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Vorrichtung zum Behandeln geschmolzenen Metalls
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung flüssiger Metalle unter Bedingungen, die das Vorhandensein turbulenter Strömung auf einem im wesentlichen spiralförmigen Weg und unter der Einwirkung von Kräften, die ein Vielfaches der Schwerkraft betragen, sichern. Insbesondere betrifft die Erfindung die Kühlungseinrichtungen für Vorrichtungen der angegebenen Art.
Die Bezeichnung "turbulente Strömung" wird in der folgenden Beschreibung im technischen Sinne für das turbulente Strömen von Flüssigkeiten im Gegensatz zur laminaren Strömung verwendet.
Es ist schon vorgeschlagen worden, Metalle im flüssigen Zustande mit verschiedenen chemischen
Agentien zu behandeln, um unerwünschte Verunreinigungen, wie Schwefel, Phosphor, Silizium u. dgl. zu entfernen. Bei all diesen Verfahren liegt die hauptsächliche Schwierigkeit darin ; die gleichmässige
Beimischung des chemischen Agens zum geschmolzenen Metall zu sichern. Im Hinblick darauf ist schon vorgeschlagen worden, das geschmolzene Metall in einer rotierenden Trommel oder in einem rotierenden Zylinder zu behandeln, wobei die Drehung dieses Zylinders dazu ausgenützt wurde, um die gleichmässige Verteilung des Behandlungsmittels innerhalb des geschmolzenen Metalls zu sichern.
Bei der Ausübung dieses Verfahrens wird im allgemeinen das geschmolzene Metall in die Trommel oder in den Zylinder eingebracht und das chemische Behandlungsmittel wird als selbständige, auf dem Metall liegende Schicht in die Trommel gebracht. Die rotierende Trommel oder der Zylinder wird mit einer Drehzahl in Umdrehung versetzt, welche geringer ist als jene, bei der die Zentrifugalkräfte und die Zentripetalkräfte, die auf das geschmolzene Metall einwirken, im Gleichgewicht sind.
Bei derartigen Drehzahlen stürzt oder fällt das geschmolzene Metall von den Seiten des rotierenden Zylinders herab, d. h. das geschmolzene Metall bewegt sich in einem Bogen, innerhalb dessen es einen fortwährend sich umwälzenden und umstürzenden Körper bildet, der an der Innenwand des rotierenden Zylinders anliegt, und fällt sodann unter dem Einfluss der Schwerkraft von der Innenwand des Zylinders ab. Dieses dauernde Umwälzen oder Umstürzen bewirkt die gleichmässige Verteilung des chemischen Behandlungsmittels innerhalb des geschmolzenen Metalls.
Wenn aber das Behandlungsmittel ein stark alkalisches Material ist, wie etwa kaustische Soda, so bewirkt das Umwälzen oder Umstürzen, wenn Teile der Auskleidungssteine der Auskleidung des Zylinders derartigen Behandlungsmitteln ausgesetzt werden, eine Beschleunigung der Korrosion und Erosion der Auskleidungssteine. Es war daher mit derartigen Methoden und Vorrichtungen nicht möglich, die am meisten wirksamen, sehr stark alkalischen Behandlungsmittel zu verwenden.
Im Hinblick darauf ist auch schon vorgeschlagen worden, einen Zylinder zu verwenden, der mit hohen Drehzahlen in Umdrehung versetzt wird und hiebei Kräfte auf das geschmolzene Metall zur Einwirkung bringt, die sechs-bis achtmal so gross sind als die Schwerkraft. Diese Kraft ist imstande, aus dem geschmolzenen Metall eine im wesentlichen kontinuierliche Schicht zu bilden, die an der Innenseite des rotierenden Zylinders anliegt, wobei aber das Umstürzen und Umwälzen des Metalls verhindert wird, welches in sich drehenden Zylindern auftritt, die langsamer rotieren. Das chemische Behandlungsmittel wird in einem solchen Fall in jenem Zeitpunkt zugefügt, in welchem das geschmolzene Metall in den rotierenden Zylinder eingebracht wird.
Das Behandlungsmittel kann entweder gleichzeitig und in Verbindung mit der Einbringung des geschmolzenen Metalls eingeführt werden oder aber auch unabhängig davon. Bei der Temperatur, mit der das geschmolzene Metall in den Zylinder eingebracht wird, reagiert das Behandlungsmittel sofort mit dem Metall und wird unverzüglich von diesem aufgenommen, so dass die Verunreinigungen aus dem geschmolzenen Metall innerhalb von 30 Sekunden entfernt werden. Das geschmolzene Metall kann demnach sehr rasch durch den rotierenden Zylinder hindurch zu dessen Auslassende geführt werden, wo das Metall in tangentialer Richtung in eine Sammelzone gebracht wird.
An dieser Stelle traten nun Unzukömmlichkeiten auf bei der Anordnung von geeigneten Kühleinrichtungen zum Kühlen des Austrittsendes des Zylinders sowie von Einrichtungen zum Verhindern des Ansammelns des geschmolzenen Metalls im Raume zwischen dem rotierenden Zylinder und der feststehenden Sammelvorrichtung.
Es ist demgemäss Gegenstand der Erfindung, wirksame Wärmeaustauscheinrichtungen am Austrittsende einer Einrichtung der beschriebenen Art vorzusehen.
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Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist in der Massnahme gelegen, eine Wärmeaustauschvorrichtung an einer Einrichtung der beschriebenen Art anzuordnen, welche die Wärme vom Körper (Hauptteil) der Einrichtung abführt.
Gegenstand der Erfindung ist es auch, Wärmeaustauschvorrichtungen an einer Einrichtung der beschriebenen Art vorzusehen, welche die Flammen oder die heissen Gase daran hindern, zwischen den feststehenden und den rotierenden Teilen der Einrichtung zurückzuschlagen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist darin gelegen, Wärmeaustauscheinrichtungen an einer Einrichtung der beschriebenen Art vorzusehen, welche dazu beitragen, einen schützenden Überzug an den mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommenden Teilen der Einrichtung zu bilden.
Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, welche Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes darstellen.
Gemäss den obigen Ausführungen ist die vorliegende Erfindung auf die Kombination einer Einrichtung mit einem rotierenden Zylinder der eingangs beschriebenen Art, deren Zylinder mit Drehzahlen angetrieben wird, die hinreichen, um Kräfte vom Sechsfachen bis zum Achtfachen der Schwerkraft auf das Metall einwirken zu lassen, mit Wärmeaustauscheinrichtungen für diese Vorrichtung abgestellt. Die Wärmeaustauscheinrichtung weist einen Wassermantel auf, welcher sich um das Austrittsende des Zylinders herum erstreckt, und Luft-Kühleinrichtungen, welche dazu geeignet sind, die Flamme oder heisse Gase am Zurückschlagen zwischen die feststehenden und die rotierenden Teile der Einrichtung zu verhindern und kann zusätzlich Kühlvorrichtungen umschliessen, durch welche die Wärme von einem Teil des Hauptkörpers des Zylinders selbst abgeführt werden kann.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des
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;gezeigten Einrichtung in grösserem Massstab, wobei die Einrichtung zum Sammeln des geschmolzenen Metalls nicht dargestellt ist ; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Ende der Einrichtung, wobei verschiedene Teile entfernt sind, um die Darstellung klarer zu machen, und Fig. 4 ist eine Vorderansicht der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung.
In den Zeichnungen bezeichnet 2 einen hohlen Zylinder, welcher um seine Achse in Drehung versetzt werden kann und welcher die das Metall aufnehmende und weiterfördernde Zone 6 der Einrichtung aufweist, an welcher die erfindungsgemässen Kühleinrichtungen angeordnet sind. Das Zuführende des Zylinders ist mit 4 bezeichnet und das Austrittsende mit 8.
Am Austrittsende 8 der das Metall aufnehmenden und weiterfördernden Zone 6 ist eine Sammeleinrichtung 10 zur Aufnahme des von der Zone 6 kommenden Metalls vorgesehen. Die Sammeleinrich-
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in geeigneter Weise auf Lagern (Rollen) 14 mittels Kränzen 16 gelagert, welche es ermöglichen, dass der Zylinder um seine Längsachse in Drehung versetzt wird. Der Zylinder 2 ist von einem Stahlgehäuse 18 gebildet, an dessen Innenseite eine Isolierschicht 20 vorgeshen ist, welche das Abwandern der Wärme verhindern soll, um hiedurch die Temperatur des die Zone 6 durchströmenden Metalls auf der richtigen Höhe zu halten. Auf dieser Isolierschicht 20 befindet sich eine Lage oder Auskleidungsschicht 22 aus widerstandsfähigem Material, welche in unmittelbarer Berührung mit dem geschmolzenen Metall steht.
An jedem Ende des Zylinders 2 sind aus der Auskleidungsschicht 22 umlaufende Erhöhungen 24 bzw. 26 (Einschnürungen der Zone 6) gebildet, wobei die Erhöhung 26 am Zuführungsende der Zone 6 liegt, während sich die Erhöhung 24 am Austrittsende derselben befindet. Die Erhöhung 26 hat eine grössere Höhe als die Erhöhung 24, d. h. sie ragt weiter ins Innere des Zylinders vor als die Erhöhung 24.
Am Austrittsende der Zone 6 befindet sich die Sammeleinrichtung 10. Diese ist vorzugsweise aus einer Stahlhülle 28 aufgebaut, die mit einem entsprechenden Isoliermaterial 30 ausgekleidet ist, auf welchem wieder ein entsprechendes Auskleidungsmaterial 32 angeordnet ist. Dieses Auskleidungsmaterial 32 ist geeignet, sowohl den Wirkungen der hohen Temperaturen des geschmolzenen Metalls zu widerstehen als auch als Isolierung gegen das Abwandern der Wärme zur umgebenden Atmosphäre zu dienen. Die Sammeleinrichtung 10 ist weiters mit einem Abzug 34 ausgerüstet, durch welchen-falls vorhandendie vom Behandlungsmittel entwickelten Gase abziehen können und welcher auch so wie der Durchbruch 36 zur Beobachtung der Vorgänge in der Zone 6 dienen kann. Das Austrittsende 8 des Zylinders 2 ist von einer ringförmigen Wärmeaustauscheinrichtung 38 im Abstand umgeben.
Diese Einrichtung 38 ist mit der Stahlhülle 28 in irgendeiner Weise fest verbunden, beispielsweise durch Anschweissen an die Stahlhülle 28 der Sammeleinrichtung 10.
Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, umfasst die ringförmige Wärmetauscheinrichtung 38 vier Segmente, deren jedes Kühlmitteleinlässe 39 und Auslassrohre 40 aufweist. Die Einlässe 39 sind am tiefsten Punkt jedes Segmentes angeordnet, während die Auslassrohre 40 am entgegengesetzten Ende des jeweiligen Segmentes angeordnet sind. Das Kühlmittel tritt in jedes Segment an dessen tiefstem Punkte ein, durchströmt das Segment nach oben hin und tritt an der höchsten Stelle des Segmentes aus, wodurch die Möglichkeit der Bildung von Luftblasen innerhalb des Segmentes vermieden wird.
Die Wärmeaustauscheinrichtung 38, die mit der stehenden Sammeleinrichtung 28 verbunden ist, ist vorzugsweise ebenfalls feststehend und hat demnach einen Abstand zur äusseren Oberfläche des rotierenden Zylinders 2, so dass sich dieser ohne jede Behinderung zu drehen vermag.
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Obgleich der Wärmeaustauscher 38 aus einem einzigen Teil an Stelle von mehreren Segmenten eines Ringes bestehen kann, wie dies gezeigt ist, hat sich ergeben, dass eine bessere Wärmeabfuhr am Austrittsende des Zylinders 2 erreicht wird, wenn mehrere Segmente verwendet werden. Wenn nämlich ein Segment leck wird oder beschädigt wird, so können die noch verbleibenden andern Segmente genügend Wärme abführen, um den kontinuierlichen Betrieb der ganzen Vorrichtung zu sichern.
Hinter dem Wärmeaustauscher 38 ist eine ringförmige Kammer 42 angeordnet, welche gegenüber
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der Sammeleinrichtung 10 befestigt ist. Wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist die Kammer 42 am Stahl- gehäuse 28 mittels Stützen 44 und Bolzen 46 befestigt. Aus den Fig. 3 und 4 geht hervor, dass die Kammer 42 einen vorstehenden Teil 45 besitzt, an welchem sich der Zufuhrstutzen 47 befindet. Durch den Zufuhr- stutzen 47 wird Luft von einer nicht dargestellten Pumpe oder von einem ebenfalls nicht dargestellten
Kompressor eingeführt, welche Pumpe oder welcher Kompressor mit diesem Stutzen in Verbindung steht. Dem im Schnitt dargestellten Abschnitt der Fig. 4 kann entnommen werden, dass der Stutzen 47 durch eine Trennwand 49 in zwei Teile geteilt ist, wodurch sich eine gleichmässige Verteilung des Kühl- mittels über die Kammern ergibt.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wird das Kühlmittel, wie etwa Luft, in die Kammer 42 eingeblasen und tritt aus der Kammer 42 durch einen Schlitz an deren Grund wieder aus. Das Kühlmittel geht sodann durch den ringförmigen Raum 64, welcher den Zylinder 2 umgibt, hindurch, welcher sich zwischen der
Aussenwand dieses Zylinders 2 und der Stahlhülle 28 befindet. Die Energie dieser strömenden Luft ist hinreichend gross, um Flammen oder heisse Gase, welche aus dem Zylinder 2 austreten, daran zu hindern, in den zwischen dem rotierenden Zylinder und der feststehenden Einrichtung zum Sammeln des Metalles befindlichen Raum 64 einzutreten, wo sie das Metall dieser Teile angreifen und dessen Korrosion ver- ursachen könnten.
Zusätzlich verstärkt die Luft während ihres Darüberstreichens über die Oberfläche des Wärmetauschers 38 die von diesem verursachte Wärmeabfuhr.
Es konnte festgestellt werden, dass die Grösse des Schlitzes am Grunde der Kammer 42 abhängig ist vom Volumen der Kammer 42 und von der Geschwindigkeit der Luft, mit der diese in die Kammer eintritt.
Um sicherzustellen, dass an allen Stellen des ringförmigen Raumes 64 die gleiche Luftmenge austritt, muss der Schlitz 48 im Hinblick auf das Luftvolumen der Kammer 42 und auf die Geschwindigkeit der
Luft, mit welcher diese in die Kammer eintritt, eine solche Grösse haben, dass an jeder Stelle und zu jeder
Zeit innerhalb der Kammer 42 der gleiche Luftdruck herrscht. Ist der Druck der Luft innerhalb der
Kammer 42 ungleich verteilt, so wird auch der Luftaustritt aus der Kammer in den Raum 64 ungleichmässig, wodurch die Flammen oder die heissen Gase an den Stellen des geringsten Druckes in den Raum 64 zurückschlagen können.
Um sicherzustellen, dass die Luft durch den Raum 64 geleitet wird, ist eine ringförmige Ablenkplatte 66 an der Aussenwand des Zylinders 2 vorgesehen. Da sich diese Ablenkplatte mit dem Zylinder 2 mitdreht, so helfen die Luftströmungen, die von dieser Ablenkplatte umgelenkt werden, dazu mit, dass die Luft aus der Kammer 42 nach aussen in den Raum 64 gefördert wird und verhindern, dass die Luft nach hinten entlang der Aussenfläche des Zylinders 2 abstreicht.
Der Wärmetauscher 38 kühlt nicht nur die Luft, die aus der Kammer 42 austritt und erhöht hiedurch die Wirkung dieser Luft bei der Verhinderung des Zurückschlagens der Flammen oder der heissen Gase in den Raum 64, sondern erzeugt auch ein gekühltes Gebiet am Austrittsende des Zylinders 2. In diesem gekühlten Gebiet ist das flüssige Metall bestrebt, zu erstarren und hiedurch einen Überzug zu bilden, der die Auskleidung der Sammeleinrichtung 10 vor der korrodierenden Wirkung des geschmolzenen Metalls schützt, die dieses bei seinem Austritt aus dem Zylinder 2 sonst ausüben könnte.
Zur Erhöhung der Luftströmung um den Zylinder 2 selbst ist am Stahlgehäuse 18 des Zylinders 2 eine Anzahl von Flügeln 68 angebracht. Wenn der Zylinder rotiert, wirken diese Flügel wie ein Ventilator und erzeugen Luftströmungen, welche zur Abfuhr der Wärmemenge, welche sich an der Aussenseite des Zylinders ansammelt, beitragen. Wenngleich die Gesamtzahl der Flügel 68 in keiner Weise von besonderer Bedeutung oder kritisch ist, so wurde festgestellt, dass besonders gute Ergebnisse mit zwölf Flügeln, die in gleichem gegenseitigem Winkelabstand von 30 an der Aussenseite des Zylinders 2 befestigt waren, erzielt werden konnten.
Bei der Verwendung der Einrichtung wird geschmolzenes Metall vom Zuführende 4 her in den rotierenden Zylinder 2 eingebracht, u. zw. von einer Drehmulde od. dgl. aus. Der Zylinder 2 wird mit einer Drehzahl in Rotation versetzt, die genügt, um eine geschlossene Schicht von geschmolzenem Metall an dessen Innenseite zu erzeugen, welche Schicht an der Auskleidung 24 des Zylinders 2 anliegt. Das chemische Behandlungsmittel wird in gleicher Weise dem Zufuhrende 4 des Zylinders 2 entweder zugleich mit dem geschmolzenen Metall oder unabhängig von diesem mittels irgendeiner Einrichtung in den Zylinder eingeführt. Das geschmolzene Metall wird am Austrittsende 6 des Zylinders in tangentialer Richtung aus diesem in die Sammeleinrichtung 10 entleert, aus welchem es durch den Ausguss 12 austritt.
Wie schon zuvor auseinandergesetzt wurde, wird Luft mittels einer Pumpe oder eines Kompressors unter Druck in die Kammer 42 eingeblasen, tritt durch den Schlitz 48 in den Raum 64 und wird beim Austreten aus dem Raum 64 vom Wärmetauscher 38 her gekühlt. Die dieser Luftmenge innewohnende Energie verhindert, dass die Flammen oder heissen Gase, die aus dem rotierenden Zylinder 2 austreten, in den Raum 64 zurückschlagen.
Zusätzlich bildet sich eine dünne Metallschicht (eine Schicht erstarrten
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Metalls) an jener Stelle des Austrittsendes 8 des Zylinders 2, welche vom Wärmetauscher 38 her gekühlt wird. Diese dünne Metallschicht ergibt einen nahezu idealen Schutz der Wandung der Sammeleinrichtung 10 gegen Erosion und ebenso gegen mechanische Beschädigung durch die Stösse, die beim Herausschleudern des Metalls aus dem Zylinder 2 auftreten. Zusätzlich erzeugen die Flügel 68 an der Aussenseite des Zylinders deinen kräftigen Luftstrom, welcher dazu beiträgt, die Wärme aus der unmittelbaren Umgebung des Zylinders 2 abzuführen und verhindern hiedurch ein unerwünschtes Ansteigen der Aussentemperatur des Zylinders.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass sehr wirksame Kühleinrichtungen und Massnahmen zur Verhinderung von Erosion an dem das Metall sammelnden Abschnitt der gezeigten Einrichtung vorgesehen sind. Zusätzlich dienen die Kühleinrichtungen auch dazu, das Zurückschlagen heisser Gase in den Raum zwischen den rotierenden und den feststehenden Teilen der Einrichtung zu verhindern, ebenso, wie sie auch die normale Wärmeabfuhr der Kühleinrichtungen erhöhen.
Während eine bestimmte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt und beschrieben worden ist, so ist die beschriebene Einrichtung in keiner Weise als einschränkend auf den Umfang der Erfindung anzusehen, da Abänderungen ohneweiters möglich sind. Ebenso ist weiters hervorzuheben, dass jeder Einzelteil oder jede Teilegruppe, die in irgendeinem der Patentansprüche hervorgehoben ist, als gleichbedeutend mit allen andern gleichwertigen Elementen oder Teilegruppen anzusehen ist, mit deren Hilfe der gleiche Effekt in gleicher oder ähnlicher Weise erreicht werden kann, so
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sein soll.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Behandeln geschmolzenen Metalls, welche aus einem hohlen Zylinder besteht, der eine in Drehung um ihre Achse versetzbare Zone zur Aufnahme und zum Weiterbefördern des Metalls besitzt, und die Mittel zum Einbringen von geschmolzenem Metall in den Zylinder, Mittel zum Einführen eines Behandlungsmittels in den Zylinder, eine Erhöhung innerhalb des Zylinders, um die Masse geschmol- zenen Metalls innerhalb des Zylinders, an dessen Innenwand anliegend und in Form einer Schicht, zurück- zuhalten, Mittel, um den Zylinder hinreichend rasch in Drehung zu versetzen, um die Schicht geschmol- zenen Metalls zu bilden, und Mittel zum Sammeln des tangential aus dem Zylinder austretenden ge- schmolzenen Metalls umfasst, welch letztere Mittel im Abstand vom Zylinder stehen, um diesem die Drehung zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet,
dass erste Kühleinrichtungen am Austrittsende des Zylinders, diesen im Abstand umgebend, um dem Zylinder die Drehung zu ermöglichen, vorgesehen sind, dass die Kühleinrichtung an der Einrichtung zum Sammeln des geschmolzenen Metalls befestigt ist, und dass eine zweite Kühleinrichtung am hohlen Zylinder befestigt ist und mit diesem rotiert und hiedurch eine Kühlung der Aussenseite des Zylinders herbeiführt.