DE1053789B

DE1053789B - Method and device for degassing melts, in particular metal and glass melts, by treatment with ultrasound

Info

Publication number: DE1053789B
Application number: DEB27100A
Authority: DE
Inventors: Erich Bretschneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-08-20
Filing date: 1953-08-20
Publication date: 1959-03-26

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung von Schmelzen, insbesondere Metall- und Glasschmelzen, durch Behandlung mit Ultraschall Zur Entgasung von Schmelzen zum Zwecke der Qualitätsverbesserung und zur Erzielung eines homogenen Gefüges wird das Ultragehallverfahren bereits mit Erfolg angewendet. Nach dem jetzigen Stande der Technik ist aber die Anwendung der Ultra.scha,11-behandlung nur bei kleinen Mengen und in kleinem Maßstabe möglich. Zur Entgasung großer Schmelzmengen sind bisher verhältnismäßig lange Beschallungszeiteil und ein großer Energiebedarf erforderlich. Während die Entgasun#g der Schmelze nur wenig Energie erfordert, wird der größte Teil der aufgewendeten Energie nutzlos verbraucht, weil er sien in einer Umwälzung der Gesamtmasse der Schmelze im Behälter auswirkt. Ferner bereitet die Ankopplung und Kühlung des Schallgebers am Schmelzbehälter wegen der hohen Temperaturen fast unüberwindliche Schwierigkeiten. Das Ultraschallverfahren wurde daher bei großen Schnielzmengen als zu teuer und unwirtschaftlich abgelehnt.Method and device for degassing melts, in particular Metal and glass melts, by treatment with ultrasound For degassing melts for the purpose of quality improvement and to achieve a homogeneous structure the ultra-hall procedure has already been used with success. According to the current state The technology, however, is the application of the Ultra.scha, 11 treatment only for small ones Quantities and on a small scale possible. For degassing large quantities of melt Up to now, a relatively long exposure time and a large amount of energy have been required. While degassing the melt requires little energy, it is the largest Part of the energy consumed uselessly because he is in an upheaval the total mass of the melt in the container. It also prepares the coupling and cooling of the sounder on the melting vessel because of the high temperatures almost insurmountable difficulties. The ultrasound method was therefore used at large Schnielz quantities rejected as too expensive and uneconomical.

Diese und Nachteilie werden erfind-ungsgemäß beseitigt, wenn die gesamte Schmelze innerhalb des Behälters mit außen =gekoppeltem Schallgeber durch dessen Schwenken bzw. Kippen um eine waagerechte Achse so beeinflußt wird, daß der flüssige Stoff nacheinander in Teilmengen geringen Querschnittes durch das Schallfeld geführt wird und die Gasteile in Richtung auf die Drehachse an die Oberfläche geführt werden. Ein Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem Behälter, der uni eine waagerechte Achse verschwenkbar angeordnet und bei dem der Schallgeber außen im Bereiche seiner Bodenmitte angekoppelt ist. Die Wirkung dieser Maßnahme besteht darin, daß das Schallfeld aus seiner senkrecht aufwärts führenden Lage in beiden Richtungen pendelartig um knapp 901 bis in die Waagerechte- verlagert wird. Dabei wird das Beschallungsgut in Teilmengen geringen Querschnittes nacheinander durch das Ultraschallfeld geführt. Infolgedessen werden die Gasteilchen durch die Schallwellen, gegebenenfalls nach einer mehrmaligen Wechselführung, intensiv aus der Schnielze etwa nach der Drehachs-e hin, also dem Mittelbereich der Oberfläche, ausgestoßen. Der Energieaufwand für diese Entgasungseinrichtung läßt sich datter bereits wesentlich herabsetzen. Die Schwenkgeschwindigkeit kann zur Regulierung ausgenutzt werden.These and disadvantages are eliminated according to the invention if the entire melt inside the container with the external = coupled sound generator is influenced by its pivoting or tilting around a horizontal axis so that the liquid substance is successively guided through the sound field in subsets of small cross-section the gas parts are guided to the surface in the direction of the axis of rotation. A device for carrying out this method consists of a container which is arranged pivotably on a horizontal axis and in which the sounder is coupled to the outside in the area of its bottom center. The effect of this measure is that the sound field is shifted from its vertically upward position in both directions like a pendulum by almost 901 to the horizontal. The material to be sonicated is passed through the ultrasonic field one after the other in subsets of small cross-section. As a result, the gas particles are intensely ejected by the sound waves, possibly after repeated alternating guidance, from the snout approximately towards the axis of rotation, that is to say the middle area of the surface. The energy expenditure for this degassing device can already be reduced considerably. The swivel speed can be used for regulation.

Eine wesentlich günstigere und energiemäßig noch ,parsamere Durchführung der Entgasung wird erreicht, wenn die Beschallung der Flüssigkeit wäh--end ihres Ausfließens aus dem Behälter in der Auslußleitung vorgenommen wird. In der Praxis wird in solcher Vorgang z. B. dadurch herbeigeführt, daß er Behälter durch eine nach ob-en offene Hohlwand, ;e eine Durchflußleitung für das Behandlungsgut aufweist, in zwei kommunizierende Räume geteilt wird. Diese Durchflußleitung wird dabei oben nach dem Innenraum der Hofilwand für den Gasabzug offen ausgebildet, während der Schallgeber an ihr-er Unterseite anggekoppelt ist. Auf diese Weise wird die Otierschnittshöhe der jeweils behandelten Teilmenge durch den Durchflußquerschnitt bestimmt und ve-rhältnismäßig gering bemessen, so daß die Gaseinschlüsse nur einen sehr kleinen Weg zurückzulegen haben und daher wenig Energie benötigt wird. Das freie Gas sammelt sich dabei im Innenraum der Hohlwand und entweicht von dort aus. Der Durchfluß selbst wird durch Kippen des Behälters um die in der Teilungsebene verlaufende Sch-,venkachse veranlaßt. je nach dem Grade der Zähigkeit der Schmelze, ob also Metall oder Glas, wird ein ein- oder mehrmaliges Passieren des beschallten Verbindungsrohres durch das Behandlungsgut erforderlich werden. Aus diesem Beispiel wird besonders anschaulich, daß die Schallen#ergie sehr gering sein kann. Das ist sowohl für die Bemessung des Schallgenerators wie des Energiebedarfes von großer Bedeutung; denn die wirtschaftliche Anwendung im Großbetriebe wird auf diese Weise ermöglicht.Carrying out the degassing is much more favorable and more economical in terms of energy if the liquid is sonicated in the outlet line while it is flowing out of the container. In practice, in such a process, for. B. brought about that the container is divided into two communicating spaces by a hollow wall open to the top; e has a flow line for the material to be treated. This flow line is designed to be open at the top towards the interior of the Hofilwand for the gas vent, while the sounder is coupled to its underside. In this way, the cut-off height of the respectively treated subset is determined by the flow cross-section and is relatively small, so that the gas inclusions only have to cover a very short distance and therefore little energy is required. The free gas collects in the interior of the cavity wall and escapes from there. The flow itself is caused by tilting the container about the pivot axis running in the dividing plane. Depending on the viscosity of the melt, whether metal or glass, it will be necessary to pass the sonicated connecting pipe through the material to be treated one or more times. This example makes it particularly clear that the sound energy can be very low. This is of great importance for both the dimensioning of the sound generator and the energy requirement; because the economic application in large companies is made possible in this way.

Bei einer anderen Ausführung werden z-wei durch eine Rohrleitung in Verbindung stehende Behälter als Wipp-e bzw. als Schaukel ausgebildet und die Verbindungsleitu#ng in ihrem mittleren Bereich gegenüber der Ankopplungsstelle- des Schallgebers mit einem nach oben offenen Rohrfortsatz zur Gasabführung versehen. Eine restlose Entleerung der Behälter wird dadurch erreicht, daß die beiden zum Entgasungsrohr und dem Schallgeber führenden Teile der Verbindungsleitung bis in die Höhe des Flüssigkeitsspiegels ansteigen. Infolge dieser Anordnung wird die Höhe des jeweils zu beschallenden Querschnittes zur Einsparun 'g von Schall-energie soweit als irgend in6glieli herabgesetzt.In another embodiment, two containers connected by a pipe are designed as a rocker or a swing and the connecting pipe is provided in its central area opposite the coupling point of the sounder with an upwardly open pipe extension for gas discharge. Complete emptying of the container is achieved in that the two parts of the connecting line leading to the degassing pipe and the sounder rise to the level of the liquid level. Owing to this arrangement, the height of the reduced cross-section in each case to be sonicated to Einsparun 'g of a sound energy, as far as any in6glieli.

In der Zeichnung ist die Erfindung an drei Ausfiihrungsb2ispiel-,-n näher erläutert.In the drawing, the invention is shown in three exemplary embodiments -, - n explained in more detail.

Abb. 1 bis 3 zeigen diese drei Beispiele schematisch im Schnitt.Fig. 1 to 3 show these three examples schematically in section.

Gemäß Abh. 1 befindet sich das flüssig-, Beschallungsgut innerhalb eines etwa birnenförmigen Behälters 1, der um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende waagerechte Achse2 in beiden Richtungen schwenlzbar ist. Außen im Bodenbereich ist ein piezoelektrischer, magnetostriktiver. elektrodynamischer oder dergleichen Schall-21).er 3 angekoppelt. In der ausgezeichneten Stellung befindet sich diese Vorrichtung in der Ausgangslage. Ist der Schallgeber3 in Tätigkeit. so verläuft das Schallfeld 4 in aufrechter Richtung. Der Behälter 1 ist derart mit einem nicht dargestellten Schwenkantrieb versehen, daß er in eine beliebige Arbeitslage eingestellt werden kann. Zwei Zwischenlagen sind gestrichelt dargestellt. Da das flüssige- B.cschallungsgut seine Lage ohne Rücksicht auf die Sch-wenkstellung des Behälters 1 beibehält, so ist leicht erkennbar, daß durch die Verschwenkung (]es Behälters ans der Rufielage in beiden Richtungen das Beschallungsgut nacheinander in Teilmengen geringen Querschnitt-es, der durch die Ausdehnung des Schallfildes bedingt wird, heschallt wird und die Gasteile- in Richtung auf die Schwenkachse2 aus dem Beschallungsgut befördert werden. Der Schwenkvorgang kann bis zur völligen Entgasung, die schnell vor sich geht, mehrfach wiederholt werden.According to Dep. 1 , the liquid material to be sonicated is located within an approximately pear-shaped container 1, which can be swiveled in both directions about a horizontal axis 2 running perpendicular to the plane of the drawing . Outside in the floor area is a piezoelectric, magnetostrictive one. electrodynamic or similar sound-21) .er 3 coupled. In the excellent position, this device is in the starting position. Is the sounder3 in action? so the sound field 4 runs in an upright direction. The container 1 is provided with a pivot drive, not shown, that it can be set in any working position. Two intermediate layers are shown in dashed lines. Since the liquid sounding material maintains its position regardless of the pivoting position of the container 1 , it is easy to see that by pivoting the container to the call position in both directions, the material being sounded one after the other in subsets of small cross-section, which is caused by the expansion of the sound field, is echoed and the gas parts are transported out of the material to be sonicated in the direction of the pivot axis 2. The pivoting process can be repeated several times until complete degassing, which takes place quickly.

Abb. 2 zeigt einen birnenförmigen Behälter 1-, der durch eine der waagerechten Schwenkachsen 2 gleichlaufende hohle Trennwand 5 in zwei Räume 1 a, 1 b unterteilt ist. Innerhalb dieser Wand 5 ist eine Durchtrittsöffnung 5 a von verhältnismäßig niedrigem Quer-.schnitt vorgesehen. durch die das Beschallungsgut 1-Chn -Schwenken des Behälters um die Achse 2 in den ieweils tiefer gelegenen Raum fließt. Am unteren Teile des kurzen Durchtrittsrobres 5a, ist der Schall--21,er #M, , 3 angekoppelt. Nach oben hin ist das Durchtrittsrohr 5 a in solchem Maße nach dem Hohlraum 5 b der Wand 5 offen, daß die durch das Schallfeld nach ohen entfernten Gas',eilch#en dorthin austreten können. Man sicht, (laß hier das Schallfeld mir mit der im Avggenblick behandelten Teilmenge des Beschallungs--, in V.-rI)indun- steht, die gerade durch das -utes L, Rohr 5 a, dtirclifli-2Pit. Die dem Schallgeber 3 zugewendeten Teile der Wandung des Behälters 5 treten so zurück, daß eine dachartigx bzw. kegelige Ausdehnung entstellt. Infolgedessen erfolgt eine restlos-, Entleerung des höher gelcgenen Behälters unter Geringhaltung des Kippwinkels. Auf diese wird außerdem ein günstiger Raum zur Aufnahme des Schallgebers 'Yeschaffen, der selbst aus dem Bereiche höchster Erhitzung zurückverlegt ist. Die Durchtrittsöffnung5 a liegt hier in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels und bestimmt so die wirksame Höhe der Durchtrittsöffnung Gemäß Abb. 3 sind die beiden Behälter la, 1 b voneinander örtlich getrennt und durch eine in dem Mittelbertich nach oben ansteigende Leitung 6 verbund#en. An dem Knick ist unten der Schallge#ber 3 angekoppelt. An der gegenüberliegenden Stelle zweigt ein rohrförmiger Fortsatz 6a als Entgastingsstutzen ab. Diese Anordnung wird von einer um eine waagtrechte Achse 2 schwenkbaren Wippe 7 getragen. Auch hier ist der Sühallgeher hinsichtlich seiner Kühlung besonders günstig angeordnet.Fig. 2 shows a pear-shaped container 1- which is divided into two spaces 1 a, 1 b by a hollow partition 5 running in the same direction as the horizontal pivot axes 2. Within this wall 5 , a passage opening 5 a is provided with a relatively low cross-section. through which the material to be sonicated 1-Chn -swiveling of the container about axis 2 flows into the lower-lying room. The sound - 21, er #M,, 3 is coupled to the lower part of the short passage tube 5a. Upwardly, the through pipe 5 a to such an extent after the cavity 5 of the wall 5 b open, that the remote by the acoustic field according to ohen gas', can escape eilch # en there. You see (let me see the sound field with the subset of the sound system treated at the moment, in V.-rI) indun, which is straight through the -utes L, pipe 5 a, dtirclifli-2Pit. The parts of the wall of the container 5 facing the sound generator 3 step back in such a way that a roof-like or conical extension is distorted. As a result, the higher-lying container is completely emptied while keeping the tilting angle low. In addition, an inexpensive space is created on this to accommodate the sound generator, which is moved back from the area of highest heating. The Durchtrittsöffnung5 a lies in the vicinity of the liquid level and thus determines the effective height of the passage opening shown in Fig. 3, the two containers la, 1 b are different from each spatially separated and a composite # in the Mittelbertich upwardly rising pipe 6 s. The sounder 3 is coupled to the bend at the bottom. At the opposite point, a tubular extension 6a branches off as a degassing nozzle. This arrangement is carried by a rocker 7 pivotable about a horizontal axis 2. Here, too, the Sühallgeher is particularly well placed with regard to its cooling.

Claims

PATENT A NSP R 0 CHE-1. Process for the elite gassing of melts, in particular metal and glass litters by treatment with ultrasound, characterized in that, using directed ultrasonic waves, the shin. which emerges from a visual acoustic generator coupled to the melting vessel, can be sonicated.

2. Verf -, clocks for the sonication of melts housed in a vessel, characterized in that the vessel retains its position and the sounder changes its position in relation to the melt housed in the vessel. 3. A method for Bescihallung of glass and metal melts, characterized in that these are housed in one of several vessels, interconnected by pipelines or the like G "-fäßsystern, whereby by changing the height of the individual vessels against each other a crossover the melt of the higher vessels occurs in the deeper vessels and Ultraschallw-Ellen -1. device pass through the through current flowing in the connecting line of the different vessels melt. 7UR carrying out the method according to claim 1 and 2, characterized in that the container (1 ) arranged to be pivotable about a horizontal axis (2) and the sounder (3) is coupled to the outside in the area of its base, so that the "" directed sound field is also pivoted when the container is pivoted . Device for carrying out the method according to claim 1 and 3, characterized in that the Behä Older (1) is divided into two parts (1 a, 1 b) by a hollow wall (5) open at the top and a flow line (5 a) for the material to be sounded is arranged in it, which leads to the interior of the hollow wall (5 ) is open for the gas vent, while the sounder (3) is coupled to its underside (Fig. 2). 6. The device according to claim 5, characterized in that the bottom area of the container (1) has an approximately roof-like or cone gelige Ausnehniung (5 c) for accommodating the sounder (3) (Fig. 2). 7. The device according to claim 5, characterized in that two by a pipeline (6) in connection with the container (la, 1 b) are arranged on a rocker or swing (7) and the connecting line (6) in its central area opposite the The coupling point of the Sohall generator (3) for gas filling has an upwardly open branch pipe (6a) (Fig. 3). 8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the two to the degassing pipe (6a) and the Snhallgeber (3) leading parts of the connecting line (6) rise to the height of the liquid level (Fig. 3).