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EP1768805A1 - Method and device for atomizing liquid films - Google Patents

Method and device for atomizing liquid films

Info

Publication number
EP1768805A1
EP1768805A1 EP05750348A EP05750348A EP1768805A1 EP 1768805 A1 EP1768805 A1 EP 1768805A1 EP 05750348 A EP05750348 A EP 05750348A EP 05750348 A EP05750348 A EP 05750348A EP 1768805 A1 EP1768805 A1 EP 1768805A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
nozzle
atomizing
liquid
venturi nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP05750348A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl Rimmer
Gunther Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IMR-Metalle und Technologie GmbH
Original Assignee
IMR-Metalle und Technologie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IMR-Metalle und Technologie GmbH filed Critical IMR-Metalle und Technologie GmbH
Publication of EP1768805A1 publication Critical patent/EP1768805A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/08—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point
    • B05B7/0807—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets
    • B05B7/0861—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets with one single jet constituted by a liquid or a mixture containing a liquid and several gas jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/025—Nozzles having elongated outlets, e.g. slots, for the material to be sprayed

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for atomizing liquid films.
  • DE 197 58 111 A discloses a method for producing metal powders.
  • the molten metal emerges in the form of a film from a melt nozzle with a slot-shaped outlet opening.
  • the film is stabilized by a laminar gas flow in a Laval gas nozzle and then finely atomized.
  • the productivity of the nozzle system can be changed as desired by extending the nozzle slot without adversely affecting the powder quality.
  • the Laval nozzle used in the method according to DE 197 58 111 A by definition has a converging-diverging geometry and has at least the critical pressure ratio of the gas used before and after the nozzle.
  • a disadvantage of the process described in DE 197 58 111 A is the need for the liquid (melt) to be atomized to be introduced into the melt nozzle under high pressure, for example 25 bar. This requires expensive, large pressure vessels. When atomizing metal melts, the production and processing of large quantities of melt at high temperatures in a pressure vessel must be critically assessed from a safety point of view, increases costs and inhibits the large-scale application of the process.
  • the object of the invention is to provide a method and a device suitable for carrying out the same, which allows the (industrial) fine atomization of liquid films for the production of fine droplets from molten metals, without the procedural complexity of preparing and processing one melt under high pressure.
  • This object is achieved with a method which has the features of claim 1 and with a device which has the features of the independent main device claim.
  • Preferred and advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the process according to the invention is suitable for producing fine powders which form from the droplets of the liquid after atomization by cooling and solidification.
  • the process according to the invention can be used to produce semifinished products from these drops of metal melt by solidifying them on a suitable substrate.
  • the method according to the invention is also suitable for the production of powders e.g. suitable by spray drying if the atomized liquid is a solution or a dispersion.
  • the stabilization of liquid films, in particular melt films is also possible according to the invention with a subcritical, laminar gas flow which is generated in a converging-diverging Venturi nozzle.
  • a subcritical, laminar gas flow which is generated in a converging-diverging Venturi nozzle.
  • the liquid film stabilized in the process according to the invention is not atomized immediately after passing through the narrowest point of the Venturi nozzle, but rather disintegrates only at a clear distance from its narrowest point due to instabilities and under the influence of the surface tension of the melt.
  • the liquid film in the region of the path between the narrowest point of the Venturi gas nozzle and the self-decay point can be replaced by one or more flat, linear gas jets are hit and atomized in a targeted manner.
  • the admission pressure of the atomizing gas emerging from the linear gas nozzles can be adjusted to adjust the powder fineness independently of the admission pressure of the auxiliary gas flow stabilizing the liquid film.
  • the geometry of the atomizing gas jets is selected so that a completely enclosed space is created below the Venturi nozzle.
  • the space created in this way can also be limited by components at the two ends of the linear Venturi nozzle.
  • the atomizing jets behave like free jets and suck in gas particles from the gas atmosphere surrounding them. This creates a negative pressure in the intake area. Due to the negative pressure in the volume enclosed by the atomizing gas jets in the outlet part of the Venturi nozzle, a pressure drop arises in relation to the gas space in the inlet part of the Venturi nozzle, as a result of which a flow is formed in the Venturi nozzle. In the gas space above the Venturi nozzle, the pressure is kept constant by introducing gas, so that constant pressure and flow conditions ultimately arise. The auxiliary gas flow in the Venturi nozzle can now be used to stabilize the melt film.
  • FIG. 1 shows schematically and in side view an arrangement for atomizing according to the invention
  • FIG. 2 shows in an oblique view another embodiment of a device according to the invention.
  • the invention is described below by way of example with reference to a molten metal as "liquid”, it is not limited to molten metal, but is suitable for atomizing any liquid with the aim of producing fine liquid droplets.
  • molten metal 2 is increasingly tapered to a melt nozzle 3.
  • the nozzle 3 has a slot-shaped outlet opening, so that the melt emerges from it in the form of a film.
  • a gas nozzle 5 which is designed as a Venturi nozzle, is provided on both sides of the film, which is symbolized by the arrows 6 and is supplied linearly with atomizing gas.
  • the gas emerging from the gas nozzles 5 creates a negative pressure which draws gas from the gas space 1 in the direction of the arrows 4.
  • the melt film emerging from the nozzle 3 is stabilized by the gas streams drawn in in the direction of the arrows 4 and hitting the melt film from both sides. Only in the area of the mouths of the gas nozzles 5 is the melt film atomized into a tent-shaped particle spray cone 8.
  • Fig. 2 shows the arrangement shown schematically in Fig. 1 again in an oblique view. It can be seen that here too the melt film, which emerges from the nozzle 3 under the action of the atomizing gas jets (linear jet) which emerge from the gas nozzles 5, is atomized to form a tent-shaped particle spray cone 8.
  • Example 1 (Vacuum on the Venturi nozzle due to the suction effect of the atomizing gas jets) A tin melt with a temperature of 300 'C flows out of a linear melt nozzle with an outlet opening of 0.5 mm width and a length of 30 mm. The melt mass flow is 4.6 kg / min.
  • the Venturi nozzle consists of two individual nozzles, each with a slit-shaped gas outlet nozzle measuring 40 mm in length and 0.5 mm width.
  • the atomizing gas pressure upstream of the gas nozzle is 0.6 MPa.
  • the angle between the atomizing gas nozzles is 60 ".
  • the distance between the two linear Venturi nozzles is 6 mm at the narrowest point. Air is used as atomizing gas and as stabilizing gas.
  • a stabilizing gas flow builds up through the entire Venturi nozzle melt film emerging from the melt nozzle is fed in, stabilized and finally atomized After the metal droplets have solidified, a powder with a mean particle size d 50 of 37 ⁇ m measured by laser granulometry is obtained.
  • Example 2 (slight overpressure above the Venturi nozzle)
  • Tin melt emerges from a linear melt nozzle with a rectangular opening of 0.7 x 20 mm at a mass flow of 5.1 kg / min.
  • the overpressure of the auxiliary gas stabilizing the melt film in front of the Venturi nozzle is 0.85 bar, the boiler overpressure behind the
  • Venturi nozzle is 0.02 bar. 5 mm below the narrowest point of the
  • Venturi nozzle until then the stable melt film is hit by two flat gas jets, which flow out of linear Laval nozzles with a narrowest cross section of 0.5 x 35 mm and meet together in a line with the melt film.
  • the pressure of the atomizing gas in front of the linear Laval nozzles is 28 bar.
  • the film is atomized, and after the droplets have solidified, a powder product with an average grain diameter d 50 of 9.1 ⁇ m is obtained.
  • the specific gas consumption when using nitrogen as auxiliary and atomizing gas is 1.7 Nm 3 / kg powder.
  • an embodiment of the invention can be used to atomize liquid films into fine droplets, the liquid 2 is discharged in the form of a straight film from an elongated slot nozzle 3.
  • the outlet opening of the slit nozzle 3 is located within a linear venturi nozzle 5, in the divergent part of which linear gas outlet openings 7 (Laval nozzles) are let in, which are acted upon by gas 6.
  • gas streams 4 are sucked in from both sides of the liquid film and delimited by the convergent part of the Venturi nozzle 5, which stabilize the liquid film, so that the liquid film only passes through the narrowest one Place the Venturi nozzle 5 is atomized into a tent-shaped cone of liquid droplets.

Landscapes

  • Nozzles (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for atomizing liquid films to fine droplets (2), wherein the liquid (2) is discharged from an elongate slotted nozzle (3) in the shape of a straight film. The outlet opening of said slotted nozzle (3) is located inside a linear Venturi nozzle (5) in whose divergent section linear gas outlet openings (7) (Laval nozzles) are provided and impinged upon by gas (6). The negative pressure produced in the area of the Laval nozzles (7) draws in gas flows (4) from the gas chambers (1), located at both sides of the liquid film and delimited by the convergent section of the Venturi nozzle (5). Said gas flows stabilize the liquid film in such a manner that it is atomized to a tent-shaped cone of liquid droplets only after passage of the narrowest point of the Venturi nozzle (5).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben von FlussigkeitsfilmenMethod and device for atomizing liquid films
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeitsfilmen.The invention relates to a method and an apparatus for atomizing liquid films.
Das Zerstäuben von Flüssigkeiten durch Gasverdüsung ist bekannt.The atomization of liquids by gas atomization is known.
Beispielsweise ist aus der DE 197 58 111 A ein Verfahren zum Herstellen von Metallpulvern bekannt. Bei diesen bekannten Verfahren tritt die Metallschmelze in Form eines Films aus einer Schmelzdüse mit schlitzförmiger Austrittsöffnung aus. Der Film wird von einer laminaren Gasströmung in einer Laval-Gasdüse stabilisiert und anschließend fein zerstäubt. Die Produktivität des Düsensystems kann durch Verlängern des Düsenschlitzes ohne nachteilige Auswirkungen auf die Pulverqualität beliebig verändert werden.For example, DE 197 58 111 A discloses a method for producing metal powders. In these known processes, the molten metal emerges in the form of a film from a melt nozzle with a slot-shaped outlet opening. The film is stabilized by a laminar gas flow in a Laval gas nozzle and then finely atomized. The productivity of the nozzle system can be changed as desired by extending the nozzle slot without adversely affecting the powder quality.
Die bei dem Verfahren gemäß der DE 197 58 111 A verwendete Laval- Düse besitzt definitionsgemäß eine konvergierende-divergierende Geometrie und weist mindestens das kritische Druckverhältnis des verwendeten Gases vor und nach der Düse auf.The Laval nozzle used in the method according to DE 197 58 111 A by definition has a converging-diverging geometry and has at least the critical pressure ratio of the gas used before and after the nozzle.
Nachteilig bei dem in der DE 197 58 111 A beschriebenen Verfahren ist die Notwendigkeit, dass die zu verdüsende Flüssigkeit (Schmelze) unter hohem Druck, beispielsweise 25 bar, in die Schmelzedüse einge- bracht werden muss. Dies erfordert teure, große Druckbehälter. Beim Zerstäuben von Metallschmelzen ist das Herstellen und das Verarbeiten von größeren Mengen Schmelze bei hohen Temperaturen in einem Druckbehälter unter Sicherheitsaspekten kritisch zu beurteilen, erhöht die Kosten und hemmt die großtechnische Anwendung des Verfah- rens .A disadvantage of the process described in DE 197 58 111 A is the need for the liquid (melt) to be atomized to be introduced into the melt nozzle under high pressure, for example 25 bar. This requires expensive, large pressure vessels. When atomizing metal melts, the production and processing of large quantities of melt at high temperatures in a pressure vessel must be critically assessed from a safety point of view, increases costs and inhibits the large-scale application of the process.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zum Durchführen desselben geeignete Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches das (industrielle) feine Zerstäuben von Flüssigkeitsfilmen zur Herstellung von feinen Tröpfchen aus Metallschmelzen, erlaubt, ohne den verfahrenstechnischen Aufwand des Bereitsteilens und Verarbei- tens einer unter einem hohen Druck stehenden Schmelze. Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruches 1 aufweist und mit einer Vorrichtung, welche die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungshauptanspruches besitzt. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the invention is to provide a method and a device suitable for carrying out the same, which allows the (industrial) fine atomization of liquid films for the production of fine droplets from molten metals, without the procedural complexity of preparing and processing one melt under high pressure. This object is achieved with a method which has the features of claim 1 and with a device which has the features of the independent main device claim. Preferred and advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt das Zerstäuben von Flüssigkeitsfilmen, die vor der Zerstäubung durch eine parallel strömende, laminare Gas-Strömung, deren Geschwindigkeit kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit ("unterkritische Gasströmung") stabilisiert worden sind, mit Hilfe von Gasstrahlen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für das Herstellen feiner Pulver, die sich aus den Tröpfchen der Flüssigkeit nach der Zerstäubung durch Abkühlen und Erstarren bilden, geeignet. Weiters können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Halbzeuge aus diesen Tropfen aus Metall-Schmelze durch Erstarren derselben auf einem geeigneten Substrat hergestellt werden. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für das Herstellen von Pulvern z.B. durch Sprühtrocknen geeignet, wenn es sich bei der zerstäubten Flüssigkeit um eine Lösung oder eine Dis- persion handelt.With the method according to the invention, the atomization of liquid films which have been stabilized before atomization by means of a parallel, laminar gas flow, the speed of which is lower than the speed of sound ("subcritical gas flow"), with the aid of gas jets. The process according to the invention is suitable for producing fine powders which form from the droplets of the liquid after atomization by cooling and solidification. In addition, the process according to the invention can be used to produce semifinished products from these drops of metal melt by solidifying them on a suitable substrate. Finally, the method according to the invention is also suitable for the production of powders e.g. suitable by spray drying if the atomized liquid is a solution or a dispersion.
Überraschenderweise gelingt das Stabilisieren von Flüssigkeits-, insbesondere Schmelzefilmen erfindungsgemäß auch mit einer unterkritischen, laminaren Gasströmung, die in einer konvergierenden- divergierenden Venturi-Düse erzeugt wird. Hierzu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren - je nach Ausführungsform - nur ein geringer unterkritischer oder gar kein Überdruck vor dem Einströmteil der Venturi-Düse im Vergleich zum Druck im Ausströmteil der Venturi-Düse benötigt.Surprisingly, the stabilization of liquid films, in particular melt films, is also possible according to the invention with a subcritical, laminar gas flow which is generated in a converging-diverging Venturi nozzle. For this purpose, in the method according to the invention - depending on the embodiment - only a slight subcritical or no overpressure upstream of the inflow part of the venturi nozzle compared to the pressure in the outflow part of the venturi nozzle is required.
Der beim erfindungsgemäßen Verfahren stabilisierte Flüssigkeitsfilm wird nicht unmittelbar nach dem Durchtritt durch die engste Stelle der Venturi-Düse zerstäubt, sondern zerfällt erst in deutlichem Abstand von deren engsten Stelle auf Grund von Instabilitäten und unter dem Einfluss der Oberflächenspannung der Schmelze.The liquid film stabilized in the process according to the invention is not atomized immediately after passing through the narrowest point of the Venturi nozzle, but rather disintegrates only at a clear distance from its narrowest point due to instabilities and under the influence of the surface tension of the melt.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Flüssigkeitsfilm im Bereich der Wegstrecke zwischen der engsten Stelle der Venturi- Gasdüse und dem Selbstzerfallpunkt durch einen oder mehrere flache, lineare Gasstrahlen getroffen und gezielt zerstäubt werden.In one embodiment of the invention, the liquid film in the region of the path between the narrowest point of the Venturi gas nozzle and the self-decay point can be replaced by one or more flat, linear gas jets are hit and atomized in a targeted manner.
Der Vordruck des aus den linearen Gasdüsen austretenden Verdüsungs- gases kann zum Einstellen der Pulverfeinheit unabhängig vom Vordruck der den Flüssigkeitsfilm stabilisierenden Hilfsgasströmung eingestellt werden. Je höher der Vordruck des eigentlichen Verdüsungs- gases eingestellt wird, desto kleiner sind die durch das erfindungsgemäße Zerstäuben erzielten Teilchen.The admission pressure of the atomizing gas emerging from the linear gas nozzles can be adjusted to adjust the powder fineness independently of the admission pressure of the auxiliary gas flow stabilizing the liquid film. The higher the admission pressure of the actual atomizing gas is set, the smaller the particles obtained by the atomization according to the invention.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die zum Stabilisieren des Flüssigkeitsfilms in der Venturi-Düse notwendige Druckdifferenz durch die Ansaugwirkung der eigentlichen Zerstäubungsgasstrahlen einzustellen. Hiezu wird die Geomtrie der Zerstäubungsgasstrahlen so gewählt, dass unterhalb der Venturi-Düse ein vollständig eingeschlossener Raum entsteht. Der so entstehende Raum kann auch durch Bauelemente an den beiden Enden der linearen Venturi-Düse begrenzt werden.In one embodiment of the invention, it is possible to set the pressure difference necessary for stabilizing the liquid film in the venturi nozzle by the suction effect of the actual atomizing gas jets. For this purpose, the geometry of the atomizing gas jets is selected so that a completely enclosed space is created below the Venturi nozzle. The space created in this way can also be limited by components at the two ends of the linear Venturi nozzle.
Die Zerstäubungsstrahlen verhalten sich wie Freistrahlen und saugen Gasteilchen aus der sie umgehenden Gasatmosphäre an. Hiedurch entsteht im Ansaugbereich ein Unterdruck. Durch den Unterdruck im von dem Zerstäubungsgasstrahlen eingeschlossenen Volumen im Auslaufteil der Venturi-Düse entsteht gegenüber dem Gasraum im Einlaufteil der Venturi-Düse ein Druckgefälle, wodurch eine Strömung in der Venturi- Düse ausgebildet wird. Im Gasraum oberhalb der Venturi-Düse wird der Druck durch Einbringen von Gas konstant gehalten, sodass sich schließlich konstante Druck- und Strömungsverhältnisse einstellen. Die Hilfsgasströmung in der Venturi-Düse kann nun zum Stabilisieren des Schmelzefilms eingesetzt werden.The atomizing jets behave like free jets and suck in gas particles from the gas atmosphere surrounding them. This creates a negative pressure in the intake area. Due to the negative pressure in the volume enclosed by the atomizing gas jets in the outlet part of the Venturi nozzle, a pressure drop arises in relation to the gas space in the inlet part of the Venturi nozzle, as a result of which a flow is formed in the Venturi nozzle. In the gas space above the Venturi nozzle, the pressure is kept constant by introducing gas, so that constant pressure and flow conditions ultimately arise. The auxiliary gas flow in the Venturi nozzle can now be used to stabilize the melt film.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Durchführen des Verfahrens. Es zeigt: Fig. 1 schematisch und in Seitenansicht eine Anordnung zum erfindungsgemäßen Zerstäuben und Fig. 2 in Schrägansicht eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Wenngleich die Erfindung nachstehend mit Bezug auf eine Metallschmelze als "Flüssigkeit" beispielhaft beschrieben wird, ist sie nicht auf Metallschmelze beschränkt, sondern für das Zerstäuben beliebiger Flüssigkeiten mit dem Ziel feine Flüssigkeitströpfchen zu erzeugen, geeignet.Further details of the invention result from the following description of exemplary embodiments of devices for carrying out the method. 1 shows schematically and in side view an arrangement for atomizing according to the invention, and FIG. 2 shows in an oblique view another embodiment of a device according to the invention. Although the invention is described below by way of example with reference to a molten metal as "liquid", it is not limited to molten metal, but is suitable for atomizing any liquid with the aim of producing fine liquid droplets.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird Metallschmelze 2 sich zunehmend verjüngend einer Schmelzedüse 3 zugeführt. Die Düse 3 hat eine schlitzförmige Austrittsöffnung, so dass aus ihr die Schmelze filmförmig austritt. Im Abstand unterhalb der Austrittsöffnung der Schmelzedüse 3 ist beidseits des Films je eine Gasdüse 5, die als Venturi-Düsen ausgebildet sind, vorgesehen, der durch die Pfeile 6 symbolisiert Zerstäubungsgas linear zugeführt wird.In the embodiment shown in FIG. 1, molten metal 2 is increasingly tapered to a melt nozzle 3. The nozzle 3 has a slot-shaped outlet opening, so that the melt emerges from it in the form of a film. At a distance below the outlet opening of the melt nozzle 3, a gas nozzle 5, which is designed as a Venturi nozzle, is provided on both sides of the film, which is symbolized by the arrows 6 and is supplied linearly with atomizing gas.
Durch das aus den Gasdüsen 5 austretende Gas entsteht ein Unterdruck, der aus dem Gasraum 1 Gas in Richtung der Pfeile 4 ansaugt. Durch die in Richtung der Pfeile 4 angesaugten und von beiden Seiten her auf den Schmelzefilm treffenden Gasströme wird der aus der Düse 3 austretende Schmelzefilm stabilisiert. Erst im Bereich der Mündun- gen der Gasdüsen 5 wird der Schmelzefilm zu einem zeltförmigen Partikelsprühkegel 8 zerstäubt.The gas emerging from the gas nozzles 5 creates a negative pressure which draws gas from the gas space 1 in the direction of the arrows 4. The melt film emerging from the nozzle 3 is stabilized by the gas streams drawn in in the direction of the arrows 4 and hitting the melt film from both sides. Only in the area of the mouths of the gas nozzles 5 is the melt film atomized into a tent-shaped particle spray cone 8.
Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 schematisch gezeigte Anordnung nochmals in Schrägansicht. Es ist erkennbar, dass auch hier der Schmelzefilm, der aus der Düse 3 austritt unter der Einwirkung der Zerstäubungsgasstrahlen (linearer Strahl) , die aus den Gasdüsen 5 austreten, zu einem zeltförmigen Partikelsprühkegel 8 zerstäubt wird.Fig. 2 shows the arrangement shown schematically in Fig. 1 again in an oblique view. It can be seen that here too the melt film, which emerges from the nozzle 3 under the action of the atomizing gas jets (linear jet) which emerge from the gas nozzles 5, is atomized to form a tent-shaped particle spray cone 8.
Nachstehend werden nicht beschränkende Beispiele für das erfindungs- gemäße Verfahren wiedergegeben.Nonlimiting examples of the method according to the invention are given below.
Beispiel 1: (Unterdruck an Venturidüse durch Ansaugeffekt der Verdü- sungsgasstrahlen) Eine Zinnschmelze mit einer Temperatur von 300 'C fließt aus einer linearen Schmelzedüse mit einer AuslaufÖffnung von 0,5 mm Breite und einer Länge von 30 mm aus. Der Schmelzemassenstrom beträgt 4,6 kg/min. Die Venturidüse besteht aus zwei Einzeldüsen mit je einer schlitzförmigen Gasaustrittsdüse der Abmessung 40 mm Länge und 0,5 mm Breite. Der Zerstäubungsgasdruck vor der Gasdüse beträgt 0,6 MPa. Der Winkel zwischen den Zerstäubungsgasdüsen beträgt 60". Der Abstand zwischen den beiden linearen Venturidüsen beträgt 6 mm an der engsten Stelle. Als Verdüsungsgas und als Stabilisierungsgas wird Luft verwendet. Es baut sich eine stabilisierende Gasströmung durch die gesamte Venturidüse auf. In diese Gasströmung wird der aus der Schmelzedüse austretende Schmelzefilm eingespeist, stabilisiert und schließlich zerstäubt. Nach der Erstarrung der Metalltröpfchen wird ein Pulver mit einer lasergranulometrisch gemessenen mittleren Korngröße d50 von 37 μm erhalten.Example 1: (Vacuum on the Venturi nozzle due to the suction effect of the atomizing gas jets) A tin melt with a temperature of 300 'C flows out of a linear melt nozzle with an outlet opening of 0.5 mm width and a length of 30 mm. The melt mass flow is 4.6 kg / min. The Venturi nozzle consists of two individual nozzles, each with a slit-shaped gas outlet nozzle measuring 40 mm in length and 0.5 mm width. The atomizing gas pressure upstream of the gas nozzle is 0.6 MPa. The angle between the atomizing gas nozzles is 60 ". The distance between the two linear Venturi nozzles is 6 mm at the narrowest point. Air is used as atomizing gas and as stabilizing gas. A stabilizing gas flow builds up through the entire Venturi nozzle melt film emerging from the melt nozzle is fed in, stabilized and finally atomized After the metal droplets have solidified, a powder with a mean particle size d 50 of 37 μm measured by laser granulometry is obtained.
Beispiel 2: (geringer Überdruck oberhalb der Venturidüse)Example 2: (slight overpressure above the Venturi nozzle)
Aus einer linearen Schmelzedüse mit einer rechteckigen Öffnung von 0,7 x 20 mm tritt Zinnschmelze mit einem Massenstrom von 5,1 kg/min aus. Der Überdruck des den Schmelzefilm stabilisierenden Hilfsgases vor der Venturidüse beträgt 0,85 bar, der Kesselüberdruck hinter derTin melt emerges from a linear melt nozzle with a rectangular opening of 0.7 x 20 mm at a mass flow of 5.1 kg / min. The overpressure of the auxiliary gas stabilizing the melt film in front of the Venturi nozzle is 0.85 bar, the boiler overpressure behind the
Venturidüse beträgt 0,02 bar. 5 mm unterhalb der engsten Stelle derVenturi nozzle is 0.02 bar. 5 mm below the narrowest point of the
Venturidüse wird der bis dorthin stabile Schmelzefilm von zwei flachen Gasstrahlen getroffen, die aus linearen Lavaldüsen mit einem engsten Querschnitt von 0,5 x 35 mm ausströmen und sich gemeinsam mit dem Schmelzefilm in einer Linie treffen. Der Druck des Verdü- sungsgases vor den linearen Lavaldüsen beträgt 28 bar. Der Film wird zerstäubt, und nach Erstarren der Tröpfchen wird ein Pulverprodukt mit einem mittleren Korndurchmesser d50 von 9,1 μm erhalten. Der spezifische Gasverbrauch beträgt bei Verwendung von Stickstoff als Hilfs- und Verdüsungsgas 1,7 Nm3/kg Pulver.Venturi nozzle, until then the stable melt film is hit by two flat gas jets, which flow out of linear Laval nozzles with a narrowest cross section of 0.5 x 35 mm and meet together in a line with the melt film. The pressure of the atomizing gas in front of the linear Laval nozzles is 28 bar. The film is atomized, and after the droplets have solidified, a powder product with an average grain diameter d 50 of 9.1 μm is obtained. The specific gas consumption when using nitrogen as auxiliary and atomizing gas is 1.7 Nm 3 / kg powder.
Beispiel 3:Example 3:
Bei diesem Beispiel wurde so wie in Beispiel 2 gearbeitet, wobei jedoch eine Druckdifferenz durch Absaugen im Abgassystem dadurch hergestellt wird, dass eine Vakuumpumpe unterhalb der Venturidüse einen Unterdruck von 0,02 MPa erzeugt. Die mittlere Korngröße beträgt 9,3 μm, der spezifische Gasverbrauch 1, Nm3/kg Pulver. Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung Zum Zerstäuben von Flüssigkeitsfilmen in feine Tröpfchen wird die Flüssigkeit 2 in Form eines geraden Films aus einer gestreckten Schlitzdüse 3 austreten gelassen. Die Austrittsöffnung der Schlitzdüse 3 befindet sich innerhalb einer linearen Venturi-Düse 5, in deren divergenten Teil lineare Gasaustrittsöffnungen 7 (Laval-Düsen) eingelassen sind, die mit Gas 6 beaufschlagt werden. Durch den im Bereich der Laval-Düsen 7 entstehenden Unterdruck werden aus beid- seits des Flüssigkeitsfilmes angeordneten, vom konvergenten Teil der Venturi-Düse 5 begrenzten Gasraum 1 Gasströme 4 angesaugt, die den Flüssigkeitsfilm stabilisieren, so dass dieser erst nach dem Durchtritt durch die engste Stelle der Venturi-Düse 5 zu einem zeltförmigen Kegel aus Flüssigkeitströpfchen zerstäubt wird. In this example, the procedure was as in Example 2, but a pressure difference is produced by suction in the exhaust system by a vacuum pump below the Venturi nozzle generating a vacuum of 0.02 MPa. The average grain size is 9.3 μm, the specific gas consumption 1, Nm 3 / kg powder. In summary, an embodiment of the invention can be used to atomize liquid films into fine droplets, the liquid 2 is discharged in the form of a straight film from an elongated slot nozzle 3. The outlet opening of the slit nozzle 3 is located within a linear venturi nozzle 5, in the divergent part of which linear gas outlet openings 7 (Laval nozzles) are let in, which are acted upon by gas 6. Due to the negative pressure that arises in the area of the Laval nozzles 7, gas streams 4 are sucked in from both sides of the liquid film and delimited by the convergent part of the Venturi nozzle 5, which stabilize the liquid film, so that the liquid film only passes through the narrowest one Place the Venturi nozzle 5 is atomized into a tent-shaped cone of liquid droplets.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit Hilfe von Gas, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in Form eines Films aus einer linearen Flüssigkeitsdüse austreten gelassen wird, dass der Film durch eine laminare, unterkritische Hilfsgasströmung innerhalb einer linearen konvergierenden-divergierenden Venturidüse stabilisiert wird und dass unterhalb der engsten Stelle der Venturidü- se durch ein Verdüsungsgas der Flüssigkeitsfilm zerstäubt wird, wobei das Verdüsungsgas aus wenigstens einer Gasdüse, vorzugsweise wenigstens einer linearen Gasdüse, im divergierenden Teil der Venturidüse austritt.1. A method for atomizing liquids with the aid of gas, characterized in that the liquid is let out in the form of a film from a linear liquid nozzle, that the film is stabilized by a laminar, subcritical auxiliary gas flow within a linear converging-diverging Venturi nozzle and that the liquid film is atomized below the narrowest point of the Venturi nozzle by a atomizing gas, the atomizing gas emerging from at least one gas nozzle, preferably at least one linear gas nozzle, in the diverging part of the Venturi nozzle.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Gasdrucks vor der Venturidüse zum Gasdruck nach der Venturidüse kleiner gewählt wird als das kritische Druckverhältnis des verwendeten Hilfsgases. 2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the gas pressure before the Venturi nozzle to the gas pressure after the Venturi nozzle is chosen to be smaller than the critical pressure ratio of the auxiliary gas used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vordruck vor der wenigstens einen Gasdüse, aus der das Verdüsungsgas austritt, kleiner als 200 bar, vorzugsweise kleiner als 35 bar, gewählt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the admission pressure before the at least one gas nozzle, from which the atomizing gas emerges, is selected to be less than 200 bar, preferably less than 35 bar.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Erzeugen der stabilisierenden Hilfsgas- Strömung erforderliche Druckdifferenz durch das Ansaugen von Gasteilen durch den aus der wenigstens einen Gasdüse austretenden Strahl Verdüsungsgas erzeugt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure difference required to generate the stabilizing auxiliary gas flow is generated by the suction of gas parts by the jet of atomizing gas emerging from the at least one gas nozzle.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Erzeugen der stabilisierenden Hilfsgas- Strömung erforderliche Druckdifferenz dadurch erzeugt wird, dass oberhalb der Venturidüse ein erhöhtes Druckniveau eingestellt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure difference required to generate the stabilizing auxiliary gas flow is generated in that an elevated pressure level is set above the Venturi nozzle.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Erzeugen der stabilisierenden Hilfsgas- Strömung erforderliche Druckdifferenz durch Absaugen von Gas unterhalb der Venturidüse erzeugt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for generating the stabilizing Auxiliary gas flow required pressure difference is generated by suction of gas below the Venturi nozzle.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Strahlen Verdüsungsgas bezüglich des aus der Düse austretenden Flüssigkeitsfilms unterschiedlich große Winkel haben, derart, dass der Flüssigkeitsfilm zunächst von dem unter größerem Winkel austretenden Verdüsungsgasstrahl zerstäubt wird, wogegen der zweite unter kleinerem Winkel austretende Verdüsungsgasstrahl das unter der Wirkung des ersten Verdüsungsgass- trahls entstandene Aerosol ein zweites Mal zerstäubt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the jets of atomizing gas have different angles with respect to the liquid film emerging from the nozzle, such that the liquid film is first atomized by the atomizing gas jet emerging at a larger angle, whereas the second atomizing gas jet emerging at a smaller angle atomizes the aerosol produced under the action of the first atomizing gas jet a second time.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die zu verdüsende Flüssigkeit eine Schmelze eines Metalls oder einer Legierung, eines Salzes, eines Kunststoffs, eines Wachses oder eines Zuckers ist .8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the liquid to be atomized is a melt of a metal or an alloy, a salt, a plastic, a wax or a sugar.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zu zerstäubenden Flüssigkeit um eine Lösung oder eine Suspension handelt.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the liquid to be atomized is a solution or a suspension.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Zerstäuben aus der Flüssigkeit gebildeten Tröpfchen sprühgetrocknet werden.10. The method according to claim 9, characterized in that the droplets formed by atomization from the liquid are spray dried.
11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düse mit einem langgestreckten Austrittsschlitz für die zu zerstäubende Flüssigkeit, insbesondere die Schmelze, vorgesehen ist, dass beidseits der Austrittsöffnung der Düse (3) langgestreckte schlitzförmige Öffnungen für den Zutritt von den aus der Düse (3) austretenden Flüssigkeitsfilm stabilisierenden Hilfsgasströmungen vorgesehen sind, und dass der Abstand unterhalb der Schmelzedüse wenigstens eine Düse für den Austritt von den Flüssigkeitsfilm zerstäubenden Gas vorgesehen ist.11. The device for performing the method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that a nozzle with an elongated outlet slot for the liquid to be atomized, in particular the melt, is provided that elongated on both sides of the outlet opening of the nozzle (3) slot-shaped openings are provided for the access of auxiliary gas flows stabilizing the liquid film emerging from the nozzle (3), and that the distance below the melt nozzle is at least one nozzle for the exit of gas atomizing the liquid film is provided.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse und die Gasdüsen, aus denen das Verdüsungsgas austritt, eine konstruktive Einheit bilden. 12. The device according to claim 11, characterized in that the Venturi nozzle and the gas nozzles from which the atomizing gas emerges form a structural unit.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse und die Gasdüsen, aus denen das Verdüsungsgas austritt, gesonderte Bauteile sind.13. The apparatus according to claim 11, characterized in that the Venturi nozzle and the gas nozzles from which the atomizing gas emerges are separate components.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gasdüsen, aus denen Verdüsungsgas austritt, vorgesehen sind.14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that two gas nozzles from which atomizing gas emerges are provided.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gasdüsen bezüglich des aus der langgestreckten Schlitzdüse (3) austretenden Flüssigkeitsfilms bei gleichem Winkel ausgerichtet, also symmetrisch, angeordnet sind.15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that both gas nozzles are aligned at the same angle, that is to say symmetrically, with respect to the liquid film emerging from the elongated slot nozzle (3).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüsen, aus denen das Verdüsungsgas austritt, unter unterschiedlichen Winkeln, also unsymmetrisch, ausgerichtet sind.16. Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the gas nozzles from which the atomizing gas emerges are aligned at different angles, that is to say asymmetrically.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüsen, aus denen das Verdüsungsgas austritt, Laval-Düsen sind. 17. Device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the gas nozzles from which the atomizing gas emerges are Laval nozzles.
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