CH641252A5

CH641252A5 - Vorrichtung zur gasdynamischen durchmischung von fluessigem metall in einem behaelter.

Info

Publication number: CH641252A5
Application number: CH290080A
Authority: CH
Inventors: Boris Sergeevich Dolzhenkov
Original assignee: Dolzhenkov Boris S
Priority date: 1978-08-07
Filing date: 1979-05-15
Publication date: 1984-02-15
Also published as: JPS5643374B2; FR2433053A1; US4328958A; GB2039765A; ATA535979A; DE2952978C1; AT367802B; FR2433053B1; GB2039765B; WO1980000364A1; JPS55500566A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aus dem USA Patent Nr. 3895937 ist ein Verfahren zum gasdynamischen Durchmischung von flüssigem Metall in ei- Raffinieren des Strahls von flüssigem Metall mit einem Gas nem Behälter, welcher als Wanne eines Schmelzofens oder ei- bekannt geworden, wobei das Metall aus einem Schmelzofen nes Mischers ausgebildet sein kann Die Durchmischung 45 in einen Vakuummischer ausgegeben wird. Mit diesem Versollte während des Schmelzens und des Evakuierens des Me- fahren konnte jedoch keine ausreichend hohe Qualität des talls erfolgen. Dadurch wird es möglich, in den meisten Fällen Metalls erreicht werden, weil die Zeitdauer des Kontaktes das Schmelzen und das Evakuieren des Metalls zu beschleuni- zwischen Metall und dem raffinierenden Gas gering ist. gen, die Homogenität der chemischen Zusammensetzung des- Die zur Zeit bekannten einzelnen Vorrichtungen zur selben sowie eine gleichmässige Temperaturverteilung im ge- 50 Durchmischung und zum Raffinieren von flüssigem Metall samten Volumen des Metalls in der Wanne des Ofens oder des entsprechen den immer wachsenden Anforderungen hinsicht-Mischers zu gewährleisten. lieh der Erhöhung der Leistung der Schmelzöfen und der

Zur Zeit sind verschiedene Vorrichtungen zur Durchmi- Qualität des in diesen Schmelzöfen herzustellenden Metalls schung des flüssigen Metalls unmittelbar in der Wanne eines nicht. Eine wesentliche Vervollkommnung solcher Vorrich-

Schmelzofens oder eines V akuummischers bekannt. Es soll 55 tungen ist jetzt sehr aktuell geworden.

eine besonders aussichtsreiche und eine einfache Wirkungs- Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Metallen mit einem weise aufweisende Vorrichtung zur gasdynamischen Durch- erhöhten Reinheitsgrad hinsichtlich der Gassättigung und der mischung vorgeschlagen werden, welche sich auch für aggres- sonstigen Einschlüsse an. Diese Metalle verwendet man bei sive Metalle, wie Aluminium und dessen Legierungen eignet. der Herstellung von Teilen und Baugruppen für wichtige VerVorrichtungen zur gasdynamischen Durchmischung des 60 wendungszwecke, z.B. im Flugzeugbau.

Metalls enthalten ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausge- Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Bekleidetes Rohr mit einem abnehmbaren Deckel, eine Einrich- seitigung der genannten Nachteile.

tung zum Zuführen eines Pressgasimpulses in den Hohlraum Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde des Rohres und Mittel zur Vakuumerzeugung im Hohlraum gelegt, eine Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung des Rohres. 65 von flüssigem Metall in einem Behälter mit einer solchen kon-

In der Regel wird eine solche Vorrichtung in der Wand ei- struktiven Ausführung zu schaffen, die eine Durchmischung nes Schmelzaggregates durch eine Öffnung montiert, welche des Metalls mit dessen gleichzeitigem Raffinieren gewähr-

oberhalb des Metallniveaus derart angeordnet ist, dass das leistet.

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Diese Aufgabe wurde durch die Schaffung einer Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung des flüssigen Metalls in einem Behälter gelöst, welcher ein in Richtung des Bodens des Behälters weisendes Rohr besitzt, das feuerfest ausgekleidet und mit einem abnehmbaren Deckel versehen ist, wobei der obere Hohlraum des Rohres durch im Rohr oder im Deckel angeordnete Bohrungen mit einer Zufuhrvorrichtung für Pressgasimpulse und einer Vorrichtung zur Vakuumerzeugung verbindbar ist. Erfindungsgemäss ist das Rohr in einem durchgehenden, einen Absatz aufweisenden Kanal eines Blockes aus einem feuerfesten Werkstoff angeordnet, während unterhalb der gegen den Boden des Behälters gerichteten Stirnfläche des Rohres und koaxial mit diesem, eine Hülse aus einem porösen Werkstoff zwischen dem Absatz und der Stirnfläche des Rohres angeordnet ist. Zwischen der äusseren Umfangsfläche der Hülse und der Wand des Kanals ist ein Zwischenraum vorgesehen, der in Richtung des Bodens des Behälters durch den Absatz und am entgegengesetzten Ende durch einen ringförmigen Deckel begrenzt ist, wobei der Zwischenraum durch eine im ringförmigen Deckel angeordnete Bohrung mit einer Zufuhrvorrichtung für raffinierendes Gas leitungsverbunden ist.

In dieser Weise wird eine intensive Durchmischung des Metalls erreicht. Eine Vereinigung der Arbeitsgänge zur Durchmischung und zum Raffinieren von Metall gestattet es, die Leistung der Schmelzaggregate zu steigern und die Qualität des Metalls zu verbessern. Ausserdem werden keine Hilfseinrichtungen mehr benötigt, so dass die Betriebszuverlässigkeit des Schmelzaggregates erhöht und die Arbeitsbedingungen für das Hilfspersonal vereinfacht werden. Gleichzeitig wird das Auswechseln des Rohres der Vorrichtung bedeutend erleichtert.

Die genannte Hülse wird zweckmässigerweise aus porösem Titan gefertigt.

Eine solche Ausführung der Hülse ist konstruktionsmäs-sig 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 gegen den Boden des Behälters gerichteten Stirnfläche des Rohres und der genannten Hülse kann zweckmässigerweise eine Zwischenlage aus einem feuerfesten elastischen Werkstoff wie Kaolinwatte oder Asbest angeordnet sein.

Eine solche Zwischenlage erhöht die Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung, indem sie dynamische Beanspruchungen aufnimmt und die Demontage des Rohres der Vorrichtung erleichtert.

Zweckmässigerweise wird die Wand des Kanals im Bereich des Rohres und der Hülse mit einem einen ringförmigen Boden aufweisenden Metallrohrstutzen ausgekleidet. An dem nach oben gerichteten Ende des Rohrstutzens kann ein Flansch angeordnet sein, an welchem der ringförmige Deckel befestigt ist.

Dadurch wird die Zuführung des raffinierenden Gases durch die Hülse aus dem porösen Werkstoff konzentriert und die Wirksamkeit des Raffinierens erhöht. Bei einer solchen konstruktiven Ausführung der Vorrichtung werden ausserdem die Montage- und Demontagearbeiten erleichtert.

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

Die Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung eines flüssigen Metalls 1 in der Wanne eines Behälters 2, welcher als Ofen oder als Mischer ausgebildet sein kann, weist einen Block 3 auf, der aus einem feuerfesten Werkstoff, z.B. aus einem feuerfesten Beton hergestellt ist. Im Block 3 ist ein abgesetzter Kanal vorgesehen, welcher aus einem weiten Teil 4' und einem engeren Teil 4 besteht. Im Kanalteil 4' ist ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidetes Rohr 5 mit einem abnehmbaren Deckel 6 untergebracht. Der Block 3 ist auswechselbar in der Wand des Behälters 2 angeordnet. Der Hohlraum des Rohres 5 ist durch eine in der Wand oder im Deckel 6 vorhandene Bohrung mit einer Zufuhrvorrichtung 8 zum Zuführen von Pressgasimpulsen und mit einer Vorrichtung 9 zur Vakuum-Erzeugung über eine Leitung 7 verbunden. Die Schaltung der Steuerung der Vorrichtungen 8 und 9 entspricht der Steuerung der bekannten Pumpen zur gasdynamischen Durchmischung und ist nicht näher beschrieben. Unterhalb der unteren Stirnfläche des sich schräg nach unten erstreckenden, in Richtung des Bodens des Behälters 2 weisenden Rohres 5 und koaxial mit diesem ist an einem Absatz 10 der Kanalwand eine Hülse 11 aus einem porösen Werkstoff, z.B. aus porösem Titan oder einem ähnlichen Werkstoff angebracht. Dieser Werkstoff sollte die Eigenschaften eines Katalysators beim Raffinieren von Aluminium oder dessen Legierungen aufweisen. Das Rohr 5 und die Hülse 11 sind im Kanalteil 4' des Blockes 3 so angeordnet, dass seitlich ein Zwischenraum 12 zur Wand des Kanalteils 4' verbleibt. Die Wand des Kanalteils 4' des Blockes 3 ist im Bereich des Rohres 5 und der Hülse 11 mit einem Metallrohrstutzen 13 ausgekleidet, der einen ringförmigen Boden 14 aufweist, welcher am Absatz 10 an der Übergangsstelle zwischen den Kanalteilen 4', 4 aufliegt. 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 genannten Zwischenraum 12. Im Deckel 16 ist eine Bohrung 17 vorgesehen, durch welche der Zwischenraum 12 mit einer Leitung 18 zum Zuführen eines raffinierenden Gases verbunden ist. Die Gaszufuhr durch Leitung 18 kann selbständig erfolgen oder mit der Vorrichtung 8 zum Zuführen des Pressgasimpulses durch einen Druckregler (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden sein. Zur Aufrechterhaltung von vorgegebenen Temperaturverhältnissen für die Metallbearbeitung kann das durch die Vorrichtung 18 gelieferte Gas erwärmt oder abgekühlt werden. Zur Aufrechterhaltung der Temperaturverhältnisse können an und für sich bekannte Konstruktionen verwendet werden. Die Leitung 18 steht durch die Bohrung 17 mit dem Zwischenraum 12 und ferner über die poröse Hülse 11 mit dem Innenraum des Rohres 5 zur Behandlung des Metalls mit dem raffinierenden Gas in Verbindung. Die Hülse 11 ist unterhalb des minimalen Metallstandes in der Wanne des Behälters 2 angeordnet, wodurch eine wirksame Durchmischung des Metalls gewährleistet wird. Zwischen der Hülse 11 und der zugewandten Stirnfläche des Rohres 5 ist eine Zwischenlage 19 aus einem feuerfesten elastischen Werkstoff, z.B. aus Kaolinwatte oder Asbest angeordnet, wodurch auch die Demontage des Rohres 5 erleichtert wird. Die Hülse 11 kann am Absatz 10 des Kanals 4,4' mittels eines feuerfesten Klebstoffes angeklebt werden. Der maximale Stand 20 des Metalls 1 im Rohr 5 ist für den Fall angegeben, wo als Behälter 2 ein Schmelzofen verwendet wird.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Bei einem minimal zulässigen Stand des Metalls 1 in der Wanne des Behälters 2, sollte die untere Mündung des Rohres 5 und die Hülse 11 mit Metall überdeckt sein. Die Vorrichtung 9 zur Vakuumerzeugung wird mit dem Inneren des Rohres 5 verbunden, wonach durch die Leitung 18 das raffinierende Gas, mit vorbestimmten Druck und vorbestimmter Temperatur in den Zwischenraum 12 eingelassen wird. Durch die Hülse 11 gelangt das Gas in das Rohr 5 und wird dem Metall zugeführt. Das flüssige Metall 1 steigt im Rohr 5 unter

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Vakuumeinwirkung bis zum Niveau 20 an. Bei der Verwendung der beschriebenen Vorrichtung in einem Vakuummischer wird das Niveau des Metalls 1 im Rohr 5 und in der Wanne des Behälters 2 in diesem Moment gleich sein. Anschliessend wird die Vorrichtung 9 zur Vakuumerzeugung abgeschaltet und aus der Vorrichtung 8 ein Pressgasimpuls geliefert, wodurch eine Portion des mit dem raffinierenden Gas gehandelten Metalls in die Wanne des Behälters 2 ausgestos-sen wird. Anschliessend wird erneut flüssiges Metall 1 in das Rohr 5 angesaugt, in diesem mit dem raffinierenden Gas behandelt und ausgestossen. In dieser Weise wird das Metall solange zyklisch durchgemischt und gleichzeitig mit dem raffinierenden Gas behandelt, bis das Metall die vorgegebenen Kenndaten hinsichtlich der Gassättigung und der Einschlüsse aufweist.

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Die durchgeführte Erprobung der Vorrichtung hat deren Wirksamkeit nachgewiesen und es gestattet, die Gassättigung und die Anzahl der sonstigen Einschlüsse von 15% bis 20% im Vergleich zu der Verwendung der Pumpen bekannter Bau-s art zu vermindern.

Die beschriebene Vorrichtung kann sowohl in Vakuumaggregaten wie auch in Schmelzöfen zur Herstellung von Metallen und Legierungen mit erhöhtem Reinheitsgrad verwendet werden, die zur Zeit weitgehend zur Herstellung von 10 Teilen und Baugruppen mit wichtigen Verwendungszwecken im Flugzeugbau, Maschinenbau und auf anderen Gebieten der Technik eingesetzt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE untere Rohrende in das Metall eingetaucht ist. Die Vorrich-

1. Vorrichtung zur gasdynamischen Durchmischung von tung ist gewöhnlich mit Niveauanzeigegeräten versehen, die flüssigem Metall (1) in einem Behälter (2), welcher ein in mit dem Steuerkreis der Einrichtung zum Zuführen der Press-Richtung des Bodens des Behälters weisendes Rohr (5) be- gasimpulse und zur Erzeugung von Vakuum im Hohlraum sitzt, das feuerfest ausgekleidet und mit einem abnehmbaren s des Rohres in Verbindung stehen. Die Wirkungsweise dieser Deckel (6) versehen ist, wobei der obere Hohlraum des Roh- Vorrichtung ist der Wirkungsweise einer Pumpe ähnlich, in res durch im Rohr (5) oder im Deckel (6) angeordnete Boh- der die Energie vom Pressgas auf das Volumen des flüssigen rangen mit einer Zufuhrvorrichtung (8) für Pressgasimpulse Metalls einwirkt. Das flüssige Metall wird periodisch aus dem und einer Vorrichtung (9) zur Vakuumerzeugung verbindbar Hohlraum des Rohres durch Vakuum entnommen und unter ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) in einem "> der Einwirkung der Impulse mit vorgegebener Geschwindig-durchgehenden, einen Absatz (10) aufweisenden Kanal (4,4') keit in die Wanne ausgestossen. Das genannte Volumen des eines Blockes (3) aus einem feuerfesten Werkstoff angeordnet flüssigen Metalls wird dann in der Wanne bewegt und es ist, dass unterhalb der gegen den Boden des Behälters (2) ge- nimmt die benachbarten Metallschichten mit. Auf diese richteten Stirnfläche des Rohres (5) und koaxial mit diesem Weise findet der Prozess der Durchmischung von Metall statt,

eine Hülse (11) aus einem porösen Werkstoff zwischen dem 15 Nach jedem Pressgasimpuls gelangt das Metall unter Vaku-

Absatz (10) und der genannten Stirnfläche des Rohres (5) an- umeinwirkung erneut in den Hohlraum des Rohres und der geordnet ist, dass zwischen der äusseren Umfangsfläche der Zyklus wiederholt sich.

Hülse (11) und der Wand des Kanals (4') ein Zwischenraum Die bekannte Pumpe gestattet es, die Leistung des

(12) vorgesehen ist, der in Richtung des Bodens des Behälters Schmelzofens oder des Vakuummischers zu erhöhen. Ausser-(2) durch den Absatz (10) und am entgegengesetzten Ende 20 dem verbessert sich die Qualität des durchzumischenden Me-durch einen ringförmigen Deckel (16) begrenzt ist, und dass talls durch die Homogenisierung der chemischen Zusammen-der Zwischenraum (12) durch eine im ringförmigen Deckel Setzung desselben und den Temperaturausgleich im gesamten (16) angeordnete Bohrung (17) mit einer Zufuhrvorrichtung Volumen des Bades. Die aus der Pumpe ausgestossenen (18) für raffinierendes Gas leitungsverbunden ist. Ströme von flüssigen Metall umspülen die festen Einsatz-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- 25 stücke während des Schmelzprozesses und tragen zu einer net, dass der poröse Werkstoff der Hülse (11) Titan ist. schnelleren Auflösung des Einsatzes bei.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Im folgenden wird das flüssige Metall beim Abstich aus net, dass zwischen der gegen den Boden des Behälters (2) ge- dem Schmelzofen oder aus dem Mischer mit einem Gas, z.B. richteten Stirnfläche des Rohres (5) und der Hülse (11) eine Argon raffiniert.

Zwischenlage ( 19) aus einem feuerfesten elastischen Werk- 30 Die Pumpen zur gasdynamischen Durchmischung des stoff, wie Kaolinwatte oder Asbest angeordnet ist. flüssigen Metalls erschöpfen nicht alle Möglichkeiten zur In-
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- tensivierung der Metallherstellung von hoher Qualität durch net, dass die Wand des Kanals (4') im Bereich des Rohres (5) Senkung der Gassättigung sowie durch Senkung des Gehaltes und der Hülse (11) mit einem einen ringförmigen Boden (14) des Metalls an Schlacken- und Oxydeinschlüssen, aufweisenden Metallrohrstutzen (13) ausgekleidet ist und 35 Es wurden Versuche zu einer direkten Verwendung von dass an dem nach oben gerichteten Ende des Rohrstutzens Pressgas zum Raffinieren unternommen, das für die Erzeu-

(13) ein Flansch (15) angeordnet ist, an welchem der ringför- gung des Impulses benutzt wird. Dabei konnten jedoch die mige Deckel (16) befestigt ist. gewünschten Ergebnisse nicht erzielt werden, weil die Zeitdauer des Kontaktes zwischen Gas und der Oberfläche des

40 Metallstrahls im Hohlraum des Rohres während des Ausstossens sehr gering war.