DE2952978C1

DE2952978C1 - Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung von fluessigem Metall und gleichzeitiger Raffination mit einem Behandlungsgas in einem Behaelter

Info

Publication number: DE2952978C1
Application number: DE2952978A
Authority: DE
Inventors: Boris Sergeevi&ccaron; Kujby&scaron;ev Dol&zcaron;enkov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-07
Filing date: 1979-05-15
Publication date: 1982-03-11
Also published as: FR2433053A1; GB2039765B; GB2039765A; JPS55500566A; WO1980000364A1; CH641252A5; JPS5643374B2; US4328958A; ATA535979A; FR2433053B1; AT367802B

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchmischen von flüssigem Metall unmittelbar in der Wanne eines Schmelzofens oder eines Mischers während des Schmelzens und des Evakuierens des Metalls und die gleichzeitige Raffination mit einem Behandlungsgas. Dadurch wird es möglich, das Schmelzen und das Evakuieren des Metalls zu beschleunigen, die Homogenität der chemischen Zusammensetzung desselben sowie eine gleichmäßige Temperaturverteilung im gesamten Volumen des Metalls in der Wanne des Ofens oder des Mischers zu gewährleisten.

Zur Zeit sind verschiedene Vorrichtungen zur Durchmischung von flüssigem Metall unmittelbar in der Wanne eines Schmelzofens oder eines Vakuummischers bekannt Die vorliegende Erfindung betrifft eine besonders aussichtsreiche Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung, insbesondere zur Durchmischung aggressiver Metalle, zum Beispiel Aluminium und dessen Legierungen.

Vorrichtungen zur gasdynamischen Durchmischung von Metall enthalten ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidetes Rohr mit einem abnehmbaren Deckel, ein System zum Zuführen eines Preßgasimpulses in den Hohlraum des Rohres und ein System zur Erzeugung eines Vakuums im Hohlraum des Rohres.

In der Regel wird eine solche Vorrichtung in der Wand eines Schmelzaggregates durch eine öffnung montiert, welche oberhalb des Metallstandes derart angeordnet ist, daß das untere Rohrende in das Metall eingetaucht ist. Die Vorrichtung ist gewöhnlich mit Gebern des Metallstandes versehen, die in den Steuerkreis der Systeme zum Zuführen eines Impulses von Preßgas und zur Erzeugung von Vakuum im Hohlraum des Rohres eingeführt sind. Eine solche Anordnung wird in der DE-OS 28 37 510 beschrieben. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist der Wirkungsweise einer Pumpe ähnlich, in der die Energie des Preßgases benutzt wird, das auf das Volumen des flüssigen Metalls einwirkt, das periodisch in den Hohlraum des Rohres durch das Vakuum eingeführt und unter der Einwirkung der Impulse mit vorgegebener Geschwindigkeit in die Wanne ausgestoßen wird. Das genannte Volumen des flüssigen Metalls wird dann in der Wanne bewegt und es nimmt die benachbarten Metallschichten mit. Auf diese Weise findet der Prozeß der Durchmischung des Metalls statt. Nach der Beendigung des Preßgasimpulses gelangt das Metall unter der Einwirkung von Vakuum erneut in den Hohlraum des Rohres und der Zyklus wiederholt sich.

Die bekannte Pumpe gestattet es, die Leistung des Schmelzofens oder des Vakuummischers zu erhöhen. Außerdem verbessert sich die Qualität des durchzumischenden Metalls durch die Homogenisierung der chemischen Zusammensetzung desselben und durch den Temperaturausgleich im gesamten Volumen des Bades. Die aus der Pumpe ausgestoßenen Ströme des flüssigen Metalls umspulen die Stücke vom festen Einsatz während des Schmelzprozesses und tragen zu einer schnelleren Auflösung des Einsatzes bei.

Nachfolgend wird das flüssige Metall beim Abstich aus dem Schmelzofen oder aus dem Mischer mit einem Gas, z. B. Argon raffiniert.

Die Pumpen zur gasdynamischen Durchmischung des flüssigen Metalls lassen jedoch nicht alle Möglichkeiten für eine Intensivierung des Prozesses der Herstellung des Metalls von hoher Qualität durch Senkung der Gassättigung sowie auch durch Senkung des Gehaltes des Metalls an Schlacken- und Oxideinschlüssen ausnutzen.

Es wurden Versuche zu einer direkten Verwendung von Preßgas, das für die Erzeugung des Impulses benutzt wird, zum Raffinieren unternommen. Dabei wurden jedoch die gewünschten Ergebnisse nicht erzielt, weil die Zeitdauer des Kontaktes zwischen Gas und der Oberfläche des Metallstrahls im Hohlraum des Rohres während des Ausstoßens sehr gering war.

Aus der US-PS 38 95 937 ist ein Verfahren zum Raffinieren eines Strahls aus flüssigem Metall mit einem Gas bekannt, wobei das Metall aus einem Schmelzofen in einen Vakuummischer gegeben wird. In diesem Fall wird jedoch keine ausreichend hohe Qualität des Metalls gesichert, weil die Zeitdauer des Kontaktes zwischen Metall und dem raffinierenden Gas gering ist

Die zur Zeit bekannten einzelnen Vorrichtungen zur Durchmischung und zum Raffinieren von flüssigem Metall entsprechen den immer wachsenden Anforde-

ORIGINAL INSPECTED

rungen hinsichtlich der Erhöhung der Leistung der Schmelzöfen und der Qualität des in diesen Schmelzöfen herzustellenden Metalls nicht. Eine wesentliche Vervollkommnung solcher Vorrichtungen ist jetzt sehr aktuell geworden.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der genannten Nachteile.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung von flüssigem Metall in einem Behälter mit einer solchen konstruktiven Ausführung zu schaffen, die eine Durchmischung des Metalls und dessen gleichzeitige Raffination mit einem Behandlungsgas gewährleistet. Diese Aufgabe wurde mit einer Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung eines flüssigen Metalls in einem Behälter, die ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidetes Rohr mit einem abnehmbaren Deckel enthält, welche Bohrungen aufweist, durch welche der Hohlraum des Rohres mit einem System zum Zuführen von Impulsen von Preßgas und einem System zur Erzeugung eines Vakuums verbunden ist, dadurch gelöst, daß in dieser Vorrichtung erfindungsgemäß das Rohr (5) in einem durchgehenden abgesetzten Kanal (4) eines Blockes (3) aus einem hitzebeständigen Werkstoff untergebracht ist, und daß unterhalb der unteren Stirnfläche des Rohres (5) und koaxial mit diesem Rohr an einem abgesetzten Vorsprung (10) der Wand des im Block (3) ausgeführten Kanals (4) eine Hülse (11) aus einem porösen Werkstoff angeordnet ist, wobei zwischen der seitlichen Außenfläche der Hülse (U) und der Wand des Kanals im Block ein Zwischenraum (12) vorgesehen ist, der unten mit dem Vorsprung (10) und oben mit einem ringförmigen Deckel (16) überdeckt ist, durch dessen Bohrung (17) der Zwischenraum (12) mit einem System zum Zuführen von Behandlungsgas verbunden ist.

Die genannte Hülse wird vorzugsweise aus porösem Titan ausgeführt.

Eine solche Ausführung der Hülse ist konstruktionsmäßig besonders einfach; sie gewährleistet die erforderliche Porosität für den Durchgang des Gases, weist eine ausreichende Hitzebeständigkeit sowie die Eigenschaften eines Katalysators beim Raffinieren von Metall auf. Zwischen der unteren Stirnfläche des Rohres und der genannten Hülse wird vorzugsweise eine Zwischenlage aus einem wärmebeständigen elastischen Werkstoff, zum Beispiel Kaolinwatte oder Asbest, angeordnet.

Eine solche Zwischenlage gewährleistet die notwendige Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung, weil sie dynamische Beanspruchungen aufnehmen kann sowie auch die Demontage des Rohres der Vorrichtung erleichtert.

Die Wände des im Block vorgesehenen Kanals werden vorzugsweise an dem Abschnitt, an dem das Rohr und die Hülse angeordnet sind, mit einem Metallrohrstutzen mit einem ringförmigen Boden ausgekleidet, an dessen oberem Ende ist ein Flansch vorgesehen, an dem der ringförmige Deckel befestigt wird, der den Zwischenraum überdeckt.

Dadurch wird es möglich, die Zuführung des raffinierenden Gases durch die Hülse aus einem porösen Werkstoff zu konzentrieren und auf diese Weise die Wirksamkeit des Raffinierens zu erhöhen. Bei einer solchen konstruktiven Ausführung der Vorrichtung kann man außerdem besser Montage- und Demontagearbeiten durchführen.

Die vorgeschlagene Vereinigung der Arbeitsgänge zum Durchmischen und zum Raffinieren von Metall

gestattet es, die Leistung der Schmelzaggregate zu steigern und die Qualität des Metalls zu verbessern. Außerdem wird die Verwendung von Hilfseinrichtungen nicht mehr notwendig, es erhöht sich die Betriebszuverlässigkeit des Schmelzaggregates und es werden die Arbeitsbedingungen für das Hilfspersonal vereinfacht. Gleichzeitig wird das Auswechseln des Rohres der Vorrichtung bedeutend vereinfacht.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben, die die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vertikalschnitt entlang der Längsachse darstellt. Mit Pfeilen ist die Bewegungsrichtung des Metalls und der Gasströme angegeben.

Die Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung von flüssigem Metall 1 in der Wanne eines Ofens 2 (oder eines Mischers) besteht aus einem Block 3, der aus einem hitzebeständigen Werkstoff, z. B. aus einem hitzebeständigen Beton hergestellt ist. Im Block 3 ist ein abgesetzter Kanal 4 vorgesehen, in dem ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidetes Rohr 5 mit einem abnehmbaren Deckel 6 untergebracht ist. Der Block 3 ist auswechselbar in der Wand des Ofens 2 (oder des Mischers) angeordnet. Der Hohlraum des Rohres 5 ist durch eine in der Wand oder in dem Deckel 6 ausgeführte Bohrung mit einem System 8 zum Zuführen eines Impulses von Preßgas und mit einem System 9 zur Erzeugung von Vakuum durch eine Leitung 7 verbunden. Die Steuerschaltung dieser Systeme ist nicht angegeben, weil sie der bekannten Pumpe zur gasdynamischen Durchmischung gemäß der DE-OS 28 37 510 entnommen werden kann. Unterhalb der unteren Stirnfläche des Rohres 5 und koaxial mit diesem ist an dem abgesetzten Vorsprung 10 der Wand des Kanals 4 eine Hülse 11 aus einem porösen Werkstoff, z. B. aus porösem Titan oder einem ähnlichen Werkstoff untergebracht, das die Eigenschaften eines Katalysators beim Raffinieren von Aluminium oder dessen Legierungen aufweist. Das Rohr 5 und die Hülse 11 sind im Kanal 4 des Blockes 3 unter Belassen eines seitlichen Zwischenraumes 12 in bezug auf die Wand des Kanals angeordnet. Die Wand des Kanals 4 des Blockes 3 ist an dem Abschnitt, wo das Rohr 5 und die Hülse 11 angeordnet sind, mit einem Metallrohrstutzen 13 ausgekleidet, der einen ringförmigen Boden 14 aufweist, welcher an den abgesetzten Vorsprung 10 der Wand des Kanals 4 angrenzt. Der Rohrstutzen 13 besitzt an seinem oberen Ende einen Flansch 15, an welchem mittels eines ringförmigen Deckels 16 das Rohr 5 befestigt ist. Der ringförmige Deckel 16 überdeckt den Zwischenraum 12. Im Deckel 16 ist eine Bohrung 17 vorgesehen, durch welche der Zwischenraum 12 mit einem System 18 zum Zuführen des raffinierenden Gases leitungsverbunden ist. Das System 18 kann selbständig betrieben werden oder mit dem System 8 zum Zuführen eines Impulses von Preßgas durch einen Druckregler (nicht dargestellt) verbunden sein. Zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Temperaturverhältnisse für die Metallschmelze kann das im System 18 befindliche Gas erwärmt oder abgekühlt werden. Das System zur Aufrechterhaltung der Temperaturverhältnisse kann aus Aggregaten einer für die Fachleute üblichen Konstruktion zusammengebaut werden. Das System 18 ist durch die Bohrung 17 mit dem Zwischenraum 12 und ferner über die poröse Hülse 11 mit dem Hohlraum des Rohres S zur Behandlung des Metalls mit dem raffinierenden Gas verbunden. Die Hülse 11 ist unterhalb des minimalen Metallstan-

des in der Wanne des Ofens 2 angeordnet, wodurch eine wirksame Durchmischung des Metalls gewährleistet wird. Zwischen der Hülse 11 und der Stirnfläche des Rohres 5 ist eine Zwischenlage 19 aus einem hitzebeständigen elastischen Werkstoff, z. B. aus Kaolinwatte oder Asbest angeordnet, wodurch auch eine Demontage des Rohres 5 erleichtert wird. Die Hülse 11 kann am Block 3 mittels eines hitzebeständigen Mittels angeklebt werden. Der maximale Stand 20 der Steighöhe an Schmelze 1 im Rohr 5 ist für den Fall angegeben, in dem die Vorrichtung im Schmelzofen 2 verwendet wird.

Die Vorrichtung hat folgende Arbeitsweise.

Bei einem minimal zulässigen Stand des Metalls 1 in der Wanne des Ofens 2, bei dem die untere Bohrung des Hohlraumes des Rohres 5 und die Hülse 11 mit Metall überdeckt sind, wird das System 9 zur Erzeugung des Vakuums mit dem Hohlraum des Rohres 5 verbunden, und über das System 18 wird das raffinierende Gas, welches den vorgegebenen Druck und die vorgegebene Temperatur aufweist, durch den Zwischenraum 12 und ferner durch die Hülse 11 dem Metall zugeführt. Das flüssige Metall 1 steigt im Rohr 5 unter der Einwirkung des Vakuums bis zum Stand 20 an. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Vakuummischer wird der Stand des Metalls 1 im Hohlraum des Rohres 5 und in der Wanne in diesem Moment gleich sein. Dann wird das System 9 zur Erzeugung des Vakuums abgeschaltet und aus dem System 8 wird in j Impuls von Preßgas gegeben, der in die Wanne des Ofens 2 ein Volumen des mit dem raffinierenden Gas behandelten Metalls ausstößt. Anschließend wird das flüssige Metall 1 erneut in den Hohlraum des Rohres 5 angesaugt, in diesem mit dem raffinierenden Gas

κι behandelt und ausgestoßen. Auf diese Weise dauert der Zyklus der Durchmischung des Metalls unter gleichzeitiger Behandlung mit dem raffinierenden Gas solange an, bis das Metall mit den vorgegebenen Kenndaten hinsichtlich der Gassättigung und der Einschlüsse hergestellt ist.

Die durchgeführte Erprobung der Vorrichtung hat deren Wirksamkeit nachgewiesen. Die Gassättigung und die Anzahl der sonstigen Einschlüsse wurde um 15% bis zu 20% im Vergleich zu der Verwendung von Pumpen bekannter Bauart zu vermindert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl in Vakuumaggregaten wie auch in Schmelzofen zur Herstellung von Metallen und Legierungen mit erhöhtem Reinheitsgrad verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung von flüssigem Metall und gleichzeitiger Raffination mit einem Behandlungsgas in einem > Behälter, die ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidetes Rohr mit einem abnehmbaren Dekkel enthält, welches Bohrungen aufweist, durch welche der Hohlraum des Rohres mit einem System zum Zuführen eines Impulses von Preßgas und einem System zur Erzeugung eines Vakuums verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) in einem durchgehenden abgesetzten Kanal (4) eines Blockes (3) aus einem hitzebeständigen Werkstoff untergebracht ist und |-> daß unterhalb der unteren Stirnfläche des Rohres (5) koaxial mit diesem Rohr auf einem abgesetzten Vorsprung (10) der Wand des im Block (3) ausgeführten Kanals (4) eine Hülse (11) aus einem porösen Werkstoff angeordnet ist, wobei zwischen der seitlichen Außenfläche der Hülse (11) und der Wand des Kanals (4) im Block (3) ein Zwischenraum (12) vorgesehen ist, der unten mit dem Vorsprung (10) und oben mit einem ringförmigen Deckel (16) überdeckt ist, durch dessen Bohrung (17) der Zwischenraum (12) mit einem System (18) zum Zuführen von Behandlungsgas verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) aus porösem Titan ausgeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der unteren Stirnfläche des Rohres (5) und der Hülse (11) eine Zwischenlage (19) aus einem wärmebeständigen elastischen Werkstoff, insbesondere Kaolinwatte oder Asbest, angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des im Block (3) vorgesehenen Kanals (4) an dem Abschnitt, an dem das Rohr (5) und die Hülse (11) angeordnet sind, mit einem einen ringförmigen Boden (14) aufweisenden Metallrohrstutzen (13) ausgekleidet sind, und an dem oberen Ende des Rohrstutzens (13) ein Flansch (15) vorgesehen ist, an dem der ringförmige Deckel (16) befestigt ist, der den Zwischenraum (12) überdeckt.