"Verfahren zur DurchführunZ des Gegenstrom-Prinzips
bei Reaktionen zwischen flüssigen Metallen und Metall-
verbindungen,
insbesondere metallurgischen Schlacken,"
Metalle, die unerwünschte Begleitelemente
enthalten, werden zum Zwecke der Abscheidung dieser Stoffe meist im flüssigen Zustande
mit flüssigen Schlacken in Berührung gebracht, die das Metall von den unerwünschten
Stoffen zu reinigen vermögen, Voraussetzung für den Ablauf des Reinigungsprozesses
ist, daß die Schlacke für den aus dem Metall zu entfernenden Stoff selbst oder'seine
chemischen Verbindungen eine genügend hohe Löslichkeit aufweist, um den übergang
des fraglichen Stoffes in die Schlacke zu bewirken. Die Triebkraft, die den Ubergang
des Stoffes oder seiner Verbindung aus dem Metall in die Schlacke bewirkt, ist umso
größer, je reiner die Schlacke an dem aufzunehmenden Stoff ist."Process for carrying out the countercurrent principle in reactions between liquid metals and metal compounds, especially metallurgical slags," Metals that contain undesired accompanying elements are usually brought into contact with liquid slags in the liquid state for the purpose of separating these substances Able to clean metal from the undesired substances, a prerequisite for the course of the cleaning process is that the slag for the substance to be removed from the metal itself or its chemical compounds has a sufficiently high solubility to allow the transition of the substance in question into the slag cause. The driving force that brings about the transition of the substance or its compound from the metal to the slag is greater, the purer the slag is in the substance to be absorbed.
Aus diesem Sachverhalt heraus hat sich schon seit langem die Erkenntnis
ergebens daß die genannten Reinigungsvorgänge mit besonders hohem Wirkungsgrad verlaufen,
wenn die beiden Phasen Metall und Schlacke mit entgegengesetzter Strömungsrichtung
aneinander vorbeigeführt werden, in solcher Weise, daß die in den Prozeß hineingebrachte
frische, also noch unverbrauchte Schlackel zunächst auf das bereits weitgehend gereinigte
Metall zur Einwirkung gebracht wirdi auf dem weiteren Wege kommt die Schlacke unter
gleichzeitiger Aufnahme des fraglichen Stoffes auf immer weniger gereinigtes Metall
zur
Einwirkung$ bis sie-schließlichg stark angereichertan dem fraglichen Stoffeg bei
Berührung mit dem frischeng ungereinigten Metall. aus dem Reaktionsraum entfernt
wird, Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad-einer solchen Gegenstromreaktion (gemessen
am Verhältnis der Konzentrationen des zu entfernenden Stoffes vor und nach der Reaktion)
um mehrere Zehnerpotenzen höher ist3.als bei der meist üblichen Arbeitsweise, bei
der das Metall und die Schlacke während einer längeren Zeit in Berührung gehalten
werden. Von diesem sog. "Gegenstrom-Prinzip" macht die Verfahrenstechnik der chemischen
Industr-i.e in großem Ümfange Gebrauch; für die Durchführung de r Reaktionen
zwischen Metall und Schlacke-wurden zwar auch einige Vorschl.äge.gemacht, die jedoch
bisher keine-Verwendung in den.Hüttenbetrieben gefunden haben, Der Grund des bisherigen
Anwendungsverzichtes in den Hüttenwerken liegt darins'daß es mit den vorgeschlagenen
verwendeten Anordnungen nicht gelungen ist und nicht gelingen kann, eine wirtschaftlich
befriedigende. Leistung des Gegenstrom-Verfahrens zu erre ichen. Die bisher vorgeschlagene
Lösung für die Gegeneinanderführung der Schlacke und, des.Metalls besteht im Prinzip..in
einem horizontalen rinnenartigen Gefäß mit einer Eingußöffnung auf der einen Seite
und einer s.yphonarti,g ausgebild.eten Abflußöffnung auf der anderen Seite für das
Metall. Die Anordnung des Syphons ermöglicht es) die Schlacke ander Abfluß.seite
des Metalls in-die Rinne zu bringen und sie entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
des Metalls zu der Eingußseite des Metalls zu führen, wo siesichdurch eine Öff-.
nung in der Rinne entfernen kann, Die Leistung einer solchen Anordn g-wird-dadurch
stark beein'trächtigt,-daß die Strömung der beiden Phasen nur durch die Schwerkraft
hervorgerufen. wird, deren Wirkung-.bei Verwendung des Prinzips der horizontalen
Rinne nur gering sein kann. Bei-.den Extraktionsprozessen der chemigchen.Industrie
wird die Wirkung des Gegenstrom-
Prinzips erhöht, indem di'e spezifisch
leichtere Flüssigkeit mi . t Hilfe von Pumpen in geschlossenen Gefäßen zwangsläufig
durch die schwerere Flüssigkeit hindurchgedrückt wird, die ihrerseits unter dem
Einfluß der Schwerkraft niedersinkt. Eine Obertragung dieser Arbeitsweise auf die
hier behandelten Schlacke-Metall-Reaktionen ist bisher nicht gelungen.From this fact, it has long been known that the cleaning processes mentioned run with a particularly high degree of efficiency when the two phases metal and slag are led past each other with opposite flow directions, in such a way that the fresh ones brought into the process, i.e. still Unused slag is first brought into action on the metal which has already been largely cleaned.On the further route, the slag, with simultaneous absorption of the substance in question, acts on less and less purified metal until it finally becomes heavily enriched in the substance in question when it comes into contact with the freshly uncleaned metal . is removed from the reaction space, It is known that the efficiency of such a countercurrent reaction (measured by the ratio of the concentrations of the substance to be removed before and after the reaction) is several powers of ten higher than in the most common method of working in which the metal and the slag is kept in contact for a long time. Process engineering in the chemical industry makes extensive use of this so-called "countercurrent principle"; For the implementation of the reactions between metal and slag, some proposals have been made, but they have not yet been used in smelting works used arrangements has not succeeded and cannot succeed in an economically satisfactory. To achieve the performance of the countercurrent process. The solution proposed so far for bringing the slag and des.Metall against each other consists in principle..in a horizontal channel-like vessel with a pouring opening on one side and a s.yphonarti, g ausgebild.eten drainage opening on the other side for the metal. The arrangement of the siphon makes it possible) to bring the slag on the discharge side of the metal into the channel and to lead it opposite to the direction of flow of the metal to the pouring side of the metal, where it passes through an opening. The performance of such an arrangement is severely impaired by the fact that the flow of the two phases is only caused by gravity. the effect of which - when using the principle of the horizontal channel - can only be slight. In the extraction processes of the chemical industry, the effect of the countercurrent principle is increased by the specifically lighter liquid being mixed . t is forced through the heavier liquid with the help of pumps in closed vessels, which in turn sinks under the influence of gravity. Transferring this mode of operation to the slag-metal reactions discussed here has not yet been successful.
Im Vergleich zu den Verfahrensmöglichkeiten der chemischen Industrie
erfordern nkmlich die hohen Temperaturen der Schlacke-Metall-Reaktion im Hinblick
auf die Widerstandsfähigkeit der Bauteile gegen die Einwirkung aggressiver flüssiger
Schlacken besondere Maßnahmen, Die Verwendung von Pumpen zur zwangsläufigen Lenkung
der Schlacke als leichterer Phase in und durch das Metall scheitert vorläufig an
der Tatsache, daß deren Bauteilee sowie die Durchflußleitungen dem vereinten Angriff
chemischer Reaktionen und mechanischer Beanspruchung bei hohen Temperaturen nicht
gewachsen sind, Es mußten also neue Wege für die Ge'staltung der Bauteile gefunden
werden, mit dem Ziel ausreichender Haltbarkeit im Dauerbetrieb und gegebenenfalls
schneller Auswechselbarkeit, Da das Gegenstrom-Prinzip im besonderen die Möglichkeit
in sich birgt, auch die metallurgischen Prozesse kontinuierlich durchzuführen@ müssen
besondere konstruktive Merkmale und Bauelemente entwickelt werdeng die dem Verfahren
einen störungsfreien Betrieb über längere Zeitdauer gewährleisten.Compared to the process possibilities of the chemical industry
namely require the high temperatures of the slag-metal reaction in view
on the resistance of the components to the effects of aggressive liquids
Slag special measures, The use of pumps for positive steering
the slag as a lighter phase in and through the metal fails for the time being
the fact that their components as well as the flow lines are subject to the united attack
chemical reactions and mechanical stress at high temperatures
So new ways had to be found for the design of the components
with the aim of sufficient durability in continuous operation and if necessary
faster interchangeability, since the countercurrent principle in particular the possibility
implies that the metallurgical processes must also be carried out continuously
special design features and components are developed for the process
ensure trouble-free operation over a longer period of time.
Die Lösung der hier gestellten Aufgabe erfolgt nun erfindungsgemaß
durch die neue Erkenntnisq daß die Gegenstromreaktion in einem,geneigten rinnenförmigen
Gefäß zum Ablauf gebracht wird» in dem sich die spezifisch leichtere Schlacke unter
dem Einfluß der Schwerkraft von oben nach unten bewegt, während sich das der Schlacke
entgegenströmende Metall in dem Rinnengefäß der Schwerkraft entgegenbewegt, Der
Einsatz einer Pumpe am unteren Ende des Gefäßes muß jedoch ausgeschlossen bleibenl
weil diese - sofern aus Materialgründen überhaupt wirtschaftlich einsetzbar
- nur wirksam werden könntei wenn das rinnenförmige Gefäß als geschlossenes
Rohr
verwendet würde. Abgesehen von der Schwierigkeit der thermischen,
chemischen und mechanischen Beanspruchung des Rohres ,würde die Schlacke nicht im
Gegenstrom zu dem Metall fließen, sondern nur vor dem Metall hergedrückt werden.
Die vorliegende Erfindung umgeht diese Schwierigkeit in der Weise, daß das Metall
über die ganze Länge der geneigten Rinne hinweg einer elektromagnetischen Einwirkung
nach bekannten Prinzipien ausgesetzt wirdi die es zwingt, sich in dem geneigten
Gefäß von unten nach oben zu bewegen, Durch kontinuierliches Einbringen des Metalls
in den unteren Teil und kontinuierliches Einbringen der flüssigen Schlacke in den
oberen Teil des geneigten Reaktionagefäßes kann der Gegenstrom der beiden Phasen.beliebig
lange aufrecht erhalten werdeng wobei das Zusammenwirken der Einflußgrößene, Stärke
des elektromagnetischen Feldes, Neigung des Gefäßes und Zugabegeschwindigkeit von
Metall und Schlacke die Möglichkeit gibt, die Leistung des Verfahrens bewußt zu
steuern# Grundsätzlich kann die Aufwärtsbewegung des Metalls auch durch andere Mittel,
z.B, durch die Ausnutzung der Massenträgheit, mit Hilfe einer Schwingrinne verwirklicht
werden, Das Reaktionsgefäß, in dem sich der-chemische Umsatz twischen Metall und
Schlacke vollziehtg hat.vornehmlich die Gestalt einer - gegebenenfalls abgedeckten
- Rinne; jedoch kann der Querschnitt des Gefäßes bedarfsweise verändert werden.
Insbesondere sind die Eingußseite und Ausgußseite für das Metall auf bekannte Weise
so zu gestalten, daß die beiden Phasen getrennt abfließen können. Verschiedene weitere
Ausgestaltungen des zuvor beschriebenen Verfahrens ermöglichen die Anpassung desselben
an gegebene Voraussetzungen, Es kann z,B, vorteilhaft sein$ dafür Sorge zu tragen#
daß das aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung austretende flüssige Metall weitgehend
frei ist von mitgeführter Schlacke.The object set here is achieved according to the invention by the new finding that the countercurrent reaction is brought to flow in an inclined channel-shaped vessel in which the specifically lighter slag moves from top to bottom under the influence of gravity, while that of the slag moves counter-flowing metal counter moved in the trough vessel of gravity, However, the use of a pump at the lower end of the vessel must be excluded bleibenl because they - if reasons of material at all economically used - only be effective könntei when the trough-shaped vessel would be used as a closed tube. Apart from the difficulty of the thermal, chemical and mechanical stress on the pipe, the slag would not flow in countercurrent to the metal, but would only be pushed in front of the metal. The present invention circumvents this difficulty by subjecting the metal to electromagnetic action along the entire length of the inclined trough according to known principles which forces it to move from bottom to top in the inclined vessel by continuously introducing the metal in the lower part and continuous introduction of the liquid slag into the upper part of the inclined reaction vessel, the countercurrent of the two phases can be maintained for as long as required, whereby the interaction of the influencing variables, strength of the electromagnetic field, inclination of the vessel and the rate of addition of metal and slag There is the possibility of consciously controlling the performance of the process # Basically, the upward movement of the metal can also be achieved by other means, e.g. by utilizing the inertia, with the help of a vibrating trough and slag completes, primarily in the form of a - possibly covered - channel; however, the cross-section of the vessel can be changed if necessary. In particular, the pouring-in side and pouring-out side for the metal are to be designed in a known manner so that the two phases can flow away separately. Various further refinements of the method described above make it possible to adapt it to given conditions. It can be advantageous, for example, to ensure that the liquid metal emerging from the device according to the invention is largely free of any slag carried along with it.
In diesem Fall wird die Schlacke auf die Rinne erst unterhalb des
kulminationspunktes gegeben, von wo aus sie in der geneigten'Rinne abwärts fließtg
während das Flüssige Metall über diesen Punkt hinaus durch die erfindungsgemäßen
Maßnahmen
weitergefördert wird. Um die Metalloberfläche oberhalb
der Schlackenzugabestelle weitgehend von der Schlacke zu befreieng können weitere
dienliche Maßnahmen angewandt werden: z.B. kann die Schlacke durch einen Gasstrom
von der Metalloberfläche weggeblasen werden.In this case, the slag is only on the channel below the
culminating point, from where it flows down the sloping channel
while the liquid metal beyond this point by the invention
measures
is further promoted. Around the metal surface above
The slag addition point can largely be freed from the slag
Appropriate measures can be applied: e.g. the slag can be removed by a gas flow
blown away from the metal surface.
Im Falle der Förderung des Metalles durch einen Wuchtförderer (Schwingrinne)
können besondere Ma-ßnahlüOft angewandt werden, die die Förderwirkung eines solchen
Förderorganes auch für den Fall einer weniger viskosen Flüssigkeit sicherstellen.
Solche Maßnahmen können z.B. nockenartige Erhebungen auf der Oberfläche des Wuchtförderers
seine deren Flankenneigung - bezogen auf die Förderrichtung - unsymmetrisch
ist, In der beigefügten Skizze ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
erläutert, 1 bedeutet das geneigte rinnenförmige und gegebenenfalls zur Verhinderung
von Wärmeabstrahlung abgedeckte Gefäße in dem die Schlacke von oben nach'unten fließtg
während ihr das Metall durch elektromagnetische Einwirkung der Spulen 2 entgegenfließt.
Die Rinne ist an ihrem unteren Ende mit einem Gefäß 3 verbundene in das das
zu reinigende Metall 4 kontinuierlich oder diskontinuierlich eingefüllt wird, Außerdem
sammelt sich im Gefäß-3 die aus der Rinne austretende Schlacke 59 die durch
die Öffnung 6
laufend oder mit Unterbrechungen-entfernt wird. Das in der Rinne
aufsteigende Metall gelangt in das Gefäß 7; durch eine Öffnung
8 kann das nunmehr gereinigte Metall kontinuierlich oder diskontinuierlich
aus dem Gefäß entfernt werden, Natürlich können in den Gefäßen 3 und
7 zusätzliche Maßnahmen zur metallurgischen Behandlung der beiden Phasen
durchgeführt werden, So ist es z.B. bei der Umwandlung von Roheisen in Stahl mögliche
in Gefäß 3 auf bekannte Weise den Kohlenstoff- und Siliziumgehalt des Metalls
zu vermindern, Das Gefäß 7 kann unmittelbar zur Verflüssigung der Schlacke
Verwendung findeng indem eingebrachte Schlackenbildner z.B.
durch
Hochleistungsbrenner oder elektrischen Lichtbogen eingeschmolzen werden, Schließlich
ist es möglich, das in das Gefäß 7 gelangte Metall nochmals einer Gegenstrombehandlung
im Sinne der Erfindung zu unterwerfen,In the case of conveying the metal through a balancing conveyor (vibrating trough), special dimensions can be used to ensure the conveying effect of such a conveying element even in the case of a less viscous liquid. Such measures can, for example, cam-like projections on the surface of the balancing conveyor his whose flank inclination - with respect to the conveying direction - is unbalanced, In the accompanying drawing an embodiment of the inventive method is explained, 1 means the inclined trough-shaped and, optionally, to prevent heat radiation covered vessels in the the slag flows downwards from above while the metal flows against it through the electromagnetic action of the coils 2. The channel is connected at its lower end to a vessel 3 into which the metal 4 to be cleaned is filled continuously or discontinuously. In addition, the slag 59 emerging from the channel collects in the vessel 3 and is removed continuously or intermittently through the opening 6 will. The metal rising in the channel enters the vessel 7; The now cleaned metal can be removed continuously or discontinuously from the vessel through an opening 8. Of course, additional measures for the metallurgical treatment of the two phases can be carried out in vessels 3 and 7 Vessel 3 to reduce the carbon and silicon content of the metal in a known way, the vessel 7 can be used directly to liquefy the slag by melting down slag formers introduced, for example by high-performance burners or electric arcs, finally it is possible to remove the metal that has entered the vessel 7 to subject again to a countercurrent treatment within the meaning of the invention,