärts liegenden Scheitelpunkt auf
dem vorbeifließenden Metallstrom 22 zusammenlaufen. Das
kontrollierte Zusammenwirken der Gasdüsenströme 27 mit dem
Metallstrom 22 veranlasst den Metallstrom 22, sich aufzuspalten
und in eine sich aufweitende Sprühfahne oder ein Muster 28 aus
kleinen geschmolzenen Metalltröpfchen umzuwandeln.
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Das Sprühmuster 28 kann auf einen Kollektor 29 gerichtet
werden, um bspw. einen Block von gereinigtem Barrenmetall oder
andere Metallbarrengegenstände bereitzustellen. Der Kollektor
29 kann eine feste oder sich bewegende Fläche einschließlich
einer rotierenden Fläche sein, wie bspw. die Oberfläche eines
rotierenden Zylinders oder eines Dorns. Die Effizienz und
Effektivität der Abscheidung der Sprühfahne 28 aus
geschmolzenem Metall auf einer Kollektoroberfläche, um einen gereinigten
Metallgegenstand bereitzustellen, wird vereinfacht und
verbessert, wenn das Sprühmuster 28 in Bezug auf den Kollektor
schräg ausgerichtet werden kann.
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Das Strömungsmuster in dem Gaszerstäuber wurde mit Hilfe eines
zweidimensionalen achsensymmetrischen rechnerischen
flüssigkeitsdynamischen Analysecomputerprogramms numerisch
untersucht. Die Ergebnisse für die Konstruktion nach dem Stand der
Technik sind in Fig. 2 gezeigt. Die Berechnungen zeigten das
Vorhandensein einer Strömungsrezirkulationszone 30, in der die
Richtung des Gasflusses entlang der Mittellinie nach oben
gegen den Flüssigmetallzerstäuber 20 gerichtet ist. Es ist
diese Rückführung bzw. Rezirkulation, von der angenommen wird,
dass sie für das in Fig. 3 gezeigte Metallrückspritzproblem
verantwortlich ist. Die Ursache dieser Rezirkulationszone ist
das Mitreiß-Erfordernis einer
Hochgeschwindigkeits-Zerstäuberdüse.
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In unserer bekannten Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, war
die einzig mögliche Gasquelle für das Rückführungsgas das
auftreffende Gas stromabwärts von dem Konverter, was eine
unerwünschte Rückflußzone zu verursachen scheint, und so ein
Rückspritzen verursacht.
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Die hierin beschriebene Erfindung stellt einen zusätzlichen
Steuerfluß bereit, um der Mitführ-Voraussetzung der
Hochgeschwindigkeitsdüsen ohne die resultierende Rückflußzone zu
genügen. Die Ergebnisse einer Analyse dieser Anordnung sind in
Fig. 4 gezeigt, wo eine Steuergasströmung 34 oberhalb der
Zerstäuberdüsen 25 radial nach innen gerichtet wird. Dieses
Steuergas resultiert in einer wesentlichen Abnahme in der
Stärke der Rezirkulationszone 30', verglichen mit der
Rezirkulationszone 30 in Fig. 2.
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Basierend auf dieser günstigen Voraussage wurde ein Prototyp
des offenen Zerstäubungskonverters hergestellt und getestet.
Der Test zeigte, dass der Zerstäuber der vorliegenden
Erfindung effektiv bei der Verhinderung des Rückspritzens war. Der
Zerstäuber der vorliegenden Erfindung stellt Mitführgase am
inneren Durchmesser des Zerstäubers 23 zur Verfügung, um ein
Rückspritzen zu vermeiden.
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Während das folgende Beispiel illustrativ für die diffuse
Version mit der porösen Metalleinlage ist, nimmt man an, dass
eine separate Gasquelle, wie in Fig. 7 dargestellt, anstelle
entweder der diffusen Konstruktion oder der Konstruktion mit
schmaleren Düsen verwendet werden könnte.
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Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, sind alternative
Ausführungsformen eines offenen Zerstäuber-Ringkonverters der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Zerstäuber-
Ringkonverter 40 weist ein Verteilerbauteil mit zwei
Seitenwänden 44, 46 und einem Oberteil 48 und einer Bodenwand 50
auf. Die innere Seitenwand 46, die normalerweise massiv ist,
ist modifiziert worden, um wenigstens eine Düse 52 zu
enthalten, kann aber tatsächlich mehrere Düsen entlang ihrer
Peripherie aufweisen, wie bspw. 54, 56, 58 und 60. Die Bodenwand
50 enthält primäre Düsen 62, welche die primär für das Leiten
bzw. Richten von Gas aus dem Inneren 64 des Verteilers gegen
den Strom von geschmolzenem Metall 22 verantwortlichen Düsen
sind.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, ist eine andere Düse 66 in die innere
Wand 64 eingeformt und wird anschließend durch die poröse
Metalleinlage 42 abgedeckt.
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Während des Betriebs hat das die primäre Düse 62 verlassende
Gas eine höhere Strömungsgeschwindigkeit als das die sekundäre
Düse 52 oder die poröse Metalleinlage 42 verlassende Gas.
Diese Gasquelle ist ausreichend, um ein Rückspritzen zu
ver
hindern, ist aber nicht von einer solchen Größe, dass sie mit
dem Fluss des Stroms von geschmolzenem Metall interferieren
würde, wenn es innenseitig von der inneren Wand 46 des
Zerstäuber-Ringkonverters 40 entlangfließt.
Beispiel
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Eine Einlage 42 wurde aus einer porösen Buchse aus rostfreiem
Stahl hergestellt und in einen vorhandenen
Zerstäuber-Ringkonverter 40 eingepaßt, wie in Fig. 5 gezeigt. Es wurde 20u
Güte von 316SS gewählt, um einen deutlichen Druckabfall über
der Dicke der Einlage 42 in die Zerstäuberbohrung 24
zuzulassen. Ein Duplikat der Einlage wurde aus einem massiven
Material hergestellt, so dass die Druckmessungen verglichen werden
konnten.
Druckmessungen:
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Der erste Satz von Tests umfaßte Druckmessungen in Abwesenheit
des Stroms von geschmolzenem Metall. Messungen des statischen
Drucks wurden an Orten beginnend vom Ausgang des
Schmelztiegelzerstäubers bis zu einem Punkt unterhalb der Konvergenz des
Zerstäubungsgases vorgenommen. Die Druckmessungen erzeugten
zwei Kurvenfamilien, die in den Fig. 8 und 9 gezeigt sind.
Fig. 8 zeigt den statischen Druck als eine Funktion des
Abstands unterhalb der Schmelzdüse für drei
Zerstäubungsbedingungen unter Verwendung der massiven Einlage. Diese
Bedingungen simulierten jene, die für die Zerstäubungsversuche
verwendet wurden, von denen beobachtet wurde, dass sie den
geschmolzenen Metallstrom veranlassen, sowohl stabil (Bedingung 3) als
auch instabil (Bedingung 1) zu sein.
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Fig. 9 zeigt eine ähnliche Kurve für den Fall der porösen
Metalleinlage. Es sind dieselben drei Bedingungen für die
Sprühnebelbildung aufgetragen. Es wurde während der Tests
bemerkt, dass sich, als die Bedingungen geändert wurden, die
Messungen mit der porösen Einlage schneller stabilisierten als
die gleichen Messungen mit der massiven Einlage. Aus der Kurve
wird deutlich, dass die Druckänderung zwischen den drei
Bedin
gungen für die Sprühnebelbildung geringer ist als die
Variationen, die in Fig. 8 gezeigt sind.
Versuche mit geschmolzenem Metall:
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Es wurden Experimente unter Verwendung der porösen Einlage 42
durchgeführt, während die Stabilität eines geschmolzenen
Metallstroms visuell und mit einer Videokamera beobachtet
wurden. Im allgemeinen wurde ein stabiler Schmelzstrom für die
gewünschten Arbeitsbedingungen erhalten.
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Von den Drücken, die durch die offenen Kreise 66 in Fig. 8
bezeichnet sind, ist bekannt, dass sie destabilisierende
Kräfte auf den Schmelzstrom 22 erzeugen, wenn dieser in die
Zerstäubungszone 68 eintritt. Kügelchen von geschmolzenem Metall
70 (siehe Fig. 3) werden aus dem Schmelzstrom nach oben gegen
den Zerstäuber-Ringkonverter herausgeschleudert. Dies ist
bekannt als "Rückspritzen". Experimente haben gezeigt, dass
diese Bedingung oftmals eine vollständige Blockade des
Ringkonverters 23 und der Flüssigmetalldüse 20 zur Folge haben.
Fotografien, aufgenommen während der Zerstäubung unter
denselben Bedingungen mit der porösen Metalleinlage 42, zeigen einen
stabilen Flüssigmetallstrom 22 oberhalb einer stabilen
Zerstäubungszone 68.
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Auf diese Weise zeigt das obige Experiment klar, dass die
Verwendung der porösen Metalleinlage 42 zur Bereitstellung
eines Gasflusses im Gebiet zwischen der Zerstäubungszone und
der Ausgangsöffnung des Metallstroms ein Rückspritzen
verhindert und einen Gasfluss durch den Zerstäuber-Ringkonverter 23
aufrechterhalten würde, ohne dass darin Verstopfungen
entstehen.
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Die oben diskutierten alternativen Ausführungsformen umfaßten
die Verwendung des gleichen Gases sowohl für die primären als
auch die sekundären Düsen. Solange das Hochdruckgas innerhalb
des Konverters konstant blieb, blieben die relativen Drücke
zwischen den primären und sekundären Düsen ebenfalls konstant.
Zusätzlich sollte das Verhältnis primär zu sekundär während
einer Druckzunahme oder -abnahme ungefähr gleich bleiben, was
ein selbstregulierendes System zur Folge hat. Diese speziellen
Konfigurationen trugen jedoch nicht zu der unabhängigen
Steuerung des sekundären Düsendrucks bei.
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Wie in Fig. 7 gezeigt, ist eine unabhängige Niedrigdruck-
Gasquelle für die sekundären Düsen dargetsellt. Diese
speziellen sekundären Düsen sind ein Auslaß für Gas, das unabhängig
von einer Quelle (nicht gezeigt) verteilt wird. Die Kammern
für das Gas, um das Gas zu bewegen, oder andere
Verteilstrukturen können innen in dem Hohlraum 64 im Hochdruckgebiet
angeordnet sein, oder nach außen auf die Oberfläche der inneren
Wand 76 bewegt werden, oder es kann jedes andere Verfahren
verwendet werden, das unabhängig ein zweites Gas mit
niedrigerem Druck an die Düsen auf der inneren Oberfläche 76 des
Zerstäuber-Ringkonverters 23 liefert. Eine unabhängige Steuerung
der zerstäubenden Steuergase kann für einige Sprühnebel
bildende Anordnungen wünschenswert sein.