Kombinierte Drall-Druck-Gas-Zerstäubung von Metallschmelzen

In dieser Arbeit wurden grundlegende Untersuchungen zur Drall-Druck-Gas-Zerstäubung von Metallschmelzen (Zinn- und Zinn-Kupfer-Legierungen) durchgeführt. Die Anlagenkomponenten umfassen einen fünf Meter hohen Turm und eine Schmelzeinheit, in der das Metall mittels einer Widerstandsheizung aufgeschmolzen wird. Durch die Erweiterung der Anlage um ein Gas-Absaugungs- und –Rückführungssystem und somit der Aufprägung einer Sekundärströmung wurden Pulverrückströmungen unterbunden und die Pulverbeladung im Desintegrationsbereich reduziert. Die Zerstäubung wird mit einem Schmelzevordruck bis 0,8 MPa und einem Massenstrom bis 180 kg/h sowie einem Gasmassenstrom bis 325 kg/h betrieben. Ein Zerstäubersystem aus der Kombination eines Einstoffzerstäubers (Drall-Druck- Zerstäuber), der industriell bisher nur für „kalte“ Fluide genutzt wird und einer Ring-Gasdüse wird eingesetzt, da somit die Vorteile einer engen Partikelverteilung und einer Zerstäubung in sehr feine Partikeln genutzt werden sollen.

Bei diesem Verfahren wird die Metallschmelze mittels eines Überdrucks tangential in die konische Drall-Druck-Kammer eingeleitet und in Rotation versetzt. Sie tritt anschließend in Form eines Films, der einen Hohlkegel bildet, aus der Drallkammer aus. Der Film wird kurz nach dem Austritt aufgrund der Stoffwerte der Metallschmelzen im Gegensatz zu „kalten“ Fluiden bereits großteils in Ligamente und Tropfen überführt und anschließend mit der Ring- Gasdüse zerstäubt. Dabei treffen die sich überlagernden unterexpandierten Gasstrahlen in der sogenannten Zerstäubungszone auf den dünnen Metallschmelzefilm bzw. auf die Ligamente und Tropfen. Die Lage der Zerstäubungszone wird durch die Strömungssituation unterhalb des Zerstäubersystems und deren Wirkung auf den Schmelzehohlkegelwinkel bestimmt. Diese Strömungssituation und die Filmausbildung wurde eingehend bezüglich der Massenströme, der Sekundärströmung und der Entrainmentströmung analysiert und korreliert.