Vorrichtung zum Versprühen bzw. Zerstäuben flüssiger Stoffe, insbesondere flüssiger Metalle Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ver sprühen bzw. Zerstäuben flüssiger Stoffe, insbesondere flüssiger Metalle, bestehend aus einem heizbaren Ge- fäss, aus dem der zu zerstäubende Stoff senkrecht nach unten durch einen zusätzlich beheizbaren Düsenkörper fadenförmig abläuft und dann von einem an der Düsen öffnung mit Drall vorbeigeführten gas- oder dampfför- migen Druckmittel zerstäubt wird.
Es ist bekannt, flüssige Stoffe, z. B. wässerige Emul sionen, geschmolzene Kunststoffe oder Metalle zu zer stäuben bzw. zu versprühen. Die Stoffe werden hierbei entweder zur Bildung einer lückenlosen Beschichtung auf die Oberfläche von festen Körpern aufgetragen oder zur pulverförmigen Gewinnung des Feststoffes in einem Gasraum versprüht. Die letztgenannten Granulierver- fahren sind für Metalle und Kunststoffe besonders bei deren spezieller Weiterverarbeitung üblich. Das entste hende pulverförmige Granulat dient z.
B. als Ausgangs stoff oder Hilfsprodukt für die Herstellung von Sinter körpern, Katalysatorenmasse oder von Brennstoffen mit hoher Verbrennungswärme. Man ist bestrebt, dafür Korngrössen von nicht mehr als 100,u, vorzugsweise von weniger als 60,u, einzusetzen.
Bei bekannten Metallspritzverfahren wird das ge schmolzene Metall auf die zu behandelnde bzw. zu be schichtende Oberfläche aufgespritzt. Hierzu wird das der Spritzvorrichtung meist in Form eines Drahtes zu geführte Metall durch einen heissen Gasstrahl ver flüssigt und zusammen mit dem Gas auf den zu be schichtenden Körper geblasen. Zur Herstellung von fei nen Metallpulvern sind diese Verfahren nicht geeignet, da sich dabei die physikalischen und technologischen Eigenschaften des Metalls gegenüber den ursprünglichen in den meisten Fällen infolge einer Umsetzung der ge schmolzenen Teilchen mit dem Gas vollständig verän dern.
Die nach dem Spritzverfahren entstehenden Me- tallpulverteilchen sind im allgemeinen hart, spröde und verhältnismässig grob.
In diesem Zusammenhang ist auch bereits ein Ver fahren zum Herstellen von feinen Pulvern aus metalli- schen Schmelzen bekannt, bei dem das gas- oder dampf- förmige Zerstäubungsmittel durch eine Ringdüse mit grosser Geschwindigkeit kegelförmig auf den schmelz- flüssigen Strahl des zu Pulver zu verarbeitenden Stoffes geblasen wird.
Der schmelzflüssige Strahl tritt unmittel- bar aus der Bodenöffnung des Schmelzkessels im freien Fall aus und wird zentral durch die Ringdüse geführt. Durch Abbiegen des Innenrandes des Düsenmundstük- kes aus der durch den Kegelwinkel bedingten Schräg richtung in die streng axiale Richtung ist bei diesem Verfahren dafür gesorgt dass ein Rückschleudern von erstarrten Metallteilchen auf die Austrittsöffnung der Ringdüse verhindert wird.
Nach diesem bekannten Me- tallzerstäubungsverfahren erhält man zwar ein Metall pulver, dessen technologische Eigenschaften gegenüber dem Ausgangsstoff nur unwesentlich verändert sind, jedoch besitzt das erhaltene Metallpulver eine sehr un- gleichmässige Körnung bei nur geringen Anteilen einer Korngrösse unter 120 ,u.
Es ist ferner auch bereits eine Vorrichtung zum Versprühen von Stoffen, insbesondere zum Zerstäuben flüssiger Metalle, für die Herstellung von Metallpulvern vorgeschlagen worden, bei der ein inertes gas- oder dampfförmiges Druckmittel durch eine sich kegelförmig verjüngende Kammer tangential mit Drall auf den senkrecht nach unten durch eine Düse aublaufenden Strahl des flüssigen Stoffes geführt wird.
Diese mit ge wissem Abstand unterhalb des Schmelzbehälters ange ordnete Düse ist zusätzlich beheizbar und ihre Öffnung mündet in einen freien kegligen Raum, durch den noch vor dem Angriffsort des Druckmittels an der Mündung der Zerstäubungsdüse Aussenluft als Zweitluft ange saugt wird. Die eigentliche Zerstäubungsdüse ist nicht beheizt und ihre Mündung wird vom gas- oder dampf- förmigen Druckmittel gekühlt.
Mit der Vorrichtung nach dem älteren Vorschlag wird zwar eine sehr hohe Aus beute an Pulver unter 60 ,u Korngrösse erhalten. Auf grund der nicht genügend erwärmten, die Zerstäubung bewirkenden Düse ist jedoch ein störungsfreier Dauer betrieb mit dieser Vorrichtung für gewisse Metalle nicht möglich. Die nach dem älteren Vorschlag aufgebaute Düse muss vielmehr in gewissen Zeitabständen von Me tallspritzern und Metallansätzen gereinigt werden.
Es wurde nun gefunden, dass man eine für den Dauerbetrieb geeignete Vorrichtung zum Versprühen bzw. Zerstäuben flüssiger Stoffe, insbesondere flüssiger Metalle, erhält, mit welcher ein pulverförmiges Granu lat mit einem hohen Anteil der Korngrösse unter 60 ,u herstellbar ist, wenn der im Ablaufweg des flüssigen Stoffes angeordnete beheizbare Düsenkörper gegen über der umgebenden Düsenhalterung punkt- oder li- nienförmig abgestützt und von einem freien ring- oder kegelspaltförmigen Raum umgeben ist.
Vorzugsv;eise liegt der die beheizbare Düse umge bende ring- oder kegelspaltförmige Raum in Wirkungs bereich der Düsenheizung. Zweckmässig ist, wenn der zusätzlich beheizbare Düsenkörper aus einem korro sionsbeständigen und verschleissfesten Werkstoff von besonders guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist vor zugsweise aus einem Spezialgraphit mit einer Wärme- leitfähigkeit von etwa 90 kcal/m.h. C.
Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel wiedergibt, ist die Erfindung nachfolgend näher be- beschrieben.
Die Vorrichtung besteht zunächst aus einem mit senkrechter Achse angeordneten Gefäss 1 zur Aufnah me des zu zerstäubenden Stoffes, das in seinem unteren Bereich eine Heizeinrichtung 1a besitzt. Das untere ein gezogene Ende des Gefässes 1 geht zur Bildung eines Flüssigkeitsfadens in einen zylindrischen Auslaufkanal 1b über und ist an dieser Stelle in eine Halterung 2 eingefügt.
Diese Halterung besitzt in Achsrichtung des Auslaufkanals 1b eine Öffnung, die das obere Ende des Düsenkörpers 3 aufnimmt. Das untere Ende des Düsen körpers 3 ist kegelförmig verjüngt. Es stützt und zen triert sich beim Zusammenfügen aller Teile der Vor richtung in einer tricherförmigen Vertiefung des Pass- stückes 4a, das in die Platte 4 fest oder lösbar einge fügt ist.
Der Kegelwinkel der trichterförmigen Vertie fung im Passtück 4a ist grösser als der äussere Kegel winkel des Düsenkörpers 3, so dass sich in der Funk tionslage aller Teile um den unteren kegelförmigen Teil des Düsenkörpers 3 ein freier kegelspaltförmiger Raum 5 ergibt. Um den Düsenkörper 3 ist ferner eine zusätz liche Heizung 6 ringförmig herumgelegt , deren Wir kungsbereich sich bis in den nach unten verjüngten freien Raum 5 hinein erstreckt.
Zur Erzielung der bestmöglichen Zerstäubungs- leistung ist für den Düsenkörper 3 ein Werkstoff von besonders guter Wärmeleitfähigkeit mit mehr als 50 kcal/m.h. C vorgesehen. Vorzugsweise wird der Dü senkörper 3 aus einem Spezialgraphit mit 90 kcal/m.h. C hergestellt. Vergleichsweise beträgt die Wärmeleit fähigkeit von Kohle etwa 4, von Chromnickelstahl et wa 13 und von Flusstahl etwa 47 kcal/m.h. C.
Um die mit Hilfe des Werkstoffes von besonders hoher Wärmeleitfähigkeit gegebene gute Wärmeübertra gung auf den durch den Düsenkörper 3 abfliessenden und nachfolgend zu zerstäubenden Stoff nicht teilweise wieder aufzuheben, ist ausser dem kegelspaltförmigen Raum 5 noch eine punkt- oder höchstens linienförmi ge Abstützung zwischen der äusseren Kegelfläche des Düsenkörpers 3 und dem trichterförmigen Passtück 4a vorgesehen.
Die linienförmige Abstützung anstelle einer punktförmigen zwischen dem unteren kegelförmigen Teil des Düsenkörpers und dem Passtück 4a ist anzu wenden, wenn ein vollständig dichter Abschluss zwi schen den Raum 5 und dem Auslass jener Drallkammer 7 erforderlich ist, die zur Erzeugung der kritischen Ge schwindigkeit des an der Düsenmündung 8 mit Drall vorbeizublasenden Druckmittels zwingend erforderlich ist.
Die mit Hilfe der Heizung 6 unter Zutritt von Luft an den Düsenkörper 3 zu übertragende Wärme erfor- dert in manchen Fällen mindestens im weiteren Bereich der Heizungsebene 6 auf der Oberfläche eines aus Spe zialgraphit hergestellten Düsenkörpers 3 einen oxyda tionsfesten Überzug, der vorzugsweise aus einer Schicht von Aluminiumoxyd besteht.
In bestimmten Fällen können beim Betrieb der Vor richtung mit geringerem Druck in der Drallkammer 7 durch einige Öffnungen 9 kleineren Durchmessers zwi schen dem Raum 5 und der Drallkammer 7 weitere Vorteile für die Wirkung der Vorrichtung erzielt wer den. Durch diese Öffnungen 9 ist zwischen dem Raum 5 und der Drallkammer 7 ein gewisser begrenzter Tem peratur- und Druckausgleich möglich.
Die Teile 2, 3@ 4 und 6 der Vorrichtung sind mit Hilfe einer Flügelschraube 10 unter Einfügen von Zwi schenstücken 11 vorzugsweise lösbar miteinander ver spannt.
Device for spraying or atomizing liquid substances, especially liquid metals. The invention relates to a device for spraying or atomizing liquid substances, especially liquid metals, consisting of a heatable vessel from which the substance to be atomized is fed vertically downwards through an additional device The heatable nozzle body runs in the form of a thread and is then atomized by a gaseous or vaporous pressure medium which is swirled past the nozzle opening.
It is known to use liquid substances, e.g. B. aqueous emulsions, molten plastics or metals to dust or spray zer. The substances are either applied to the surface of solid bodies to form a complete coating or sprayed in a gas space to extract the solid in powder form. The last-mentioned granulation processes are common for metals and plastics, particularly when they are specifically processed. The resulting powdered granules are used for.
B. as a starting material or auxiliary product for the production of sintered bodies, catalyst mass or fuels with high heat of combustion. The aim is to use grain sizes of not more than 100 µ, preferably less than 60 µ.
In known metal spraying processes, the molten metal is sprayed onto the surface to be treated or to be coated. For this purpose, the spray device is usually fed to metal in the form of a wire by a hot gas jet liquefied ver and blown together with the gas onto the body to be coated. These processes are unsuitable for the production of fine metal powders, since in most cases the physical and technological properties of the metal are completely changed compared to the original ones as a result of the reaction of the molten particles with the gas.
The metal powder particles formed after the spraying process are generally hard, brittle and relatively coarse.
In this context, a method for producing fine powders from metallic melts is already known in which the gaseous or vapor-like atomizing agent is conically applied through an annular nozzle at high speed to the molten jet of the substance to be processed into powder is blown.
The molten jet emerges directly from the bottom opening of the melting pot in free fall and is guided centrally through the ring nozzle. By bending the inner edge of the nozzle mouthpiece out of the oblique direction caused by the cone angle in the strictly axial direction, this method prevents solidified metal particles from being thrown back onto the outlet opening of the annular nozzle.
According to this known metal atomization process, a metal powder is obtained whose technological properties are only insignificantly changed compared to the starting material, but the metal powder obtained has a very uneven grain with only small proportions of a grain size below 120, and the like.
A device for spraying substances, in particular for atomizing liquid metals, for the production of metal powders has also already been proposed, in which an inert gaseous or vaporous pressure medium passes through a conically tapering chamber tangentially with a twist on the vertically downward A jet of the liquid substance running out is guided.
This nozzle, which is arranged at a certain distance below the melting container, can also be heated and its opening opens into a free conical space through which outside air is sucked in as second air before the pressure medium is applied to the mouth of the atomizing nozzle. The actual atomizing nozzle is not heated and its mouth is cooled by the gas or vapor pressure medium.
With the device according to the older proposal, a very high yield of powder below 60, u grain size is obtained. Due to the insufficiently heated nozzle causing the atomization, however, trouble-free continuous operation with this device is not possible for certain metals. The nozzle built according to the older proposal must rather be cleaned of metal splashes and metal deposits at certain time intervals.
It has now been found that a device suitable for continuous operation for spraying or atomizing liquid substances, in particular liquid metals, is obtained with which a powdery granulate with a high proportion of grain size below 60 can be produced when the in the drainage path the heated nozzle body arranged for the liquid substance is supported in a point or line shape with respect to the surrounding nozzle holder and is surrounded by a free annular or conical gap-shaped space.
The annular or conical gap-shaped space surrounding the heated nozzle is preferably located in the effective area of the nozzle heater. It is useful if the additionally heatable nozzle body is made from a corrosion-resistant and wear-resistant material with particularly good thermal conductivity, preferably from a special graphite with a thermal conductivity of about 90 kcal / m.h. C.
The invention is described in more detail below with reference to the drawing, which shows an exemplary embodiment.
The device consists initially of a vertical axis arranged vessel 1 for Aufnah me of the substance to be atomized, which has a heating device 1a in its lower region. The lower, drawn-in end of the vessel 1 merges into a cylindrical outlet channel 1b to form a thread of liquid and is inserted into a holder 2 at this point.
This holder has an opening in the axial direction of the outlet channel 1b which receives the upper end of the nozzle body 3. The lower end of the nozzle body 3 is tapered conically. When all parts of the device are joined together, it is supported and centered in a funnel-shaped recess in the fitting piece 4a, which is firmly or detachably inserted into the plate 4.
The cone angle of the funnel-shaped recess in the fitting 4a is larger than the outer cone angle of the nozzle body 3, so that in the functional position of all parts around the lower conical part of the nozzle body 3 there is a free cone-shaped space 5. To the nozzle body 3 an additional Liche heater 6 is also placed around in a ring, the We action area extends into the downwardly tapered free space 5 inside.
To achieve the best possible atomization performance, the nozzle body 3 is made of a material of particularly good thermal conductivity with more than 50 kcal / m.h. C provided. The nozzle body 3 is preferably made of a special graphite with 90 kcal / m.h. C manufactured. In comparison, the thermal conductivity of coal is about 4, of chrome-nickel steel about 13 and of mild steel about 47 kcal / m.h. C.
In order not to partially cancel the good heat transfer provided by the material of particularly high thermal conductivity to the substance flowing through the nozzle body 3 and subsequently to be atomized, in addition to the conical gap-shaped space 5 there is also a point or at most linear support between the outer conical surface of the nozzle body 3 and the funnel-shaped fitting 4a is provided.
The linear support instead of a punctiform one between the lower conical part of the nozzle body and the fitting 4a is to be used when a completely tight seal between the space 5 and the outlet of that swirl chamber 7 is required, which is necessary to generate the critical speed of the Nozzle orifice 8 with swirl pressure medium to be blown past is absolutely necessary.
The heat to be transferred to the nozzle body 3 with the aid of the heater 6 with the admission of air requires in some cases at least in the further area of the heating level 6 on the surface of a nozzle body 3 made of special graphite an oxidation-resistant coating, which preferably consists of one layer consists of aluminum oxide.
In certain cases, when operating the device with lower pressure in the swirl chamber 7 through some openings 9 of smaller diameter between tween the space 5 and the swirl chamber 7, further advantages for the effect of the device can be achieved. Through these openings 9 a certain limited Tem temperature and pressure compensation is possible between the space 5 and the swirl chamber 7.
The parts 2, 3 @ 4 and 6 of the device are preferably releasably clamped together ver with the help of a wing screw 10 with the insertion of inter mediate pieces 11.