DE10301561A1

DE10301561A1 - Rotor, Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze

Info

Publication number: DE10301561A1
Application number: DE10301561A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Scheid; Reiner Dr.-Ing. Bauer
Original assignee: Hoesch Metallurgie GmbH
Current assignee: Hoesch Metallurgie GmbH
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze. DOLLAR A Metallschmelzen werden oft durch Einbringen eines Fluids entgast. Bei bekannten Rinnenentgasern werden hierzu in der strömenden Schmelze Rotoren angeordnet, durch die das Fluid eingebracht wird. Die Rotoren sorgen für eine gute Durchmischung von Fluid und Metallschmelze, es können aber auch schädliche Strudel auftreten. Die Verbesserungsvorschläge für den Rinnenentgaser sollen eine bessere Durchmischung bei gleichzeitig niedrigerer Gefahr von Strudelbildung bewirken. DOLLAR A Hierzu sind an den Rotoren Rotorköpfe mit konkaven Seitenrinnen angeordnet. Der Rinnenentgaser weist außerdem Rotoren und Trennwände dergestalt auf, dass zwischen zwei Tauchwänden mindestens zwei Rotoren angeordnet sind. Im vorgeschlagenen Verfahren durchströmt die Metallschmelze zudem eine Kontaktkammer mit mindestens zwei Rotoren. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in überraschend gutem Maß.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze.
In der Metall verarbeitenden Industrie stellt sich häufig die Aufgabe, geschmolzenes Metall durch Gießen oder vergleichbare Verfahren in eine gewünschte Form mit gewünschten Eigenschaften zu bringen. Als vergleichbar seien hier alle Verfahren verstanden, bei denen ein geschmolzenes Metall erhärtet und schließlich bestimmte Eigenschaften erfüllen soll. Die Metallschmelzen werden vor dein Eingang in die Gieß- oder Verhärtungsphase üblicherweise einem Schmelzofen oder ähnlichen Einrichtungen entnommen. Meist weisen sie an dieser Stelle jedoch nicht die erforderliche Reinheit auf und drohen so, ein resultierendes metallisches Produkt in seinen Eigenschaften in kaum vorhersagbarer Weise zu beeinflussen. Daher empfiehlt es sich, die Metallschmelze nach dem Austritt aus dem Schmelzofen und vor dein Verarbeiten einer Zwischenbehandlung zu unterziehen.
Beispielsweise finden sich in der Metallschmelze beim Austritt aus dem Schmelzofen gelöste Wasserstoffeinschlüsse, nichtmetallische Einschlüsse und reaktive Komponenten. Beim Erkalten des Metalls kommt der Wasser stoff aus der Lösung und ruft im festen Metall Poren hervor. Die nichtmetallischen Einschlüsse verbleiben beim Erkalten ebenfalls im Metall und können dieses in einem ungewissen Grad verschmutzen. Die reaktiven Komponenten verbleiben ebenso und beeinflussen die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Endproduktes.
Als probates Mittel, die ungewünschten Komponenten aus der Metallschmelze rechtzeitig zu entfernen, hat sich die Entgasung durchgesetzt. In diesem Verfahren wird der Metallschmelze durch geeignete Vorrichtungen ein Inertgas bzw. ein Reaktionsgas injiziert. Dieses hat eine geringere Dichte als die Schmelze und steigt in Bläschenform zur Oberfläche der Schmelze auf. Auf dem Weg nach oben adsorbiert es die unerwünschten gelösten Gase und führt diese mit sich an die Oberfläche der Schmelze. Gleichzeitig induziert es beim Aufsteigen eine gewisse Strömung, die mit den Bläschen auch die nichtmetallischen Einschlüsse an die Oberfläche treibt und sie dort in der Regel auch hält. Diese können dann leicht der Metallschmelze entnommen werden. Bestimmte Gase können sogar mit den reaktiven Komponenten in der Schmelze reagieren und diese im gleichen Zug mit an die Oberfläche führen.
Prinzipiell kann das Verfahren im wesentlichen an drei verschiedenen Stellen zum Einsatz kommen, nämlich entweder innerhalb des Schmelzofens, in einem separaten Tiegel oder im Fließen, vorzugsweise auf dem direkten Weg zum Gießen. Letztere beiden Möglichkeiten sind hierbei gegenüber dem Entgasen innerhalb des Schmelzofens vorteilhaft. Im Normalfall läuft die Metallschmelze auf dem Weg vom Schmelzofen zum Gusstisch durch einen Kanal. Es hat sich bewährt, im Verlauf dieses Kanals die Entgasungsvorrichtung anzuordnen. Die Metallschmelze wird hier also behandelt, während sie die Rinne auf dem Weg zum Gießtisch durchströmt. Daher spricht man im Falle solcher Entgasungsvorrichtungen von „Rinnenentgasern".
Es ist demzufolge Wesen des Rinnenentgasers, dass die Metallschmelze nur für eine relativ kurze Zeit im Bereich des Entgasers ist. Maßgebend für die Qualität der Entgasung ist es jedoch, das eingeleitete Inertgas bzw. generell das injizierte Fluid in möglichst intensiven Kontakt mit der Metallschmelze zu bringen. Die Intensität wird zum einen dadurch bestimmt, wie lange das eingebrachte Fluid mit der Metallschmelze in Kontakt verbleibt. Zum anderen ist die Größe der Reaktionsoberfläche, also die Gesamtoberfläche der injizierten Fluidbläschen, hierfür entscheidend.
Diese beiden wesentlichen Parameter, Kontaktzeit und Kontaktweg, werden in einem Rinnenentgaser dadurch verbessert, dass die Metallschmelze einen möglichst hohen Spiegelstand im Bereich der Fluidinjektion aufweist und dass das Fluid in möglichst feinen Bläschen in die Schmelze injiziert wird.
Um möglichst viele kleine Bläschen in der Schmelze zu erhalten, hat es sich durchgesetzt, die Gasinjektoren mit schnelldrehenden Rotoren im Bereich der Fluidinjektion zu versehen. Die scharfkantigen Rotorköpfe zerschlagen etwaige größere Fluidblasen beim Austritt aus dem Injektor in viele kleine Bläschen.
Ein üblicher Rinnenentgaser und Angaben zum Entgasungsverfahren können beispielsweise der WO 95/21273 entnommnen werden. Diese Anmeldung beschreibt ausführlich viele Aspekte, die es bei der Rinnenentgasung zu beachten gibt, und offenbart zugleich eine Reihe von Ausführungsbeispielen. Insbesondere sind verschiedene Ausgestaltungen von Rotoren offenbart, durch die das Fluid in die Metallschmelze injiziert wird. Bei allen Varianten sind kanalartige Öffnungen, durch die bei Betrieb der Rotoren das Fluid nach außen gelangt, dargestellt, die außen durch die besagten scharfen Kanten begrenzt sind. Die scharfen Kanten können sich sogar in quadratischen Seitenkanälen nach oben bis zum oberen Ende des Rotorkopfes ziehen.
In der DE 697 00 963 T2 ist ein Rotor offenbart, der unterhalb einer Deckscheibe radial um eine Zentralwelle angeordnete, im Wesentlichen quaderfönnige Rotorblätter vorschlägt, bei denen jedes zweite Rotorblatt um eine Ausnehmung am unteren Rand reduziert ist. Hierdurch sollen Verwirbelungen an der Oberfläche der Metallschmelze reduziert werden. Als Vorrichtung älterer Technik zeigt die Druckschrift außerdem einen Rotorkopf mit glech ausgebildeten, radial hervorragenden und im Wesentlichen länglichen quaderförmigen Rotorblättern, die parallel zueinander an einer Zentralwelle liegen.
Um Kavitationserscheinungen am Rotor zu vermeiden, schlägt die DE 197 03 062 C einen Rotorkopf mit weitestgehend geschlossener, glatter Oberfläche vor. Die glatte Oberfläche wird nur von notwendigen Öffnungen im Inneren des Rotorkopfs verlaufender rohrförmiger Kanäle durchbrochen. Da bei haben die Öffnungen eine leichte Ovalform in der Oberfläche des Rotorkopfs, weil die Kanäle unter einem leichten Winkel auf die Oberfläche treffen.
Auch in einigen anderen Druckschriften, so zum Beispiel in der US 3,849,119 , der US 3,870,511 , der UK 1 400 338 sowie der US 3,839,019 können alternative Ausgestaltungen von Fluidinjektoren mit Rotoren entnommen werden.
Nun ist es all diesen Rotoren gemein, dass sie mit höherer Drehzahl das injizierte Fluid zunehmend besser zu kleinen Bläschen zerschlagen. Während dies genau der angestrebte Effekt ist, erhöht sich die Gefahr einer Strudelbildung der Schmelze entlang der Oberfläche des Injektors. Sobald sich ein Strudel bildet, werden auf unerwünschte und unkontrollierbare Weise zum einen Außenluft, aber auch die durch das injizierte Fluid an die Oberfläche getragenen unerwünschten Schmelzeneinschlüsse in die Schmelze wieder eingetragen. Wenn der Strudel bis in die Wirkungsbereiche des Rotors gerät, werden die unerwünschten Komponenten sogar relativ homogen in der Metallschmelze verteilt.
Dein Stand der Technik ist auch eine Vielzahl von Anordnungen der Injektoren und von unterschiedlichen Varianten der Gestaltung im Bereich des Rinnenentgasers zu entnehmen, insbesondere finden sich in der WO 95/21273 auch eingebaute Tauchwände nach jedem Rotor. All diese Ausführungen sind jedoch nur in unbefriedigendem Umfang in der Lage, unter Umgehung der Gefahr der schädlichen und ungewollten Strudelbildung eine Verteilung des eingebrachten Fluids zu erreichen.
Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Rotor, eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zu entwickeln, mittels derer im genannten technischen Feld ein einzubringendes Fluid deutlich homogener und fein verteilt in eine Metallschmelze einzubringen ist und gleichzeitig die Gefahr der Strudelbildung an den Injektoren minimiert wird.
Diese Aufgabe lösen in überraschend gutem Maße

– ein Rotor zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, wobei der Rotor einen Schaft und einen an dein Schaft befestigten Rotorkopf umfasst, der eine seitliche Oberfläche mit einer Komponente parallel zu einer Rotationsachse des Rotors aufweist und der dadurch gekennzeichnet ist, dass in der seitlichen Oberfläche wenigstens eine Seitenrinne mit konkav gekrümmtem Querschnitt vorgesehen ist,
– eine Vorrichtung zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, wobei die Vorrichtung einen Schmelzekanal und in dessen Verlauf einen Kontaktbereich, in dem die Fluide in die Metallschmelze eingebracht werden, mit dort angeordneten Rotoren nebst Tauchwänden aufweist, bei der zwischen zwei Tauchwänden mindestens zwei Rotoren angeordnet sind, sowie
– ein Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, bei dem die Fluide durch zwischen Tauchwänden, die jeweils paarweise eine Kontaktkammer begrenzen, angeordnete Rotoren in die Metallschmelze eingebracht werden, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Metallschmelze eine Kontaktkammer mit mindestens zwei Rotoren durchfließt.

Der Rotor erzielt mit den in der seitlichen Oberfläche vorgesehenen Seitenrinnen mit konkav gekrümmtem Querschnitt erstaunliche Vorteile. Die Fluidbläschen werden in einem großen Spektrum von Drehzahlen gut zerschlagen und somit in viele kleine Bläschen umgeformt. Austretende Fluidbläschen, die durch Adhäsion im ersten Moment an der Oberfläche des Rotors nach oben wandern, können sich weder der Hackwirkung der Kanten entziehen noch werden sie ruckartig beschleunigt, wie dies bei eckigen Rinnenformen der Fall ist und was zu länglichen Blasenformen führt, wodurch die Hackwirkung beeinträchtig wird. Vielmehr werden Sie stetig innerhalb der Seitenrinnen beschleunigt, bis sie dann schließlich in einer noch eher runden Form die seitliche Oberfläche erreichen und dort von den scharfen Kanten zerhackt werden. Zudem treten erheblich weniger Strudel auf, als dies bei bekannten Rotoren der Fall ist.
Die seitliche Oberfläche ist in vorliegendem Zusammenhang eine um die Rotationsachse verlaufende Umhüllende des Rotorkopfes und umfasst somit immer eine Komponente in tangentialer Richtung um die Rotationsachse. Sie weist dann auch eine Komponente parallel zu der Rotationsachse auf, wenn die Normale auf der seitlichen Oberfläche nicht parallel zu der Rotationsachse ist. Gemeint sind hier also seitliche Oberflächen, wie sie beispielsweise an Zylindern als Mantelfläche und/oder an kegligen oder kegelstumpfförmigen Körpern analog zu finden sind. Der Rotorkopf ist vorzugsweise punkt- bzw. rotationssymmetrisch bezüglich seiner Rotationsachse aufgebaut. Er kann auf diese Weise möglichst ausgewuchtet um die Rotationsachse rotieren.
Die Seitenrinnen sollen erfindungsgemäß einen konkav gekrümmten Querschnitt aufweisen. Eine Umhüllende eines Schnitts durch den Rotorkopf auf beliebiger Höhe der Rotationsachse hat immer eine Kreisform. Wenn der Rotorkopf Seitenrinnen aufweist, sind diese in dem geführten Schnitt dadurch zu erkennen, dass der Außenkantenverlauf der Schnittfigur in Höhe der Seitenrinne von der Umhüllenden abweicht. Diese Abweichungen gehen dann vom Kreisverlauf auf der Umhüllenden in Richtung des Inneren des Kreises ab, bis sie im weiteren Verlauf wieder auf den umhüllenden Kreis stoßen. Aufgrund der Symmetrie weicht der Außenkantenverlauf des geführten Schnitts mehrfach in der beschriebenen Form von der kreisrunden Umhüllenden ab. Ebenfalls aufgrund der Symmetrie hat der Außenkantenverlauf des gefühten Schnitts zwischen den Bereichen, in denen er mit der Umhüllenden verläuft, vorzugsweise zumindest paarweise dieselbe Form.
Die erfindungsgemäße seitliche Oberfläche zeichnet sich kumulativ bzw. alternativ dadurch aus, dass zwischen denjenigen Punkten, an denen der Außenkantenverlauf der Schnittfigur die Umhüllende verlässt, und denjeni gen Stellen, an denen der Außenkantenverlauf der Schnittfigur wieder zu der kreisförmigen Umhüllenden stößt, der Außenkantenverlauf der Schnittfigur über die gesamte Verbindungsstrecke gekrümmte Abschnitte aufweist und dass diese gekrümmten Abschnitte entgegen der Krümmung der Umhüllenden gekrümmt sind.
Es ist vorteilhaft, wenn sich wenigstens eine der Seitenrinnen von Kanalöffnungen ausgehend in Richtung Schaft erstreckt, wobei die Kanalöffnungen durch Kanäle bedingt sind, die im Wesentlichen radial von der Rotationsachse nach außen weisen. Das eingebrachte Fluid bzw. Inertgas kann durch die an sich hinreichend bekannten Kanäle nach außen aus dem Rotorkopf austreten. Wenn die Seitenrinnen direkt an die Kanalöffnungen angeschlossen sind bzw. sich aus deren oberem Bereich unmittelbar in Richtung des Schafts, also im Betrieb nach oben, durch die seitliche Oberfläche fortpflanzen, können injizierte Fluidblasen, die am Rotor anheften, sofort in die Seitenrinnen gelangen, ohne vorher auf der Umhüllenden entlang wandern zu müssen, von wo sie unzerhackt abreißen könnten. Ein Anschluss der beschriebenen Art fördert also nochmals das Maß, in dem die Fluidblasen zerhackt werden. Kumulativ bzw. alternativ können die Kanäle Kanalöffnungen aufweisen, die zumindest einen Bereich aufweisen, der senkrecht nach oben offen ist. Es versteht sich, dass die Anordnung der Kanalöffnungen auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorteilhaft ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Kanäle einen entlang der Rotationsachse veränderlichen Querschnitt auf, der sich in eine Ein tauchrichtung des Rotors aufweitet. Als Eintauchrichtung wird hier diejenige Richtung verstanden, die bei noch nicht eingetauchtem Rotor in Richtung der Metallschmelze weist. In Eintauchrichtung kann die dem Schaft gegenüberliegende Seite des Rotorkopfes eine Fläche aufweisen, die man gemeinhin beispielsweise auch als untere Fläche oder Bodenfläche bezeichnen könnte. Wenn sich die Kanäle entlang der Rotationsachse aufweiten, hat dies zur Folge, dass das in die Metallschmelze einzubringende Fluid in einem Strom, der eine mit der Höhe variable Breite hat, in die Metallschmelze gelangt. Konkret wird sich das einzubringende Fluid aufgrund der im Vergleich zur Metallschmelze geringeren Dichte in die obere Begrenzung des Kanals einpassen und sich daher der Fluidstrom in Richtung der Bodenfläche aufweiten. Durch die Aufweitung des Kanals nach unten hin wird aufgrund der Kontinuität der Strömung eine mit der Tiefe abnehmende Ausströmgeschwindigkeit des Fluids aus dein Rotorkopf erreicht. Es treten also insbesondere die unteren Schichten der Fluidströmung mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit aus dem Rotorkopf aus. Nachdem das Fluid hier zerhackt worden ist, wird durch die geringe Austrittsgeschwindigkeit erreicht, dass sich die entstandenen Bläschen noch im Wirkungsbereich des Rotorkopfes befinden und – gegebenenfalls durch Adhäsion oder Verwirbe-lung am Rotorkopf verbleibend – mit gesteigerter Wahrscheinlichkeit nochmals am oberen Bereich des Rotorkopfes zu kleineren Bläschen zerhackt werden. Hierdurch wird also eine bessere Verteilung mit kleineren Bläschen erreicht.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn sich der Kanalquerschnitt in die Eintauchrichtung nicht beliebig aufweitet, sondern sich ein Grad der Aufweitung mit der Eintauchrichtung erhöht. Als Grad der Aufweitung wird hierbei das differenzielle Maß verstanden, mit dem sich der Kanalquerschnitt nach unten hin aufweitet. Durch diese Geometrie am Rotorkopf wird erreicht, dass die Austrittsgeschwindigkeiten mit zunehmender Tiefe mehr als linear abnehmen. Es hat sich herausgestellt, dass der durch die Aufweitung hervorgerufene Mechanismus hierdurch in verstärktem Maße auftritt.
Genauer empfiehlt es sich, die Kanäle so auszugestalten, dass sich der Grad der Aufweitung sprunghaft erhöht. Durch gezielte Auswahl der Kanalgeometrie kann so beispielsweise erreicht werden, dass das Fluid über eine bestimmte Höhe mit einer konstanten Geschwindigkeit und im weiteren Verlauf nach unten mit einer abnehmenden Geschwindigkeit aus dem Rotorkopf austritt. Es hat sich empirisch gezeigt, dass hierbei eine besonders gute Zerschlagung der Gasbläschen stattfindet.
Auch die Ausgestaltung der Kanäle und/oder der korrespondierenden Kanalöffnungen mit veränderlichem Querschnitt ist unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft, wobei diese Vorteile schon bei der entsprechenden Ausgestaltung lediglich eines Kanals zutage treten.
Alternativ und kumulativ empfiehlt es sich, dass die Kanäle zwischen Zähnen liegen, die entlang der seitlichen Oberfläche eine Länge von mindestens 40 mm aufweisen. Als Zähne werden hierbei diejenigen Körper bezeichnet, die zwischen jeweils zwei benachbarten Kanälen liegen und die insofern die Kanäle definieren. Im tangentialen Verlauf um den Rotorkopf in Höhe der Zähne bzw. somit auch in Höhe der Kanäle finden sich also diese beiden Elemente vorzugsweise wechselweise. Daher bildet die Umhüllende um die Zähne in der Regel gleichzeitig denjenigen Teil der seitlichen Oberfläche, der im Höhenbereich der Kanäle liegt.
Es hat sich bei Versuchen gezeigt, dass die Zähne eine Länge von mindestens 40 mm haben sollten, um ein befriedigendes Maß der homogenen Zerschlagung des eingebrachten Fluids zu erreichen. Bei kürzeren Zähnen tritt der gewünschte Mechanismus zwar ebenfalls auf, die Wahrscheinlichkeit einer mehrfachen Zerhackung der aufsteigenden Fluidbläschen an den scharfen Kanten der Zähne nimmt jedoch ab. Unterhalb der genannten Grenze kann daher kaum noch von einem befriedigenden Ergebnis gesprochen werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Rotorkopf in eine Eintauchrichtung an den Schaft anschließend einen zylinderförmigen Fluidraum aufweist. Durch einen solchen rotationssymmetrischen Fluidraum entsteht eine Stelle, an der sich das Fluid sammelt, bevor es durch die Kanäle in die Metallschmelze strömt. Hierdurch wird aufgrund der Kontinuität der Strömung zum einen die Vertikalgeschwindigkeit des einströmenden Fluids herabgesetzt, was zu einer Beruhigung der Strömung innerhalb des Rotorkopfes führt und es dem Fluid in gesteigertem Maße ermöglicht, entlang der oberen Wandung der Kanäle auszuströmen. Zum anderen wird natürlich auch Material zur Herstellung des Rotorkopfes eingespart und dessen Gewicht herabgesetzt.
Es empfiehlt sich, dass ein im Wesentlichen mit der Rotationsachse verlaufender Durchlass zum Einbringen des Fluids mit einer Mündungsfläche von höchstens 64 mm², vorzugsweise von 12 bis 36 mm², in den Fluidraum mündet. Der Durchlass sollte auch entlang einer Schaftrotationsachse verlaufen und oberhalb des Schafts mit dem einzubringendem Fluid gefüllt werden. Das Fluid strömt somit entlang einer bestimmnten Strecke an einer zumindest teilweise sehr stark erwärmten Durchlasswandung, wodurch es ebenfalls stark erhitzt werden kann. Bei einer Mündungsfläche, im Wesentlichen also der Querschnittsfläche der Mündung, die auf 64 mm² begrenzt ist, strömt das einzubringende Fluid mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit in den Raum ein und verwirbelt das in dein Raum befindliche Fluid sowie die in der Nähe befindliche Schmelze vorteilhaft, so dass eine feinere Verteilung des Fluids in der Schmelze gewährleistet werden kann.
Bei Wahl einer zu kleinen Mündungsfläche kann möglicherweise Fluid nachgeführt werden, um einen ausreichenden Druck unter der Schmelzeoberfläche aufrecht zu erhalten. Daher ist es auch empfehlenswert, eine Mündungsfläche von mindestens 12 mm² vorzusehen. Der Fluidraum sowie die Ausgestaltung der Mündungsfläche zeigen die beschriebenen Vorteile auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung.
Eine besonders vorteilhafte Eignung unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung weist der Rotor auf, wenn der Rotorkopf eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form hat. Bei einer solchen Form treten am Umfang des Rotorkopfes verschiedene Geschwindigkeiten auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Rotorkopf sich in Richtung Schaft verjüngt, da dann nach oben hin, also im Betrieb in Richtung der Metallschmelzenoberfläche, geringere Geschwindigkeiten am Umfang des Rotors auftreten.
Zum einen hat es sich herausgestellt, dass bei Vorliegen geringer Geschwindigkeiten am oberen Ende des Rotorkopfes die Gefahr der Strudelbildung drastisch herabgesetzt wird. Der Entgasungsprozess kann also mit erhöhten Rotordrehzahlen und/oder geringeren Eintauchtiefen in die Metallschmelze gefahren werden, als dies mit herkömmlichen Rotorköpfen der Fall ist. Dies schlägt sich in einer erhöhten Prozesssicherheit bei einer gleichzeitig gesteigerten Prozessgüte nieder.
Des Weiteren treten am unteren Ende des Rotorkopfes vergleichsweise hohe Geschwindigkeiten am Umfang auf. Somit werden dort austretende Fluidblasen mit einem vergleichsweise hohen Impuls zerschlagen. Hierdurch entstehen bereits im unteren Bereich des austretenden Fluids gute Zerschlagungsergebnisse, die dann im Verlauf des Aufsteigens entlang des Rotorkopfes noch verbessert werden.
Darüber hinaus bewirkt eine kegelstumpffönnige Oberfläche auch eine flächigere und somit homogenere Verteilung der Fluidbläschen in der Metallschmelze. Da die Bläschen die Tendenz haben, im Wesentlichen vertikal nach oben durch die Metallschmelze aufzusteigen, ist es hier von großem Vorteil, wenn der Bereich, in dem die Bläschen in die Schmelze eintreten, eine verhältnismäßige große horizontale Flächenabdeckung erreicht, in der Projektion auf die Schmelzenoberfläche also eine Kreisringscheibe ergibt. Mit zunehmenden Unterschied des oberen vom unteren Umfang des Rotorkopfes wird diese Basisfläche der aufsteigenden Bläschen größer. Zum Vergleich ist diese Basisfläche bei einem zylindrischen Rotorkopf Null, da sie lediglich einen Kreisring auf der Schmelzenoberfläche ergibt.
Zusätzlich wird durch die hohe Scherfestigkeit der Metallschmelze im Zusammenspiel mit der sich nach unten erweiternden Rotorkopfform – kegelfönnig oder auf sonstige Weise – eine Sekundärströmung induziert, wodurch die Schmelze stärker durchmischt wird und die aufsteigenden Bläschen von ihrer rein vertikalen Aufsteigbahn abgebracht werden. Die Bläschen durchlaufen so eine längere Strecke innerhalb der Metallschmelze.
In einer empfehlenswerten Ausgestaltung des Rotors ist der Rotorkopf über ein selbstdichtendes Befestigungsmittel an dem Schaft befestigt. Vorzugsweise handelt es sich hier um ein Gewinde oder einen Bajonettverschluss, wobei diese so konstruiert sein sollten, dass sie sich unter der Last, die bei Rotation des Rotorkopfes in Folge des Widerstands der Metallschmelze als Drehmoment auftritt, festziehen. Hierdurch kann ohne Einsatz weiterer Mittel unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung erreicht werden, dass möglichst wenig Schmelze in den Schlitz zwischen Kopf und Schaft eintritt. Ein eventuell notwendiger Austausch eines Rotorkopfes wird hierdurch regelmäßig erleichtert.
Weitere Vorteile können – ggf. auch unabhängig von dem Vorgesagten – erreicht werden, wenn die seitliche Oberfläche des Rotorkopfes an einer Übergangsnaht zwischen dem Rotorkopf und dein Schaft im Wesentlichen bündig in eine Mantelfläche des Schafts übergeht. Hierdurch werden insbesondere zwei Vorteile erreicht: Zum einen erschwert ein bündiger Übergang ein eventuelles Anlagern von Metallschmelzeresten, wodurch ebenfalls eine bessere Lösbarkeit des Rotorkopfes sichergestellt werden kann. Zum anderen treten am Umfang des Übergangs zwischen dein Schaft und dem Rotorkopf keine Geschwindigkeitssprünge auf. Die Gefahr einer Strudelbildung wird hierdurch signifikant herabgesetzt.
Als Übergangsnaht wird hier diejenige Stelle verstanden, an der entlang des Umfangs der Rotorkopf an den Schaft anschließt. Die Übergangsnaht grenzt daher nach unten an die seitliche Oberfläche des Rotorkopfes und nach oben an die Mantelfläche des ebenfalls rotationssymmetrischen Schafts. Unter einem bündigen Übergang wird verstanden, dass an der Übergangsnaht weder die seitliche Oberfläche des Rotorkopfs noch die Mantelfläche des Schafts eine Tangentialfläche senkrecht zur Rotationsachse aufweisen.
Die hierdurch erzielten Ergebnisse können noch verbessert werden, wenn ein Übergang an der Übergangsnaht bezüglich der seitlichen Oberfläche des Rotorkopfes und der Mantelfläche des Schafts im Wesentlichen konkav ist. In Versuchen hat sich gezeigt, dass bei einem im Wesentlichen konkaven Übergang von Rotorkopf zu Schaft ungewollte Strudel effektiv vermieden werden können.
Es hat sich gezeigt, dass es alternativ und kumulativ vorteilhaft ist, wenn sich der Schaft zum Rotorkopf hin verjüngt. Mit zunehmender Tiefe hat der Schaft somit in der Metallschmelze eine abnehmende Umfangsgeschwindigkeit. Hierdurch werden ebenfalls ungewünschte Strudel minimiert. In der geometrisch einfachsten Variante hat der Schaft hierbei im Wesentlichen eine Kegelstumpfform.
Unabhängig hiervon ist es vorteilhaft, wenn der Schaft über eine selbstdichtende Befestigungseinrichtung an einer Schaftaufnahme befestigt ist. Die Schaftaufnahme ist im Allgemeinen oberhalb des Schmelzespiegels angeordnet und weist eine Befestigungseinrichtung für den Schaft auf. Hierbei ist es wesentlich, dass der Schaft mit möglichst einfachen Mitteln von der Schaftaufnahme gelöst werden kann. Vorzugsweise kommen für die selbstdichtende Befestigungseinrichtung ein Gewinde oder ein Bajonettverschluss zum Einsatz, die sich unter Last bei laufendem Rotor selbst festziehen. Hierdurch wird einfach und zuverlässig gewährleistet, dass keine Spritzer der Schmelze in den Schlitz zwischen Schaft und Aufnahme eindringen können. Einmal hier eingedrungenes und erhärtetes Metall kann das Lösen des Schafts von der Aufnahme erheblich erschweren und außerdem dort angeordnete Dichtungen zerstören.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Schaft axiale Vorsprünge aufweist. Im Allgemeinen wird der Schaft eine eher glatte Oberfläche aufweisen. Hierdurch wird jedoch die Handhabung des Schafts, insbesondere beim Befestigen an und Lösen von der Schaftaufnahme sehr schwierig. Durch angeord nete Vorsprünge, unabhängig davon, ob sie von der Oberfläche nach außen oder nach innen weisen, kann der Schaft beispielsweise durch Hubmittel leichter gegriffen werden und zudem auch leichter gedreht werden. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Schaft in ein Gewinde der Schaftaufnahme geschraubt werden soll.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Rotors geht die Mantelfläche des Schafts an einer Verbindungsnaht im Wesentlichen bündig in eine Umfangsfläche der Schaftaufnahme über. Auch hierdurch wird es weitestgehend verhindert, dass Schmelzespritzer zwischen die plane Abschlussfläche des Schafts und die Schaftaufnahme eindringen können. Auch ein Anhaften von Spritzern an die Oberfläche an der Verbindungsnaht wird bei einem bündigen Übergang gering gehalten.
In einer vorteilhaften Variante des Rotors sind an dein Schaft ein Spritzschutz oder Mittel zum Anbringen eines Spritzschutzes angeordnet. Hierbei bieten sich als Spritzschutz insbesondere klemmbare Kreisringscheiben oder Ähnliches an. Bei Verwendung eines Spritzschutzes wird das Anlagern von Schmelzespritzern bzw. das Eindringen von Schmelzespritzern zwischen Schaft und Aufnahme bestmöglich verhindert.
Es versteht sich, dass alle als vorteilhaft beschriebenen Merkmale, die sich nicht explizit auf vorausgehende Merkmale beziehen, auch unabhängig voneinander, in beliebiger Alternation oder Addition, vorteilhafte Wirkungen erzielen und auch für sich genommen erfinderisch sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze löst die gestellte Aufgabe, weil eine benachbarte Anordnung mindestens zweier Rotoren ohne dazwischen angeordnete Tauchwände die Wirkung des Entgasungsprozesses gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert. In einem derartigen Zwischenraum zwischen zwei Rotoren, insbesondere mit nebeneinander angeordneten Schäften, entsteht infolge der Beeinflussung durch zwei Rotorköpfe eine makroskopisch wirbelige Strömung. Das Zentrum der Verwirbelung ist aber dabei nicht direkt am Rotor, sondern liegt im Zwischenraum zwischen den Rotoren. Somit ist die Gefahr einer Strudelbildung am Rotor weitestgehend minimiert.
Zudem tritt im Bereich zwischen den Rotoren eine Schmelzespiegelerhöhung auf, die eine Sekundärströmung senkrecht zur Verlaufsrichtung des Schmelzekanals hervorruft. Diese verbessert nochmals die Verteilung der Fluidbläschen in der Schmelze.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich diese dadurch aus, dass der Kontaktbereich durch Tauchwände umgrenzt ist. In diesem Fall liegt also in der Verlaufsrichtung der Metallschmelze bereits vor dem ersten Rotor eine erste Tauchwand und nach dem letzten Rotor eine letzte Tauchwand. Zumindest ist es jedoch vorteilhaft, wenn vor dein ersten Rotor eine erste Tauchwand angeordnet ist. Die Tauchwände rufen eine Vertikalströmung innerhalb der Metallschmelze hervor. Durch Anordnung einer ersten Tauchwand bereits vor dein ersten Rotor herrscht bereits an die sem eine starke vertikale Verwirbelung der Schmelze. Eine möglichst homogene Verteilung der Fluidbläschen wird hierdurch erleichtert.
Es empfiehlt sich besonders, dass der Kontaktbereich mindestens drei Tauchwände aufweist. Es hat sich bei umfangreichen Versuchen herausgestellt, dass eine Anordnung von drei Tauchwänden gegenüber einer Anordnung von zwei oder nur einer Tauchwand signifikant bessere Entgasungsergebnisse erzielt. Durch die Anordnung weiterer Tauchwände können die Ergebnisse noch gesteigert werden. Je mehr Tauchwände angeordnet sind, desto stärker ist die Vertikalströmung. Hierbei ist tendenziell zu beobachten, dass die Stärke der Vertikalströmung im Verlauf des Schmelzekanals innerhalb des Kontaktbereichs stetig zunmmt.
Es empfiehlt sich besonders, dass die Tauchwände im Betrieb mindestens die Hälfte einer Schmelzekanaltiefe im Kontaktbereich herabreichen. Je weiter die Tauchwände herabreichen, desto stärker wird die vertikale Verwirbelung. Zudem erfährt der Schmelzefluss an der Tauchwand eine Stauung, wodurch der Schmelzespiegel erhöht wird und die Fluidbläschen eine größere Strecke innerhalb der Schmelze zurückzulegen haben.
Alternativ und kumulativ ist es vorteilhaft, wenn die Rotoren im Betrieb näher an einer Kanalsohle des Schmelzekanals angeordnet sind als die Tauchwände. Der Schmelzekanal hat im Allgemeinen eine im Wesentlichen rechteckige Form mit einer ausgewiesenen Sohlfläche. Durch die Anordnung von Tauchwänden und Rotoren in der beschriebenen Weise werden die Kontaktkammern, die jeweils durch Umgrenzung von zwei Tauchwänden defi niert sind, miteinander in Bezug auf die Horizontalströmnng gekoppelt. Regelmäßig führt dies zu längeren Bahnlinien von Schmelzepartikeln innerhalb des Kontaktbereichs und zugleich zu einer stärkeren Sekundärströmung.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren in einem Abstand angeordnet sind, der mindestens eine Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich beträgt. Der Vorteil wird bereits erreicht, wenn lediglich zwei benachbarte Rotoren im beschriebenen Maße beabstandet sind. Unter der Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich wird hierbei im Wesentlichen die Breite der Schmelzeoberfläche verstanden. Bei Querschnittsformen von Schmelzekanälen, die von der Rechteckform wesentlich abweichen, kann das angegebene Maß in sinnvoller Weise auf eine wirkende Breite des Schmelzekanals auf der Höhe der Rotorköpfe bezogen werden.
Durch eine solche Anordnung werden Totbereiche in der Schmelzeströmung vermieden. Insbesondere werden innerhalb einer Kontaktkammer ausgeprägte Longitudinalströmungen auftreten, welche die Größe einer Schichtströmung am Stokes'schen Haftbereich minimieren.
Außerdem hat sich empirisch herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Rotoren einen Umfangsdurchmesser aufweisen, der höchstens ein Viertel, vorzugsweise ein Fünftel, einer Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich beträgt. Als Umfangsdurchmesser bei kegelstumpfförmigen Rotorköpfen sei hierbei der größte auftretende Umfangsdurchmesser am Rotorkopf verstanden. Die Rotorkopfgröße muss einen Kompromiss finden zwischen möglichst hoher Gaseinbringung einerseits, aber auch möglichst geringer Strudelbildung und möglichst geringem Auftreten von Spritzern andererseits. Die genannte Durchmessergröße hat sich hierbei als vorteilhaft herausgestellt, da hier die Fluidbläschen über einen großen Bereich in die Schmelze eingebracht und zudem starke Sekundärströmungen hervorgerufen werden, zugleich aber über einen großen Drehzahlbereich die Bildung von Strudeln und Spritzern erfolgreich vermieden wird.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass möglichst hohe Drehzahlen auch zu einer guten Zerhackung von Bläschen führen und somit anzustreben sind.
Gleichzeitig hat es sich auch gezeigt, dass es von Vorteil ist, wenn die Rotoren einen Umfangsdurchmesser aufweisen, der mindestens ein Sechstel einer Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich beträgt. Bei kleineren Rotoren müssen zu hohe Drehzalen gefahren werden, was dann wieder eine erhöhte Gefahr der Strudelbildung und gleichzeitig einen erhöhten Materialverschleiß hervorruft. Außerdem wird durch Rotoren mit kleineren Durchmessern keine befriedigende horizontale Sekundärströmung innerhalb der Kontaktkammern verursacht.
Die Größe der Rotorköpfe sollte vorzugsweise innerhalb der beschriebenen Ober- und Untergrenzen liegen, um eine möglichst gute Entgasungswirkung zu erreichen, wobei es sich versteht, dass die Rotorkopfgröße auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung die dargestellten Vorteile bewirken kann.
Alternativ und kumulativ ist es von besonderem Vorteil, wenn die Rotoren in gleiche Drehrichtungen laufen. Insbesondere bezieht sich dies auf die Rotoren innerhalb einer Kontaktkammer oder zumindest auf zwei benachbarte Rotoren. Durch den gleichen Drehsinn zweier benachbarter Rotoren erfährt der Zwischenbereich zwischen den beiden Rotoren in besonders hohem Maße eine Anregung zur Wirbelbildung. Hierdurch werden Totbereiche vermieden und eine bessere Durchmischung des gesamten Schmelze-Fluid-Gemisches erreicht.
In zwei aneinander grenzenden Kontaktkammern kann es von Vorteil sein, bei gleicher Drehrichtung von Rotoren innerhalb jeweils einer Kontaktkammer unterschiedliche Drehrichtungen zu fahren. Hierdurch ergeben sich Spielräume für die Gestaltung von Strömungsfeldern innerhalb des Schmelzekanals, die eine Optimierung des Prozesses an verschiedene Einsatzbedingungen ermöglichen.
Unabhängig hiervon kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft dadurch auszeichnen, dass der Schmelzekanal im Wesentlichen aus einem Außenmantel, einer Zwischenschicht und schmelzeseitig einer keramischen Auskleidung besteht. Der Außenmantel wird hierbei zweckmäßigerweise aus Stahl oder einem ähnlichen Werkstoff hergestellt, wobei darauf zu achten ist, dass Anschlüsse beispielsweise für Aufstellstützen der Vorrichtung oder für die Verbindung von verschiedenen Elementen der Vorrichtung mit ausreichender Präzision und Festigkeit an den Außenmantel angeordnet werden können.
Die Zwischenschicht kann beispielsweise einen hochporösen Gießbeton aufweisen. Ihre Funktion besteht in erster Linie darin, bei guter Stabilität und ausreichendem Gewicht für die Standfestigkeit der Rinne eine gute Isolierung der Außenseite gegenüber der heißen Metallschmelze auf der Innenseite zu gewährleisten.
Die keramische Auskleidung auf der Schmelzeseite weist eine hohe Lebensdauer auch unter der extremen Belastung bei der Rinnenentgasung auf. Sie ist in hohem Maße temperaturwechselbeständig und sorgt gleichzeitig für eine gute Isolierung der außerhalb angeordneten Schichten gegenüber der Metallschmelze.
Durch den beschriebenen Aufbau des Schmelzekanals werden eine gute Isolierwirkung und Stabilität, eine Lebensdauer von im Allgemeinen über 2 Jahren und eine gute Handhabbarkeit bei kostengünstigem Aufbau ermöglicht.
Unabhängig hiervon ist es vorteilhaft, wenn ein Filterelement eine keramische Auskleidung aufweist. Filterelemente sind bei der Rinnenentgasung im Allgemeinen nach dem Kontaktbereich im weiteren Verlauf der Metallschmelze angeordnet. Eine keramische Auskleidung eines solchen Filterelements bewirkt ebenfalls eine hohe Lebensdauer und eine gute Isolierung.
In einer bevorzugten Ausführung sind die keramische Auskleidung des Schmelzekanals und/oder des Filterelements monolithisch. Eine monolithische Auskleidung bringt insbesondere den Vorteil einer sehr zuverlässigen Führung der Metallschmelze innerhalb des Kanals bzw. des Filterelements.
Bei Zusammensetzung aus mehreren Elementen entstehen zwangsläufig Anschlussnähte, welche die Gefahr bergen, dass flüssige Schmelze in den Nähten durch die Auskleidung hindurch gelangt. Die Nähte müssen also in einem nachträglichen Arbeitsgang geschlossen werden. Unter der enormen Hitzeeinwirkung im Betrieb des Kanals können jedoch wieder Risse auftreten. Eine monolithische Auskleidung leistet hier also insbesondere einen hohen Beitrag zur Arbeitssicherheit.
Ein Filterelement kann vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass es keramische Schaumfilter aufweist. Diese können zweckmäßigerweise herausnehmbar und somit leicht austauschbar sein. Die Ausbildung als Schaumfilter bringt zum einen den Vorteil, dass die Filter kostengünstig sind und ein geringes Gewicht haben. Zum anderen bietet ein Schaumfilter einen guten Kompromiss zwischen einer hohen Filterwirkung und einem möglichst geringem Verlust an Strömungsenergie. Ein Schaumfilter kann leicht aus keramischem Werkstoff hergestellt werden. Dies ist von großem Vorteil, weil der Schaumfilter so sehr hitzebeständig und insbesondere auch temperaturwechselbeständig ist und demzufolge eine lange Lebensdauer erwarten lässt.
Unabhängig hiervon kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft dadurch auszeichnen, dass die Kanalsohle des Schmelzekanals zwischen dem Kontaktbereich und dein Filterelement im Wesentlichen horizontal verläuft.
Ein Abfallen der Kanalsohle in Richtung zum Filterelement beschleunigt die Schmelzeströmung. Hierdurch wird der Schmelzespiegel herabgesetzt. Ne ben einer hierdurch bedingten verkürzten Verweilzeit der Fluidbläschen in der Schmelze wird durch die Beschleunigung noch die Gefahr heraufbeschworen, dass die Schmelze ins Schießen gerät. Ein hiernach unvermeidlicher Wechselsprung beeinträchtigt nachteilig die Entgasungsleistung.
Ein Ansteigen der Sohlfläche zwischen dein Kontaktbereich und dem Filterelement hat hingegen zur Folge, dass die Metallschmelze nicht ohne äußere Einwirkung zur Gänze aus dein Kontaktbereich hinausfließen kann. Ein Verbleiben von geschmolzenem Metall im Kontaktbereich nach dem Gussvorgang muss jedoch im Normalfall veemieden werden. Ist das Metall einmal erkaltet, ist es kaum mehr möglich, den Kanal vom Metall zu reinigen. Wenn in der nächsten Charge eine Schmelze eines anderen Metalls durch den Rinnenentgaser fließt, wird dieses unweigerlich verschmutzt. Zudem entstehen in dem Kontaktbereich aufgrund der durch die Metallablagerung veränderten Kanalsohle zumindest anfänglich unerwünschte Strömungsfelder.
Eine im Wesentlichen horizontale Anordnung der Kanalsohle zwischen dem Kontaktbereich und dem Filterelement ist in der Lage, diese unerwünschten Effekte auszuschließen.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Vorrichtung eine Heizung zum Erhitzen eines Filtereinsatzes auf. Der Filtereinsatz kann hierdurch bereits vor Eintreffen der Metallschmelze am Filterelement auf seine Betriebstemperatur erhitzt werden oder zumindest so stark erhitzt werden, dass die Temperaturwechselbeständigkeit des Filterelements nicht überstrapaziert wird. Durch die Heizung kann regelmäßig die Lebensdauer des Filtereinsatzes deutlich erhöht werden.
In einer bevorzugten Variante der Heizung weist diese ein Gebläse auf. Die einfachste Art, den Filtereinsatz zu erhitzen, ist ein Durchströmen mit heißem Fluid, vorzugsweise mit heißem Gas. Ein solches Gas kann mittels eines Gebläses leicht durch das Filterelement geführt werden. Beispielsweise bietet sich hier ein geschlossener Kreislauf von Heißluft an, die durch das Filterelement, einen Heizbereich und das Gebläse zirkuliert.
In einer bevorzugten Form der Heizung mit dein Gebläse ist dieses außerhalb des Filterelements angeordnet und wirkt die Heizung mit einer Wandung des Filterelements zusammen. Beispielsweise kann dies so ausgeführt sein, dass in eine Wandung ein Durchlassrohr für das erhitzte Gas installiert ist und/oder ein weiteres Rohr in dieselbe oder eine andere, bevorzugterweise die gegenüberliegende, Wandung zum Ausströmen der erhitzten Luft angeordnet ist. Das Gebläse sitzt gemeinsam mit dein Heizbereich außerhalb des Filterelements. Durch eine solche Anordnung werden das Gebläse sowie der Heizbereich der direkten Hitzeeinwirkung der Metallschmelze entzogen. Zudem sind das Gebläse und der Heizbereich einer Wartung oder Instandsetzung leichter zugänglich.
Es ist besonders bevorzugt, dass das erhitzte Gas den Filter in der selben Orientierung wie später die Metallschmelze durchströmt. Zum einen kann die Heizung in diesem Fall selbst bei einem anisotrop wirkenden Filterein satz mit gleichem Wirkungsgrad arbeiten. Zum anderen kann die Anzahl der Öffnungen des Filterelements hierdurch geringer gehalten werden.
Der Filtereinsatz eines Filterelements für die erfindungsgemäße Vorrichtung sollte vorteilhaft so ausgewählt sein, dass er eine Feinheit von mindestens 60 ppi aufweist. Unterhalb dieser Feinheitsgrenze können nur sehr beschränkt befriedigende Ergebnisse erwartet werden. Es ist jedoch zu beachten, dass bei zu großer Feinheit des Filtereinsatzes die Schmelzeströmung einen zu hohen Widerstand erfahren kann.
Unabhängig hiervon ist es zu bevorzugen, dass der Schmelzekanal zwischen einem Einfüllbereich und dem Kontaktbereich eine Krümmung aufweist. Als Einfüllbereich wird hier diejenige Stelle verstanden, an der das flüssige Metall in den Schmelzekanal einläuft. Durch die Krümmung des Kanals im Verlauf der Schmelzeströmung wird diese umgelenkt und am Prallufer der Spiegelstand erhöht. Hierdurch wird eine im Wesentlichen der Kanalwandungen und der Oberfläche entlang verlaufende Sekundärströmung senkrecht zur Flussrichtung der Schmelze induziert. Dies ist von besonderem Vorteil, um das Entstehen von Totbereichen im weiteren Verlauf des Kanals zu vermeiden. Zudem nimmt das Prallufer die Schwallenergie eines Einfüllschwalles erfolgreich auf.
Des Weiteren kann Rinnenentgaser vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass sich der Schmelzekanal im Kontaktbereich und/oder im Filterelement aufweitet. Aufgrund der Kontinuität wird hierdurch eine Verlangsamung des Schmelzestroms erzwungen, was regelmäßig zu verbesserten Entgasungs- bzw. Filterergebnissen führt. Es kann empfehlenswert sein, den Kanal nicht sprunghaft, sondern in einem stetigen Verlauf mit einem bestimmten Höchstwinkel aufweiten zu lassen.
Unabhängig hiervon empfiehlt es sich, dass der Schmelzekanal eine Anzeige, vorzugsweise einen Absatz, für eine Schmelzehöhe aufweist. Die Anzeige dient dann als Füllstandskontrolle. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, das Einfüllen der Metallschmelze bis zu einem erforderlichen Mindestfüllstand zu gewährleisten. Auch für Positionierarbeiten beim Aufstellen des Kanals oder bei der Installation der Rotoren kann eine solche Anzeige von Nutzen sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin Gewinn bringend dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Rotorhubeinrichtung Mittel zum Verfahren der Rotoren in eine horizontale Richtung aufweist. Herkömmliche Rinnenentgaser weisen üblicherweise eine Rotorhubeinrichtung auf. Mittels dieser können die Rotoren – meist vertikal – bezüglich der Metallschmelze verfahren werden. Es ist von Vorteil, wenn die Rotoren auch horizontal verfahren werden können. Hierdurch werden beispielsweise eine Wartung oder ein Austausch von Rotoren deutlich erleichtert. Insbesondere bietet sich hierfür eine Hubsäule mit einer horizontalen Laufkatze an. Bei einer solchen Anordnung kann die horizontale Bewegung völlig unabhängig von der Vertikalbewegung durchgeführt werden. Die Rotoren können also mit großer Zuverlässigkeit exakt vertikal eingeführt werden und im Stillstand nur zu Wartungsarbeiten horizontal verfahren werden.
Schließlich kann die Vorrichtung vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass sie Mittel zum Einstellen einer Drehzahl und/oder einer Fluidstromstärke aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass eine Fluidstromstärke pro Rotor von 10 bis 25 l Fluid pro Minute sehr positive Entgasungsergebnisse unterstützt. Durch eine Regulierbarkeit der Fluidstromstärke, unabhängig hiervon aber selbstverständlich auch der Rotordrehzahl, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Metalle bzw. Entgasungsfluide.
Es versteht sich, dass alle vorteilhaften Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch für sich genommen in Alternation oder Addition vorteilhaft und erfinderisch sind. Ausnnahmen hiervon bilden lediglich diejenigen Merkmale, die sich explizit nur auf bestimmte vorangegangene Merkmale beziehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren löst die gestellte Aufgabe mit demselben Erfindungsgedanken. Wenn die Metallschmelze eine Kontaktkammer mit mindestens zwei Rotoren, insbesondere mit nebeneinander angeordneten Schäften, durchfließt, gerät sie in starke Wirbel, die in der Kontaktkammer aufgrund der direkten Nachbarschaft zweier Rotoren auftreten. Hierdurch wird die Schmelze stark durchmischt. Zudem steigt der Schmelzespiegel in den Prallbereichen der beiden Rotorströmungen an und induziert so eine zusätzliche Sekundärströmung. All diese Effekte steigern die gewünschte Wirkung des Rinnenentgasers, ohne dass in unmittelbarer Rotornähe eine erhöhte Gefahr von Strudelbildung auftritt.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist dieses dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Einfüllen der Metallschmelze ein Schmelzekanal gesäubert und getrocknet wird. Die Metallschmelze wird hierbei in herkömmlicher Weise durch einen Schmelzekanal geführt. Wenn dieser vor dem Einfüllen der Schmelze gesäubert und getrocknet wird, treten im Ausgangsprodukt des Rinnenentgasers weniger Verunreinigungen des Metalls auf.
Unabhängig hiervon empfiehlt es sich, vor dem Einfüllen der Metallschmelze ein Filterelement mit einem Filtereinsatz zu versehen. Ein herausnehmbarer Filtereinsatz ermöglicht eine praktische und kostengünstige sowie langlebige Verwendung eines Filterelements an dein Schmelzekanal hinter dem Kontaktbereich. Als Filtereinsatz kann mit hoher Eignung ein keramischer Schaumfilter zum Einsatz kommen. Durch den Filter steht am Ende des Rinnenentgasers ein bestmöglich von unerwünschten Komponenten gereinigtes Metall zur Verfügung.
Vorzugsweise kann der Filtereinsatz durch eine Heizung erhitzt werden, bevor die Metallschmelze ihn erreicht. Dies fördert vor allem eine lange Lebensdauer des Filtereinsatzes. Obwohl insbesondere ein keramischer Filtereinsatz eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit sowie Hitzebeständigkeit hat, kann doch die Belastung für das Material durch ein Vorheizen signifikant gesenkt werden.
Unabhängig hiervon ist es von Vorteil, wenn die Metallschmelze bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anschließend in den Schmelzekanal eingefüllt wird, bis in der Kontaktkammer eine bestimmte Schmelzehöhe erreicht ist. Die Schmelzehöhe in der Kontaktkammer ist ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Qualität des Entgasungsergebnisses. Die Kontrolle, ob die Mindestschmelzehöhe erreicht ist, findet vorzugsweise anhand einer Anzeige statt, die der Schmelzekanal aufweist. Beispielsweise kann dieser einen Absatz aufweisen, der in der Mindesthöhe für die Metallschmelze sichtbar ist.
Es ist hierbei von Vorteil, wenn die Schmelzehöhe bei 200 bis 250 mm liegt. Dies sind empirische Werte, die sich als besonders vorteilhaft für das Entgasungsergebnis herausgestellt haben.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Rotoren nach Erreichen der Schmelzehöhe in Rotation versetzt werden. Auch hierdurch wird in hohem Maße gewährleistet, dass der Entgasungsprozess die gewünschte Qualität erreicht. Zudem wird ein Beitrag zur Arbeitssicherheit geleistet.
Alternativ und kumulativ ist es vorteilhaft, wenn die Rotoren, bevor sie in Rotation versetzt werden, in eine Zielposition verfahren werden. Die Zielposition sollte hierbei fest eingestellt oder abhängig von der Schmelzehöhe im Kontaktbereich sein. Die Zielposition sorgt für eine hohe Reproduzierbarkeit der Entgasungsergebnisse und reduziert gleichzeitig die Gefahr, dass beispielsweise bei nicht ausreichend eingetauchten Rotoren gefährliche Spritzer des heißen Metalls auftreten.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn eine Drehzahl der Rotoren und eine Fluidstromstärke des durch die Rotoren eingebrachten Fluids so eingestellt werden, dass die Vektorsumme einer Geschwindigkeit des Fluids parallel zur Rotationsachse – bestimmt durch die Größe der Mündungsfläche des Fluiddurchlasses im Rotorkopf bzw. die eingestellte Fluidstromstärke – und einer Geschwindigkeit des Fluids senkrecht zur Rotationsachse – bestimmt durch die Rotorkopfgeometrie und die eingestellte Umdrehungszahl – im Geschwindigkeitsraum innerhalb eines durch die Bewegung der Kanäle bedingten Kanalbewegungsvolumens liegt. Hierdurch werden sehr gute Ergebnisse bei der Zerhackung der Fluidblasen erreicht, da jeder Fluidpartikel wenigstens einmal mit den Zähnen des Rotors in Kontakt kommt.
Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Fluidstromstärke, die durch einen Rotor geht, 10 bis 25 l/min beträgt. Es hat sich empirisch gezeigt, dass bei Wahl einer Fluidstromstärke innerhalb dieses Spektrums sehr befriedigende Entgasungsergebnisse erzielt werden.
Es versteht sich, dass sämtliche vorteilhafte Merkmale des Verfahrens zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze auch für sich genommen in Alternation bzw. Addition vorteilhaft wirken und erfinderisch sind, wenn sie sich nicht explizit nur auf ein vorangegangenes Merkmal oder vorangegangene Merkmale beziehen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele zu dem erfindungsgemäßen Rotor und zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Zeichnung zu entnehmen. Hier offenbaren
1 einen Längsschnitt durch einen Rotor,
2 einen dein Schnitt in 1 entsprechenden Schnitt durch einen Rotorkopf,
3 eine Aufsicht auf den Rotorkopf nach 2,
4 einen Schnitt durch einen alternativen Rotorkopf in ähnlicher Darstellung wie in 2,
5 einen Schnitt durch einen weiteren alternativen Rotorkopf in ähnlicher Darstellung wie in 2,
6 schematisch einen Schnitt durch eine Entgasungsvorrichtung mit drei Tauchwänden bei vier Rotoren,
7 schematisch einen Schnitt durch eine Entgasungsvorrichtung mit vier Tauchwänden bei vier Rotoren,
8 einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
9 einen beispielhaften Aufbau einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Seitenansicht
10 dieselbe beispielhafte Vorrichtung in einer Ansicht entlang der Kanalachse, wobei Rotoren sowohl in einer Arbeits- als auch in einer Montageposition dargestellt sind,
11 eine beispielhafte Anordnung im Bereich der Rotoren mit einer Hubvorrichtung,
12 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Filterelements sowie
13 dasselbe Filterelement im Wartungszustand.
Der Rotor 1 in 1 besteht im Wesentlichen aus einem Rotorkopf 2, einem Schaft 3 und einer Schaftaufnahme 4. Der Rotorkopf 2 ist über ein Gewinde 5 an dem Schaft 3 befestigt. Dieser ist über ein Aufnahmegewinde 6 an der Schaftaufnahme 4 befestigt, welche ihrerseits mittels Aufnahmebohrungen 7 beispielsweise direkt an eine Hubvorrichtung angeschlossen sein kann.
Im gezeigten Beispiel verläuft ein Fluiddurchlass 8 von der Schaftaufnahme 4 durch den vertikal angeordneten Schaft 3 bis in den Bereich des Rotorkopfes 2, wo der Fluiddurchlass 8 in einen zylindrischen Fluidraum 9 mündet. Von dort aus strömt das Fluid zwischen den Zähnen, von denen zwei exemplarisch mit 10, 11 bezeichnet sind, in Kanälen 12 zur seitlichen Oberfläche 13 des Rotorkopfes 2 und tritt in Bläschenform in die Metallschmelze 14 ein. Insbesondere beim Austritt aus den Kanälen 12 wird das Fluid von den scharfen Zahnkanten zerhackt. Im Beispiel des Kanals 12 erfüllt diese Hackfunktion bei einer Drehrichtung 15 des Rotorkopfes die Kante 16 des Zahnes 10.
In der 1 ist auch eine Aufweitung des Kanals 12 mit zunehmender Tiefe dargestellt. Hierbei erhöht sich der Grad der Aufweitung sprunghaft, wenn der rechteckfönnige Abschnitt 17 des Kanals 12 in den trapezförmigen Abschnitt 18 übergeht.
Das Gewinde 5 muss nicht an die obere Begrenzung der Kanäle 12 heranreichen, sondern kann bereits weiter oberhalb enden.
Am oberen Ende des Schafts 3 sind die Vorsprünge 19 gezeigt, mittels derer der Schaft gegriffen und/oder festgeschraubt werden kann, sodass sich an der Verbindungsnaht 20 ein im Wesentlichen bündiger Übergang zwischen der Mantelfläche 21 des Schafts 3 und der Umfangsfläche 22 der Schaftaufnahme 4 ergibt.
An der Übergangsnaht 23 der seitlichen Oberfläche 13 des Rotorkopfes 2 in die Mantelfläche 21 des Schafts 3 ergibt sich zwischen der Kopftangente 24 und der Mantelfläche 21 ein konkaver, bündiger Übergang.
Deutlisch gezeigt ist auch, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Rotorkopf 2 eine ausgeprägt kegelstumpffönnige, sich nach unten erweiternde Form hat. Der Schaft 3 hat eine leicht kegelstumpffönnige, nach unten zulaufende Form.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotorkopf 30 mit ebenfalls ausgeprägt kegelstumpfförmiger Form. Im Vergleich zu 1 hat hier insbesondere der Kanal 25 eine andere Querschnittsform. Der Kanal 25 weitet sich zwar auch nach unten auf, der Grad der Aufweitung ist jedoch konstant.
Außerdem ist hier das Gewinde 26 bis zum Beginn der exemplarisch mit 27, 28 bezifferten Zähne durchgezogen und formt so einen sehr großen zylindrischen Fluidraum 29.
Sehr deutlich wird bei dem in 2 dargestellten Rotorkopf 30 aber insbesondere die ausgeprägte Geometrie der Seitenrinnen 31, deren jenseits der Schnittebene liegende Hälfte in 2 gezeigt ist. Im Bereich der Seitenrinne 31 geht die seitliche Oberfläche 32 bis zur inneren Kehle 33 der Seitenrinne 31 zurück.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, erstrecken sich die Seitenrinnen 31 von den Öffnungen der Kanäle 25 in Richtung des Schafts, der hier nicht dargestellt ist, aber auf der Betrachterseite der Figur liegt.
Charakteristisch für den mit Seitenrinnen 31 versehenen Rotorkopf 30 gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel ist es, dass sowohl die Umgrenzungslinie 34a, 34b als auch die Umgrenzungslinie 35a, 35b abwechselnd konvex und konkav gekrümmte Elemente aufweisen.
4 zeigt einen alternativen Rotorkopf 36 mit einem Kanal 37, der abermals einen rechteckförmigen Abschnitt 38 und an dessen Unterseite anschließend einen trapezförmigen Abschnitt 39 aufweist. Gleichzeitig geht jedoch das Gewinde 40 die gesamte Außenseite des zylinderförmigen Fluidraumes 41 herab und reicht somit bis zur Höhe des Beginns der Zähne 42, 43. Die Seitenrinnen 44 sind in diesem Ausführungsbeispiel sehr schwach ausgeprägt.
5 zeigt einen weiteren exemplarischen Rotorkopf 46, der bei ansonsten gleicher Ausgestaltung wie der Rotorkopf 36 der 4 ausgeprägtere Seitenrinnen 45 aufweist.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 47, die einem Schmelzekanal 48 und einen Kontaktbereich 49 mit dort angeordneten Rotoren 50, 52, 53, 54 nebst Tauchwänden 51, 55, 56 aufweist. Sowohl zwischen den Tauchwänden 56, 55 als auch zwischen den Tauchwänden 55, 51 sind jeweils zwei Rotoren 50, 52 bzw. 53, 54 angeordnet. Im weiteren Verlauf des Schmelzekanals 48 weist die Vorrichtung 47 das Filterelement 57 auf. Die Rotoren 50, 52, 53, 54 sind im gezeigten Beispiel an einer gemeinsamen Hubvorricgtung 58 befestigt. Die Kanalsohle 59 verläuft zwischen dem Kontaktbereich 49 und dein Filterelement 57 horizontal. In dem Filterelement 57 liegt sie tiefer als in der gesamten restlichen Vorrichtung 47. Bei diesem Ausführungsbeispiel ragen die Trennwände 51, 55, 56 nicht so weit nach unten wie die Rotoren 50, 52, 53, 54.
7 zeigt mit der Vorrichtung 60 eine Alternative zur Vorrichtung 47, bei der im Kontaktbereich 61 bei vier Rotoren 62, 63, 64, 65 vier Tauchwände 66, 67, 68, 69 angeordnet sind. Im hier gezeigten Beispiel liegt die von den Tauchwänden 67 und 68 gebildete große Kontaktkammer 70 in der Mitte des Kontaktbereichs 61. In anderen Ausführungsvarianten kann der Aufbau jedoch auch asymmetrisch sein und/oder gemischt große und kleine Kontaktkammern aufweisen.
8 zeigt den Verlauf des Schmelzekanals 71 mit einer Krümmung 72 zwischen dem Einfüllbereich 73 und dem Kontaktbereich 74. Ersichtlich ist der Kontaktbereich 74 gegenüber dem Schmelzekanal 71 an den Stellen 75a, 75b aufgeweitet. Ebenso weitet sich der Schmelzekanal 71 an den Stellen 76a, 76b in das Filterelement 77 auf.
9 zeigt zusätzlich zu den schon beschriebenen Elementen einer Vorrichtung 78 insbesondere eine geöffnete Deckelwandung 79 eines Filterelements 80 mit einem Heißluftdurchlass 81 einer Heizung (nicht dargestellt). Darüber hinaus sind die drei Rotoren 82a, 82b, 82c an einer als Hubsäule ausgebildeten Rotorhubeinrichtung 83 befestigt. Diese wird im vorliegenden Beispiel von zwei Motoren 84a, 84b vertikal bewegt.
In 11 ist ein Rotor 88 in seiner eingetauchten Zielposition 89 innerhalb des Schmelzekanals 90, befestigt an einer Hubwinde 91a, 91b dargestellt. Die Hubwinde 91a, 91b kann den Rotor 88 durch Aufwinden des Seils 92 entlang der vertikalen Richtung 93 verfahren. Unabhängig hiervon kann das als Laufkatze ausgebildete Mittel zum Verfahren 94, an der die Hubwinde 91a, 91b befestigt ist, entlang der horizontalen Richtung 95 verfahren werden. Eine mögliche Stellung, in die der Rotor 88 verfahren werden kann, ist in der gestrichelten Position 96 dargestellt.
Zudem ist der dreihüllige Aufbau des Schmelzekanals 90 dargestellt. Im gezeigten Beispiel besteht der Schmelzekanal 90 aus dein Außenmantel 90a aus Stahl, der Zwischenschicht 90b aus hochporösem Beton sowie der monolithischen keramischen Auskleidung 90c aus einer Mischung von Quarzglas und Additiven.
12 und 13 zeigen, wie ein Filterelement 97 in seinem Deckel 98 eine Heizlüftung aufweisen kann, die Heißluft durch ein Rohr 99 durch den Deckel 98 in das Filterelement 97 blasen kann.
Der Deckel 98 ist mit dem Arm 100 fest verbunden. Dieser ist wiederum mit der Kragung 101 fest verbunden und am Gelenk 102 gelenkig gelagert. Mittels des hydraulischen Zylinders 103 kann der Deckel 98 vom Filterelement 97 um die Drehachse des Gelenks 102 geklappt und das Filterelement 97 somit geöffnet werden. Ab dein Anschluss 104 ist das Heißluftrohr entweder flexibel auszubilden oder vor Öffnen des Deckels 98 vom Anschluss 104 zu trennen.

Claims

Rotor (1) zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze (14), wobei der Rotor (1) einen Schaft (3) und einen an dem Schaft befestigten Rotorkopf (2) umfasst, der eine seitliche Oberfläche (13) mit einer Komponente parallel zu einer Rotationsachse des Rotors (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der seitlichen Oberfläche (13 ) wenigstens eine Seitenrinne (31) mit konkav gekrümmtem Querschnitt vorgesehen ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens eine der Seitenrinnen (31) von Kanalöffnungen, welche durch Kanäle (25) bedingt sind, die im Wesentlichen radial von der Rotationsachse nach außen weisen, ausgehend in Richtung Schaft (3) erstreckt.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (37) einen entlang der Rotationsachse veränderlichen Querschnitt (38, 39) aufweisen, der sich in eine Eintauchrichtung des Rotors (1) aufweitet.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Grad der Aufweitung mit der Eintauchrichtung erhöht.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Grad der Aufweitung sprunghaft erhöht.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (12) zwischen Zähnen (10, 11) liegen, die entlang der seitlichen Oberfläche (13) eine Länge von mindestens 40 mm aufweisen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkopf (2) in eine Eintauchrichtung an den Schaft (3) anschließend einen zylinderförmigen Fluidraum (9) aufweist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen mit der Rotationsachse verlaufender Durchlass (8) zum Einbringen des Fluids mit einer Mündungsfläche von höchstens 64 mm², vorzugsweise von 12 bis 36 mm², in den Fluidraum (9) mündet.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkopf (2) eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form hat.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkopf (2) über ein selbstdichtendes Befestigungsmittel (5) an dein Schaft (3) befestigt ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Oberfläche (13) an einer Übergangsnaht (23) zwischen dem Rotorkopf (2) und dem Schaft (3) im Wesentlichen bündig in eine Mantelfläche (21) des Schafts (3) übergeht.
Rotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang an der Übergangsnaht (23) bezüglich der seitlichen Oberfläche (13) des Rotorkopfes (2) und der Mantelfläche (21) des Schafts (3) im Wesentlichen konkav ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schaft (3) zum Rotorkopf (2) hin verjüngt.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) über eine selbstdichtende Befestigungseinrichtung (6) an einer Schaftaufnahme (4) befestigt ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) axiale Vorsprünge (19) aufweist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (21) des Schafts (3) an einer Verbindungsnaht (20) im Wesentlichen bündig in eine Umfangsfläche (22) der Schaftaufnahme (4) übergeht.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schaft (3) ein Spritzschutz oder Mittel zum Anbringen eines Spritzschutzes angeordnet sind.
Vorrichtung (47) zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze (14), wobei die Vorrichtung (47) einen Schmelzekanal (48) und in dessen Verlauf einen Kontaktbereich (49), in dem die Fluide in die Metallschmelze (14) eingebracht werden, mit dort angeordneten Rotoren (50, 52, 53, 54) nebst Tauchwänden (51, 55, 56) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Tauchwänden (51, 55, 56) mindestens zwei Rotoren (50, 52, 53, 54) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (49) durch Tauchwände (51, 56) umgrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (49) mindestens drei Tauchwände (51, 56) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchwände (51, 55, 56) im Betrieb mindestens die Hälfte einer Schmelzekanaltiefe im Kontaktbereich (49) herabreichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (50, 52, 53, 54) im Betrieb näher an einer Kanalsohle (59) des Schmelzekanals (48) angeordnet sind als die Tauchwände (51, 55, 56).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (50, 52, 53, 54) in einem Abstand ange ordnet sind, der mindestens eine Breite des Schmelzekanals (48) im Kontaktbereich (49) beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (50, 52, 53, 54) einen Umfangsdurchmesser aufweisen, der höchstens ein Viertel, vorzugsweise ein Fünftel, einer Breite des Sclunelzekanals (48) im Kontaktbereich (49) beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (50, 52, 53, 54) einen Umfangsdurchmesser aufweisen, der mindestens ein Sechstel einer Breite des Sclunelzekanals (48) im Kontaktbereich (49) beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren in gleiche Drehrichtungen laufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzekanal (90) im Wesentlichen aus einem Außenmantel (90a), einer Zwischenschicht (90b) und schmelzeseitig einer keramischen Auskleidung (90c) besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement (57) eine keramische Auskleidung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Auskleidung monolithisch ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (57) keramische Schaumfilter aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalsohle (59) des Schmelzekanals (48) zwischen dem Kontaktbereich (49) und dein Filterelement (57) im Wesentlichen horizontal verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (47) eine Heizung zum Erhitzen eines Filtereinsatzes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung ein Gebläse aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse außerhalb des Filterelements (97) angeordnet ist und die Heizung mit einer Wandung (98) des Filterelements (97) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz eine Feinheit von mindestens 60 ppi aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzekanal (48) zwischen einem Einfüllbereich (73) und dein Kontaktbereich (74) eine Krümmung (72) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schmelzekanal (71) im Kontaktbereich (74) und/oder im Filterelement (77) aufweitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmnelzekanal (71) eine Anzeige, vorzugsweise einen Absatz, für eine Schmelzehöhe aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotorhubeinrichtung (83) Mittel (94) zum Verfahren der Rotoren (88) in eine horizontale Richtung (95) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (47) Mittel zum Einstellen einer Drehzahl und/oder einer Fluidstromstärke aufweist.
Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, bei dem die Fluide durch zwischen Tauchwänden (66, 67, 68, 69), die jeweils paarweise eine Kontaktkammner begrenzen, angeordnete Rotoren (62, 63, 64, 65) in die Metallschmelze eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze eine Kontaktkammer (70) mit mindestens zwei Rotoren (63, 64) durchfließt.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Einfüllen der Metallschmelze ein Schmelzekanal (48) gesäubert und getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass vor dein Einfüllen der Metallschmelze ein Filterelement (57) mit einem Filtereinsatz versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz durch eine Heizung erhitzt wird, bevor die Metallschmelze ihm erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze anschließend in den Schmelzekanal (48) eingefüllt wird, bis in der Kontaktkammer (70) eine bestimmte Schmelzehöhe erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzehöhe bei 200 bis 250 mm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (62, 63, 64, 65) nach Erreichen der Schmelzehöhe in Rotation versetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (62, 63, 64, 65), bevor sie in Rotation versetzt werden, in eine Zielposition (89) verfahren werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl und eine Fluidstromstärke so eingestellt werden, dass die Vektorsumme einer Geschwindigkeit des Fluids pa rallel zur Rotationsachse – bestimmt durch die Größe der Mündungsfläche des Fluiddurchlasses im Rotorkopf bzw. die eingestellte Fluidstromstärke – und der Geschwindigkeit des Fluids senkrecht zur Rotationsachse – bestimmt durch die Rotorkopfgeometrie und die eingestellte Umdrehungszahl – innerhalb eines durch die Bewegung der Kanäle bedingten Kanalbewegungsvolumens im Geschwindigkeitsraum liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidstromstärke 10 bis 25 l/min beträgt.