FI85346B - Foerfarande och apparat foer att finfoerdela vaetskor, speciellt smaeltor. - Google Patents

Description

85346

Menetelmä ja laite nesteiden, erityisesti sulien, sulauttamiseksi Förfarande och apparat för att finfördela vätskor, speciellt smältor

Oheisen keksinnön kohteena on menetelmä sumun muodostamiseksi nesteistä, edullisesti metallisulatteista, hajottamalla edullisesti pystysuoraan laskettu nestevirta edullisesti vaakasuorien, kaasusta tai nesteestä koostuvien väliainevirtojen avulla. Keksintö kohdistuu myös välineeseen, jolla tämä menetelmä voidaan toteuttaa.

Kun nesteistä muodostetaan sumua siten, että neste hajotetaan kaasun tai fluidin avulla, niin tällöin saadaan tietyillä koko-alueilla olevia erittäin pieniä hiukkasia, näiden kokoalueiden ollessa joskus hyvin laajoja. Näitä tunnettuja menetelmiä voidaan käyttää useimpien nestetyyppien tapauksessa. Ne soveltuvat kuitenkin pääasiassa jauheen tuottamiseksi metallisulat-teesta käyttäen sumutuksen väliaineena kaasua, esimerkiksi typpeä tai argonia. Tällä tavalla valmistettuja jauheita kutsutaan usein inertisti valmistetuiksi jauheiksi ja niiden tunnusomaisena piirteenä on pieni happipitoisuus ja hiukkasten pallomainen muoto.

Jauhemetallurgisiin prosesseihin, joissa käytetään inertisti valmistettua jauhetta, liittyy useita, jauhehiukkasten koosta ja/tai niiden kokojakaumasta johtuvia ongelmia. Inertisti valmistetun jauheen hienommat ja/tai kapeammat fraktiot ovat nykyään toivottavia monissa sovellutuksissa. Tällaista jauhetta saadaan perinteisesti siten, että karkea fraktio poistetaan seulomalla, jolloin saanto on huono, tai käyttämällä sumutus-prosesseja, joissa käytetään äärimmäisiä kaasuvirtauksia ja -paineita. Tätä jauhetta käytetään vain rajoitetusti sen kalleudesta johtuen.

Monella perinteisellä menetelmällä valmistetun seulomattoman 2 85346 jauheen tyypilliset kokofraktiot ovat: 0-300 μ, 0-500 μ, 0-1000 μ. Näiden fraktioiden keskimääräinen hiukkaskoko on vastaavasti 80, 110 ja 120 μ.

Ongelmalliseksi on osoittautunut hiukkaskoon pienentäminen sekä hiukkasten kokojakauman kaventaminen lopullisessa jauheessa kohtuullisin kustannuksin.

Seuraavassa kuvataan joukko jauhemetallurgisia (JM) prosesseja, esittäen niissä tarvittava tai edullinen jauhekoko sekä fraktiot, joita voidaan saada aikaan oheisen keksinnön mukaisesti.

JM-menetelmät, joissa tuotteet saadaan lähes lopullisessa muodossa kuumalla isostaattisella puristuksella ilman myöhempää lämpökäsittelyä (HIP):

Vakiintuneiden prosessien lukumäärä on nykyään rajallinen, mikäli tavoitteena ovat suuret väsymislujuuden arvot, koska väsymislujuus määräytyy tavallisesti materiaalin suurimpien ei-metallisten sisältymien perusteella. Nämä epäpuhtaudet ovat peräisin jauheen valmistuksesta ja niiltä voidaan välttyä varmasti ainoastaan siten, että käytetään seulottua fraktiota, jossa suurin jauhekoko (= suurin epäpuhtauden koko) on korkeintaan hyväksyttävän vian suuruinen. Tässä menetelmässä toivottavat jauheet voivat olla <80 μ, <60 μ, <40 μ, jne.

Jauhe pinnan pinnoittamiseksi hitsaamalla tai ruiskuttamalla: Tiettyjä, näihin sovellutuksiin tarkoitettuja jauheita tuotetaan tällä hetkellä menetelmillä, joiden saanto on alle 50 % johtuen fraktioiden laajasta kokojakaumasta valmistusprosessissa. Näissä sovellutuksissa tyypilliset fraktiot ovat 50-150 μ, 20-550 μ, 20-70 μ, 34-104 μ, jne.

Ruiskupuristus on suhteellisen uusi tekniikka jauhemetallurgi-an alalla:

Metallijauheen äärimmäisen hienoon fraktioon sekoitetaan peh-mennintä, minkä jälkeen komponentit ruiskupuristetaan erittäin 3 85346 kapeiden toleranssien rajoissa. Sitten sideaine poistetaan uunissa polttamalla, minkä jälkeen komponentti sintrataan suureen tiheyteen pääsemiseksi. Tyypillisesti toivottavat jauhekoot voivat olla: vastaavasti <15 μ, <22 μ, <44 μ, riippuen käytetystä prosessista.

Sellaisten lejeerinkien valmistus, jossa menetelmä, ominaisuudet saavutetaan erittäin nopean jäähtymisen seurauksena: Menetelmää hienojakoisen jauheen valmistamiseksi voidaan periaatteessa käyttää automaattisesti tällaisten lejeerinkien valmistamiseen, koska täysin hallitseva tekijä eli jäähtymisnopeus on kääntäen verrannollinen pisarakokoon.

Menetelmä, jossa sintraamalla tuotetaan suuria, lähes lopullisessa muodossaan olevia kappaleita sekä jatkokäsiteltäviä kappaleita myöhempää lämpökäsittelyä kuten valssaamista varten, on vaihtoehto kalliimmalle HIP-menetelmälle. Toivottu koko on olennaisesti sama kuin ruiskupuristuksen tapauksessa.

Menetelmä, jolla voidaan valmistaa metallimatriisin käsittäviä kuituvahvisteisia komposiitteja. Tätä tekniikkaa ei olla toistaiseksi kehitetty kovinkaan pitkälle, mutta tapauksissa, joissa onnistuneita kokeita on toteutettu jauhemetallurgises-ti, tekniikka on perustunut erittäin hienoihin jauhefraktioi-hi n.

Nämä ja muut niihin liittyvät ongelmat saadaan ratkaistuiksi keksinnön mukaisella menetelmällä, jonka tunnusomaisena piirteenä on se, että hajottavan väliaineen kaksi virtaa, joiden pystysuora ulottuvuus on huomattava, ja joiden virtaussuunta on vaakasuora, muodostetaan kahdella, samalla tasolla ja toisistaan erillään olevalla raon muotoisella suuttimella tai suutinrivistöillä, jolloin saatavat väliainesuihkut saatetaan virtaamaan siten, että niiden väliin jää pystytasossa sellainen kulma β, jonka seurauksena väliainesuihkuj en väliin, välittömästi ennen niiden pystysuoraa leikkausviivaa, syntyy vyöhyke, jossa ympäröivän väliaineen sisään siirtyvä virta 4 85346 kompensoituu taaksepäin ulosvirtaavalla hajottavalla väliai-nella, ja että laskuvirta saatetaan kulkemaan alaspäin näiden väliainesuihkujen välistä, tällä tavalla syntyneessä vyöhykkeessä.

Kun metallisulatteita sumutetaan siten, että johdettu virta eli laskuvirta kohtaa yhden tai useamman sumuttavaa väliainetta olevan kaasusuihkun, niin sulatteen pinnalla, sulatteen ja kaasun välisellä kosketuspinnalla kehittyy epästabiilisuutta, jolloin sulate venyy ohuiksi kalvoiksi. Kun nämä kalvot ovat saavuttaneet tietyn paksuuden, ne murtuvat lanka-maisiksi kappaleiksi sulatteen pintajännityksen seurauksena. Sitten tämä kappaleet katkeavat pintajännityksen vaikutuksesta lukuisiksi paloiksi, jotka pyrkivät muotoon, jonka pinta-energia on mahdollisimman pieni, eli pallomaiseen muotoon. Nämä pallomaiset pisarat jähmettyvät hyvin nopeasti jauhe-hiukkasiksi sen seurauksena, että lämpöä siirtyy kaasuun säteilemällä ja johtumalla.

Lukuisat parametrit vaikuttavat muodostuneiden hiukkasten kokoon, sulatteen pintajännityksen sekä sumuttavan väliaineen tiheyden ja nopeuden ollessa merkittävimmät parametrit. Nopeuden vaikutus on myös neliöllinen.

Pintajännitykseen tai tiheyteen vaikuttaminen on vaikeata käytettäessä tiettyä sulatetta ja sumuttavaa väliainetta, ja näin ollen hiukkaskokoon voidaan vaikuttaa yksinkertaisimmin sumuttavan väliaineen nopeudella. Tästä syystä vakiintuneim-missa sumutusprosesseissa pyritään suuriin nopeuksiin käyttämällä sumuttavassa väliaineessa suurta painetta sekä kaasumaisten väliaineiden tapauksessa Laval-rakenteista suuutinta. Kaasumaisten sumuttavien väliaineiden nopeus pienenee kuitenkin erittäin nopeasti suuttimen jälkeen, joten tavallisesti vain pieni osa sumutusprosessista tapahtuu suurimman nopeuden alueella.

Suurempi tai pienempi osa sulatteesta hajoaa hiukkasiksi alu- li 5 85346 eella, joka on etäämpänä suuttimesta, ja jossa nopeus on huomattavasti pienempi kuin suurin nopeus, eräissä tapauksissa niinkin pieni kuin 10 % suurimmasta nopeudesta. Tällöin saadaan jauhetta, jonka kokojakauma suurimman ja pienimmän hiukkasen välillä on hyvin laaja.

Edellä mainittuja ongelmia voidaan pienentää huomattavasti keksinnön mukaisella menetelmällä ja välineellä, joissa sulatteen ja sumuttavan väliaineen välinen kosketuspinta saadaan moninkertaiseksi. Tämän ansiosta sumutusprosessi tapahtuu pienen etäisyyden päässä suuttimesta, jolloin sumuttavan väliaineen nopeus on suuri.

Keksinnössä käytetään hyväksi sitä virtausilmiötä, joka syntyy kahden kaasu- tai fluidisuihkun kohdatessa toisensa tietyssä kulmassa. Tiedetään, että kahden, toisensa tietyssä kulmassa kohtaavan väliainesuihkun leikkauspisteessä tai välittömästi ennen sitä esiintyy virtausilmiö, joka hallitsee prosessia enemmän tai vähemmän mainitun kulman suuruudesta riippuen. Kulman ollessa pieni eli pienempi kuin 5’ hallitsevana ominaisuutena on injektiovaikutus välittömästi ennen leikkauspistettä vallitsevan alipaineen johdosta, kun taas suurempien kulmien tapauksessa, esim. 120’, esiintyy väliaineen virtausta taaksepäin väliainesuihkujen pääasiallisen virtaussuunnan suhteen.

Kumpaakin näistä ilmiöistä voidaan käyttää hyväksi valitsemalla kahden väliainesuihkun välinen kulma siten, että esiintyy sellainen huomattava taaksepäin suuntautuva väliainevirtaus, että väliainetta pienen välimatkan päässä injekti©vaikutuksesta vedetään takaisin väliainesuihkuun. Tuloksena on se, että leikkauspisteen eteen muodostuu vyöhyke, jossa ei ole määrättyä suuntaa, vaan jossa on kaksi pyörrettä sekä jatkuva vaihto palautuvan väliaineen ja sisäänvetäytyvän väliaineen välillä. Kulman muuttaminen suurentaa tai pienentää tätä vyöhykettä. Väliainesuihkujen välinen kulma voi olla 0-60*, mutta se on edullisesti 5-20*.

6 Ö5346

Keksinnön mukaisesti sumuttava suutin muodostuu kahdesta vaakasuorasta, pystytasossa yhdensuuntaisesta väliainesuihkusta, joiden pystysuora ulottuvuus on huomattava leveyteen verrattuna ja joiden väliin jää vaakatasossa sellainen kulma, että edellä kuvatun kaltainen vyöhyke muodostuu. Laskuvirta virtaa ylhäältä alaspäin pystysuorassa vyöhykkeessä, joka on muodostunut suuttimen koko korkeutta pitkin, jolloin virtaava sumuttava väliaine hajoittaa tätä virtaa vähitellen sen edetessä alaspäin. Väliainesuihkuj a, joiden ulottuvuus yhdessä suunnassa on huomattava, voidaan saada aikaan esimerkiksi rakomaisil-la suuttimilla tai lukuisalla pyöreällä suuttimella, jotka on sijoitettu esimerkiksi riviin lähelle toisiaan. Vallitsevasta paineesta ja käytetystä väliaineesta riippuen väliainesuihkuja tuottava suutin voi olla suunniteltu olosuhteille, joissa vallitsee alipaine tai ylikriittinen paine (Laval-suutin). Kun sulatevirta sovitetaan oikealla tavalla vastaamaan väliaine-suuttimen kapasiteettia, niin sumuttuminen tapahtuu suuttimen koko korkeudella.

Asianmukaisen ja suurimman mahdollisen kapasiteetin käyttö on helposti varmistettavissa, koska mikäli sulatevirta on liian pieni, niin se ei kulje suuttimen koko korkeuden verran alaspäin, ja mikäli sulatevirta on liian suuri, niin sumuttumatta jäänyttä sulatetta valuu suuttimen alareunasta. Kaasun ja sulatteen välinen pystysuora kosketusalue on sopivasti 5-50 kertaa pitempi kuin johdetun virran halkaisija, tämän pituuden ollessa edullisesti 10-30 kertaa mainittu halkaisija. Suutin, jonka korkeus on 100 mm tai sitä enemmän, toimii hyvin vakaasti siten, että sumuttuneen sulatteen määrä on jakautunut tasaisesti korkeusyksikköä kohden, kun laskuvirran halkaisija on tyypillinen, esim. 6 mm.

Jotta väliainesuihkujen nopeus saataisiin pysymään suurena sumutusvyöhykkeessä, niin kuvattuja väliainesuuttimia voidaan täydentää yhdellä tai useammalla ylimääräisellä väliainesuu-tinparilla. Ne voidaan sijoittaa sulatetta sisältävän päävir- 7 85346 ran kummallekin puolelle nopeushäviöiden vähentämiseksi.

Jotta saataisiin estetyksi sumuttumatta jääneen sulatteen valuminen väliainesuihkujen alapuolelle liian suurta sulate-virtaa käytettäessä, suutin voidaan varustaa ylimääräisellä väliainesuihkulla, joka sijaitsee edellä kuvatun kahden väli-ainesuihkun alapuolella.

Laskuvirran eli johdetun virran ja väliainesuihkujen välinen kulma voi vaihdella. Väliainesuihku voi olla olennaisesti vaakasuora, jolloin johdetun virran ja väliainesuihkun välinen kulma on 90", mutta tätä kulmaa voidaan vaihdella laajalla alueella. Tämä kulma voi olla 45-135’, edullisesti välillä 80-100' .

Mikäli väliainesuihkujen ulosvirtaussuunta poikkeaa vaakasuun-nasta, niin edellä kuvatun pystysuoran vyöhykkeen kulma muuttuu myös vastaavasti, jolloin tämä vyöhyke ja laskuvirta eivät ole enää yhdensuuntaisia. Tätä ilmiötä voidaan käyttää hyväksi, mikäli on toivottavaa että laskuvirta tunkeutuu syvemmälle tai vähemmän syvälle väliainesuihkuihin kulkiessaan alaspäin tässä vyöhykkeessä. Mikäli väliainesuihkut on suunnattu ylöspäin vaakatasoon nähden, niin sumutusalueen alaosassa laskuvirta on kauempana väliainesuihkujen leikkauspisteestä. Mikäli väliainesuihkut on suunnattu alaspäin vaakatasoon nähden, niin tulos on päinvastainen, eli sumutusalueen alaosassa laskuvirta siirtyy lähemmäksi mainittua leikkauspistettä.

Tämän vaikutuksen avulla voidaan säätää väliainesuihkujen korkeusyksikköä kohden sumuttunutta nestemäärää muuttamalla väliainesuihkujen kulmaa vaakatasoon nähden.

Toinen tapa tämän säätämisen toteuttamiseksi on sijoittaa joukko pienempiä suuttimia väliainesuuttimien väliin, jotka pienemmät suuttimet ovat jakautuneet pystysuorassa suunnassa ja jotka toimivat samaan suuntaan kuin väliainesuuttimet, 8 85346 mutta joilla kuitenkin on erikseen säädetyt virrat, jotka ovat suuntautuneet laskuvirtaa päin. Näiden suuttimien lukumäärä voi olla edullisesti sellainen, että päällekäin sijoitettuna niiden korkeus on sama kuin väliainesuihkui11a.

Kun laskuvirran annetaan kohdata edellä kuvatut vyöhykkeet mahdollisimman kaukana väliainesuihkujen leikkauspisteestä ja/tai kun väliainesuihkujen välinen vaakasuora kulma valitaan siten, että pyrkimys takaisinvirtaukseen suurenee, niin sitä pistettä, jossa laskuvirta kohtaa väliainesuihkut, voidaan säätää sumutusaluetta pitkin säätämällä lukuisan pienemmän suuttimen virtausta. Kun pienemmistä suuttimista peräisin oleva väliainesuihku kohtaa laskuvirran, niin laskuvirta poikkeaa suunnastaan ja se pakotetaan väliainesuihkujen leikkauspistettä kohden.

Kolmas menetelmä tämän säätämisen toteuttamiseksi on suunnata väliainesuihkun tuottavat suuttimet tietyssä kulmassa pystyta-soon nähden, eli väliainesuuttimet eivät ole enää yhdensuuntaiset. Tämän kulman muuttaminen saa aikaan sen, että etäisyys suuttimesta leikkauspisteeseen vaihtelee sumutusalueen korkeutta pitkin. Riippuen siitä, valitaanko kulma siten, että suuttimien välinen etäisyys on suurimmillaan ylä- tai alareunassa, kuvattu vyöhyke on kallistunut laskuvirran keskilinjasta poispäin tai sitä kohden. Tämä vyöhykkeen kaltevuuden säätömahdollisuus mahdollistaa sen, että voidaan saavuttaa edellä kuvattu vaikutus, jossa laskuvirta päästetään syvemmälle tai vähemmän syvälle väliainesuihkuihin.

Jotta laskuvirran ja väliainesuihkujen välisen kohtaamispisteen sovittamista voitaisiin yksinkertaistaa, niin sumuttavan väliaineen suuttimet voidaan tehdä vaakatasossa liikkuviksi ja säädettäviksi. Suuttimien koko järjestelyä on sitten säädettävä oikean kohtaamispisteen saavuttamiseksi.

Toinen keino halutun kohtaamispisteen aikaansaamiseksi on sijoittaa väliainesuuttimien yläpuolelle pieniä ylimääräisiä li 9 85346 suuttimia, joiden suuntaus on olennaisesti vaakasuoraan, ja joiden virtaus on suunnattu laskuvirtaa kohden. Kun laskuvirta ympäröidään lukuisilla tällaisilla ylimääräisillä suuttimilla, jotka toimivat eri suunnista ja joiden virtoja voidaan säätää yksilöllisesti, niin laskuvirran pystysuoraan suuntaan voidaan vaikuttaa siten, että päästään toivottuun kohtaamispisteeseen.

Edellä kuvatulla menetelmällä voidaan valmistaa pieniä hiukkasia, joiden koko vaihtelee hyvin vähän.

Sumutusprosessia voidaan parantaa keksinnön mukaisesti vielä siten, että virran kummallekin puolelle sijoitetaan ohjaimia kohtaamispisteen jälkeen, missä väliainesuihkut lähestyvät toisiaan ja yhtyvät sulatteen sitältäväksi virraksi. Näiden ohjaimien korkeus on yhtäsuuri tai suurempi kuin virran korkeus ja ne on sijoitettu siten, että suihkun vaakasuora laajentuminen ja näin ollen myös nopeushäviö väliainesuihkussa pienenevät.

Näiden ohjaimien takareunaan voidaan tehdä uurteita tai ne voidaan muotoilla jollakin muulla tavalla siten, että suihku vuorotellen suuntautuu korkutta pitkin keskustaa kohden ja vuorotellen suoraan eteenpäin.

Tällaisessa menetelmässä on ohjain vastakkaiselta puoleltaan edullisesti muotoiltu siten, että suihkun säätö on vaiheeltaan siirretty. Tuloksena on, että väliaineaallon poikkileikkaus, katsottuna edestäpäin korkeutta pitkin, on aallon muotoinen. Suihkun poikkeaminen vuorotellen kummallekin sivulle vaikuttaa suihkussa olevaan sulatekalvoon osittain siten, että kosketuspinta kaasun kanssa suurenee ja osittain siten, että kosketuspinnalla esiintyvä turbulenssi suurenee. Kumpikin vaikutus edistää sumuttumista.

Sulatteen sisältävien väliainesuihkujen vuorotteleva vaikutus voidaan myös saada aikaan sijoittamalla lukuisia pieniä väli-ainesuihkuja toisistaan sopivalla etäisyydellä sijaitseviin ίο 8 5 3 46 riveihin sopivalle etäisyydelle väliainesuihkujen leikkauspisteen jälkeen, väliai nesuihkun kummallekin puolelle, näiden pienten väliainesuihkujen ollessa suunnatut siten, että ne kohtaavat väliainesuihkun edullisesti kohtisuorassa suunnassa sivultapäin. Kummallekin puolelle sijoitetut pienemmät suuttimet sijoitetaan toisistaan sellaiselle etäisyydelle, että väliainesuihkujen toivottu vuorotteleva vaikutus saavutetaan.

Keksinnön kohteena on myös väline kuvatun menetelmän toteuttamiseksi. Tämän välineen tunnusomaiset piirteet on määritelty liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa.

Sumutuslaitos käsittää suljetun järjestelmän, jota pidetään edullisesti pienessä ylipaineessa, joka vastaa esim. 500 mm: n vesipatsasta, jolloin ilman pääsy järjestelmään estyy. Järjestelmä käsittää edullisesti vaakasuoran sylinterimäisen kammion. Kammion päähän on sijoitettu valulaatikko tai juoksulaatik-ko. Sulaa metallia valuu siitä laskuaukon kautta kammioon. Sumutussuutin, joka on muotoiltu muodostamaan kaksi vaakasuoraa, pystytasossa yhdensuuntaista väliainesuihkua, joiden pystysuora ulottuvuus on huomattava niiden leveyteen verrattuna, ja jotka muodostavat keskenään vaakatasossa kulman siten, että neutraali vyöhyke muodostuu välittömästi ennen suihkujen leikkauspistettä, on sijoitettu tähän kammioon siten, että laskuvirta kohtaa mainitun vyöhykkeen. Sumuttumi-sen yhteydessä muodostuneet hiukkaset vetäytyvät kaasusuihkuun ja edelleen kammion toista päätä kohden, ja ennenkuin ne kohtaavat kammion pään, ne jähmettyvät jauheeksi sen seurauksena, että lämpöä siirtyy kaasuun säteilemällä ja johtumalla. Kammio käsittää edullisesti päätykappaleessaan ulosmenoaukon, jota kohden kaasu/jauhe-seos virtaa.

Jotta kaikki jauhe siirtyisi kaasun mukana ulosmeoaukon läpi, ja jotta sitä ei näin ollen kerääntyisi kammion pohjalle esiintyvän voimakkaan turbulenssin seurauksena, niin sumutussuutin voidaan sijoittaa epäsymmetrisesti kammion keskiviivan alapuolelle. Tällä tavalla päästään leijutinvaikutuksen kaltaiseen li n 8 5 346 vaikutukseen, mikä tarkoittaa sitä, että sumuttavasta suutti-mesta saatava kaasu poikkeutetaan suunnastaan ja kohdistetaan kammion pohjalle, jolloin jauheen kerääntyminen kammion pohjalle estyy. Sen sijaan se kulkeutuu ulosmenoaukkoon. Tätä poikkeuttavaa vaikutusta voidaan tehostaa sijoittamalla sumu-tuskammion pohjalle/sivuille joitakin kaasusuuttimia, jotka muodostavat yhdessä kaasuverhon. Nämä kaasuverhon muodostavat suuttimet tulisi sijoittaa kammion sisäkehälle kahteen akselin suuntaiseen riviin, yksi kammion pystysuoran symmetriatason kummallekin puolelle, kehän sitä tangenttikulmaa vastaavalle korkeudelle pohjasta, joka kulma on yhtäsuuri tai suurempi kuin se kulma, jossa jauhe putoaa. Kaasuverhon muodostavien suuttimien ulostulo on muodoltaan sellainen, että verhomainen kaasusuihku muodostuu yhdensuuntaisena kammion seinämän kanssa, sen kulmaulottuvuuden ollessa sellainen, että kammion seinämästä peittyy alue, jota rajoittavat kammion seinämää pitkin tangentiaalisesti alaspäin kohdistunut suunta sekä esimerkiksi 30' vaakasuoran tason alapuolella oleva suunta.

Kun verhon muodostavat suuttimet sijoitetaan toisistaan tietylle etäisyydelle sopivasti siten, että syntyy tietty päällekkäisyys, niin koko kammion pohjalle saadaan aikaan kaasuverho, joka suppenee ulosmenoaukkoa kohden. Kammion ulosmenoaukko on yhdistetty putkilla sykloniin, jossa kaasu ja jauhe erotetaan toisistaan. Erottamisen jälkeen kaasu voidaan johtaa kaasu-jäähdyttimen kautta kompressoriin sen kierrättämiseksi takaisin sumuttaviin suuttimiin. Järjestelmä käsittää myös muita tarpeellisia komponentteja, kuten venttiilejä, jäähdytyslait teita ja säätölaitteita kaasun paineen, lämpötilan ja eri väliainevirtojen ja muiden vastaavien säätämiseksi.

. . Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan myös toteuttaa ruiskukerrostus: kaasu-hiukkas-seos ruiskutetaan matriisia tai aihiota vasten ennen hiukkasten jähmettymistä siten, että saadaan muodostetuksi sopivaa metalliseosta oleva aihiokerros. Nämä kerrokset voidaan muodostaa paikoillaan pysyville tai liikkuville matriiseille. Ne hiukkaset, jotka i2 8 5 346 eivät kohtaa aihiota, muodostavat jauhetta ja niistä huolehditaan edellä jauheen yhteydessä kuvatulla tavalla.

Keksinnön eräs suoritusmuoto on esitetty liitteenä olevissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää koko laitteistoa, kuvio 2a esittää virtausprosessia sivultapäin katsoen, kuvio 2b esittää samaa prosessia ylhäältäpäin katsoen, kuvio 2c esittää rakojen välisen kulman muunnosta, kuvio 2d esittää vaihtoehtoa kahdella suuttimella, kuvio 3a esittää ylimääräisiä suuttimia käsittävää välinettä, kuvio 3b esittää samaa välinettä ylhäältäpäin katsoen, kuvio 3c esittää ylimääräisiä suuttimia käsittävää välinettä edestäpäin katsoen, kuviot 4aja 4b esittävät ohjaimia käsittävää välinettä vastaavasti sivulta ja ylhäältä katsoen, kuvio 4c esittää ohjaimen muunnoksen, kuvio 5e sittää lukuisia pieniä väliainesuuttimia käsittävää välinettä, kuvio 6a esittää lukuisia kaltevia suuttimia käsittävää sumut-tavaa välinettä, kuvio 6b esittää tätä samaa välinettä päästäpäin katsoen, ja kuvio 7 esittää ruiskukerrostavaa välinettä.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista välinettä, jonka käsittämä sumutuskammio 1 muodostaa osan suljetusta järjestelmästä, jossa ylläpidetään edullisesti tiettyä, esimerkiksi 500 mm: n vesipatsasta vastaavaa ylipainetta ilman pääsyn estämiseksi. Kammion 1 toisessa päässä on valulaatikko 2 tai juoksulaatik-ko. Kammio on edullisesti vaakasuora ja sulaa metallia valuu alaspäin valulaatikosta 2 laskuaukon kautta kammioon 1. Sumuttava suutin (3 kuviossa 2a) on muodoltaan sellainen, että siitä saadaan kaksi vaakasuoraa väliainesuihkua, jotka ovat yhdensuuntaisia pystytasossa, ja joiden pystysuuntainen ulottuvuus on huomattava niiden leveyteen verrattuna, näiden väliai-nesuihkujen muodostaessa lisäksi vaakatasossa keskenään kulman

II

i3 85346 siten, että neutraali vyöhyke muodostuu välittömästi ennen suihkujen leikkauspistettä. Tämä sijaitsee kammiossa 1 siten, että laskuvirta 4 kohtaa tämän pisteen. Tämän sumuttumisen seurauksena muodostuu hiukkasia, jotka vetäytyvät kaasusuihkun mukana kammion toista päätä kohden, missä ne jähmettyvät ennen kammion päätyseinämään törmäämistä lämpösäteilyn ja lämmön johtumisen seurauksena. Kammion 1 päätyseinämässä 5 oleva ulosmenoaukko on yhdistetty sykloniin 6, jossa kaasu ja jauhe erotetaan toisistaan. Erottamisen jälkeen kaasu virtaa kaasu-jäähdyttimen 8 kautta kompressoriin kaasun kierrättämiseksi takaisin sumutussuuttimeen 3.

Kuvioissa 2a ja 2b on esitetty sumuttava suutin, joka on kahtena, vaakasuoraan suunnattuna, pystytasossa yhdensuuntaisena väliainesuihkuna 9, 10, joiden pystysuuntainen ulottuvuus on huomattava niiden leveyteen nähden. Väliainesuihkujen välisen kulman β arvo on järjestetty sellaiseksi, että saadaan syntymään vyöhyke 11, jossa ympäröivän väliaineen sisäänvirtauksen kompensoi olennaisesti väliaineen ulosvirtaus taaksepäin. Laskettu sulatevirta 12 johdetaan tämän vyöhykkeen 1 läpi. Laskuvirran 12 ja väliainesuihkujen välinen kulma δ voi vaihdella. Väliainessuihku voi olla olennaisesti vaakasuora, eli δ on 90’, mutta se voi vaihdella alueella 45-135’, edullisesti alueella 80-100’.

Kaasun ja sulatteen välinen pystysuora kosketusalue on sopivasti 5-50 kertaa pitempi kuin laskuvirran 12 halkaisija, edullisesti 10-30 kertaa halkaisija.

Raon muotoiset suuttimet 3 voivat muodostaa kulman, jonka suuruus on 0’, eli ne voivat olla yhdensuuntaisia, tai ne voivat muodostaa terävän kulman (a), joka on pienempi kuin 45’. Tämä nähdään kuvioista 2c ja 2d, joiden esittämät ulos-virtaussuuttimet ovat vastaavasti muodostuneet rakomaisista ja erillisistä suuttimista. Tämän kulman muuttaminen tekee mahdolliseksi säädettävän vyöhykkeen kallistamisen siten, että voidaan vaikuttaa siihen syvyyteen, jolle laskuvirta tunkeutuu- i4 85346 väliainesuihkujen leikkauspisteeseen.

Väliainesuihkujen korkeusyksikköä kohden sumuttunutta nestemäärää voidaan säätää tämän tyyppisellä kulmamuunnoksella.

Toinen väline ja menetelmä tämän säätömahdollisuuden toteuttamiseksi (katso kuviot 3a-3c) käsittää lukuisan, pystytasoon sijoitetun pienemmän suuttimen 13 sijoittamisen väliainesuutti -mien väliin. Nämä pienemmät suuttimet on suunnattu samaan suuntaan kuin väliainesuuttimet, mutta niistä saatavia, lasku-virtaa kohden suunnattuja virtauksia voidaan säätää yksilöllisesti. Niiden kokonaiskorkeus voi vastata olennaisesti raon muotoisten suuttimien korkeutta. Tämä nähdään erityisen selvästi kuviosta 3c.

Sumutusprosessia voidaan parantaa vielä edelleen, kuten edellä on kuvattu, sijoittamalla ohjaimia 14 (katso kuviot 4a ja 4b) kohtaamispisteen 11 jälkeen. Ne sijoitetaan virran kummallekin puolelle, niiden korkeus on sama tai hieman suurempi kuin virran korkeus ja ne on sijoitettu siten, että ne pienentävät suihkun vaakasuoraa ulottuvuutta, kuten kuviosta 4b todetaan.

Ohjaimien takareuna voi myös olla poimutettu (katso kuvio 4c) tai ne voidaan muotoilla jollakin muulla tavalla siten, että suihku saadaan vuorotellen suunnatuksi pituutta pitkin keskustaa kohden ja suoraan eteenpäin (15). Tuloksena oleva vaikutus on kuvattu yksityiskohtaisesti edellä.

Kuvio 5 esittää lukuisia väliainesuihkuja 15, jotka sijaitsevat sopivalla etäisyydellä väliainesuihkusta, sen kummallakin puolella, ja jotka näin ollen vaikuttavat vuorotellen väliai-nesuihkuun.

Jotta jauhe siirtyisi kaasun mukana ulosmenoaukon läpi eikä kerääntyisi kammion pohjalle esiintyvän voimakkaan turbulenssin seurauksena (katso kuviot 6a ja 6b), niin sumutussuutin voidaan sijoittaa epäsymmetrisesti (16) kammion keskiviivan 18 li 15 85346 alapuolelle. Kuten edellä on kuvattu, tällöin sumuttavasta suuttimesta saatava kaasu poikkeaa suunnastaan ja kohdistuu kammion pohjalle, jolloin jauheen kerääntyminen kammion pohjalle estyy. Tätä vaikutusta voidaan tehostaa sijoittamalla kammion pohjalle lukuisia kaasusuuttimia 17, jotka muodostavat kaasuverhon. Katso myös edellä esitetty asiaan liittyvä kuvaus.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla voidaan myös toteuttaa ruiskukerrostaminen siten, että kaasu-hiukkas-seos ruiskutetaan matriisia 19 (kuvio 7) tai alkuaihiota vasten ennenkuin hiukkaset ovat jähmettyneet, jolloin saadaan muodostumaan sopivaa lejeerinkiä oleva aihiokerros. Jauhe, joka ei tartu matriisiin, voidaan kerätä ja sitä voidaan käyttää muihin, esimerkiksi edellä kuvattuihin tarkoituksiin.

Edellä kuvattuja välineitä ja menetelmiä voidaan muunnella monella tavalla patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (11)

1. Menetelmä nesteiden, edullisesti metallisulatteiden, sumut-tamiseksi hajottamalla edullisesti pystysuora laskettu neste-virta edullisesti vaakasuorien, kaasusta tai nesteestä koostuvien väliainesuihkujen avulla, tunnettu siitä, että hajottavan väliaineen kaksi virtaa, joiden pystysuora ulottuvuus on huomattava, ja joiden virtaussuunta on vaakasuora, muodostetaan kahdella, samalla tasolla ja toisistaan erillään sijaitsevalla rakomaisella suuttimella tai suutinrivistöllä, jolloin väli ainesuihkut saatetaan virtaamaan sellaisessa väliaine-suihkujen välisessä pystytason kulmassa 0, että väliaine-suihkujen väliin, välittömästi ennen niiden pystysuoraa leikkausviivaa, syntyy vyöhyke, jossa ympäröivän väliaineen sisään siirtyvä virta kompensoituu taaksepäin ulosvirtaavalla hajottavalla väliaineella, ja että laskuvirta saatetaan liikkumaan alaspäin näiden väliainesuihkujen välillä näin syntyneessä vyöhykkeessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raon muotoiset suuttimet tai suutinrivistöt on suunnattu keskenään yhdensuuntaisesti, eli että niiden välinen kulma on nolla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raon muotoiset suuttimet tai suutinrivistöt on suunnattu toisiinsa nähden terävässä kulmassa, eli että niiden välinen kulma on suurempi kuin nolla.

4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasun/nesteen ja sulatteen välisen pystysuoran kosketusalueen pituus on 5-50, edullisesti 10-30 kertaa suurempi kuin laskuvirran halkaisija.

5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että väliainesuihkujen välinen kulma (0) valitaan alueelta 0-60', edullisesti alueelta 5-20*. i7 85346

6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että väliainesuihkujen ulostulo-suunta poikkeaa jonkin verran täysin vaakasuorasta suunnasta, jolloin myös vyöhyke siirtyy pois täysin pystysuorasta asemasta siten, että väliainesuihkujen ja johdetun virran välinen kulma (δ) saattaa vaihdella alueella 45-135', edullisesti alueella 80-100', vyöhykkeen pituusyksikköä kohden sumuttuneen sulatemäärän säätämiseksi.

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaakasuora väliainesuihku tai -suihkut tuotetaan erillisillä suuttimilla, jotka sijaitsevat raon muotoisten suuttimien tai suutinrivistöjen välissä ja/tai niiden takana, jotka väliainesuihkut on suunnattu tarkasti laskuvirtaa vastaan laskuvirran ja väliainesuihkun väliseen kosketusasteeseen vaikuttamista varten.

8. Väline sulatteiden sumuttamiseksi yhden tai useamman edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukaisella menetelmällä, jolloin väline käsittää säiliön metallisulatteen laskemiseksi olennaisesti pystysuorassa suunnassa alaspäin kahta olennaisesti vaakasuoraa, kaasusta tai nesteestä koostuvaa väliainesuihkua kohti, tunnettu siitä, että mainittu väline käsittää kaksi olennaisesti pystysuoraa, samalla tasolla sijaitsevaa raon muotoista suutinta tai suutinrivistöä, jolloin suuttimien pystysuora ulottuvuus on huomattava, ja ulosvirtaussuunnat muodostavat keskenään pystytasossa terävän kulman 0 siten, että väliainesuihkujen väliin, välittömästi ennen niiden pystysuoraa leikkausviivaa, syntyy vyöhyke, jossa ympäröivän väliaineen sisään siirtyvä virta kompensoituu taaksepäin ulos-virtaavalla hajottavalla väliainella, ja että laskuvirta on johdettu liikkumaan alaspäin näiden väliainesuihkujen välistä näin syntyneessä vyöhykkeessä. ιβ 8 5 346

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen väline, tunnettu siitä, että nämä kaksi raon muotoista suutinta on sijoitettu keskenään yhdensuuntaiseksi tai siten, että niiden väliin jää terävä kulma a, eli kulma, joka on suurempi kuin nolla.

10. Patenttivaatimusten 8 ja 9 mukainen väline, tunnet-t u siitä, että toisia suuttimia, jotka on kohdistettu vaakasuunnassa laskuvirtaa vasten, on sijoitettu raon muotoisten suuttimien tai suutinrivistöjen väliin ja/tai niiden taakse.

11. Patenttivaatimusten 8-10 mukainen väline, tunnettu siitä, että matriisi tai lähtömateriaali on sijoitettu siten, että kaasu-hiukkas-seosta saadaan ruiskutetuksi sitä vasten ennen hiukkasten jähmettymistä. il i9 8 5 346