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Anordnung zur Ausbildung einer Strömung in der Reaktionszone zwischen zwei in einem Behälter befindlichen Flüssigkeiten von sehr verschiedenem spezifischem Gewicht
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muss die Auslaufgeschwindigkeit aus der Pumpe hoch gehalten werden. Besonders in dem Fall, wo es sich um getrennte Strahlen handelt, ist diese hohe Geschwindigkeit auch für die Umrührung und Türbulenz in der Reaktionszone wesentlich. In dem oft vorkommenden Fall, wo es sich um eine verhältnismässig dünne Schicht handelt, die einer wesentlich schwereren Schicht überlagert ist, hat diesearbeits- weise zur Folge, dass die leichtere Schicht zum grossen Teil mitgerissen wird und sich an den Wänden des Behälters ansammelt.
Erfindungsgemäss wird diese Schwierigkeit durch eine Pumpenanordnung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass einmal die spezifisch schwerere Flüssigkeit im Behälter umgewälzt und gleichzeitig in der Reaktionszone im wesentlichen radial nach aussen geführt und die spezifisch leichtere Schicht in einiger Entfernung von der eigentlichen Reaktionszone, in der sie von der schweren Flüssigkeit zentrifugal mitgerissen wird, zentripetal von aussen nach innen bzw. umgekehrt gefördert wird. In dieser Weise wird eine Reaktionszone und weiter sichergestellt, dass die gesamte Menge beider Schichten an der Reaktion beteiligt wird.
Zur Schaffung der gewünschten Strömung können an sich zwei verschiedene Pumpen verwendet werden. In gewissen Fällen wäre es auch möglich, die Strömung durch eine feste, an der Rotation nicht beteiligte Führungsanordnung in gewünschter Art zu beeinflussen. Bei den allgemeinen Schwierigkeiten, die bei Flüssigkeiten hoher Temperatur, hinsichtlich Temperaturbeständigkeit und chemischer Beständigkeit bestehen, sind solche Lösungen des Problems weniger geeignet. Eine besonders einfache Ausführungsform nach der Erfindung besteht aus einer Anordnung zweier gemeinsam und im gleichen Drehsinn angetriebener Kreiselpumpen, wobei eine Kreiselpumpe bzw. ihre Schaufeln so ausgebildet ist bzw. sind, dass eine radial nach aussen gerichtete und die andere Pumpe bzw. die Schaufeln der andern Pumpe so, dass eine radial nach innen gerichtete Strömung erzeugt wird.
Man kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch mit einer einzigen Pumpe für das Umwälzen der Schmelze auskommen. Entweder können dabei die Austrittsöffnungen der Pumpe so zum zentralen Aussaugrohr der Pumpe geneigt sein, dass eine Art von Trichter in der schweren Schmelze gebildet wird. Der Kreislauf in der leichteren Schicht wird dabei so geschaffen, dass ihr unterer Teil auf der ansteigenden Trichterfläche der schwereren Flüssigkeit gegen die Wandungen des Behälters getrieben wird, so dass der obere Teil dieser Schicht dann von dem höchsten Stand selbst zur Mitte fliesst, d. h. in Richtung auf die Antriebsachse der Pumpe zu fliesst, um von hier aus wieder im Kreislauf nach aussen bewegt zu werden
Die Bewegung der leichteren Schicht nach aussen kann durch Anordnung von Schaufeln oder Rippen auf der Oberfläche des Pumpenkörpers unterstützt werden.
Im Rahmen dieses Gedankenganges kann die Erfindung in verschiedener Weise ausgeführt werden.
Besonders soll betont werden, dass die Erfindung nicht an die Verwendung von Kreiselpumpen gebunden ist. Bei gegebenen geometrischen Verhältnissen der Pumpvorrichtung und des Behälters kann die Pumpwirkung auch mit einem Rotationskörper geschaffen werden, der auch ohne Kanäle und Schaufeln wie bekannt eine Pumpwirkung hat. Wesentlich für die Erfindung ist also nicht die besondere Pumpenkonstruktion, wie z. B. die Schaufeln, Kanäle, Ansaugrohr und so weiter, sondern das Umwälzen der gesamten schweren Flüssigkeit mit einem Minimum an führenden ganz oder teilweise geschlossenen Kanälen, die zur Erzeugung des erforderlichen Pumpendruckes erforderlich sind, oder der Winkel, der für das Zusammentreffen mit der leichteren Schicht geeignet ist.
Wesentlich ist weiter eine Reaktionszone, deren horizontaler Querschnitt wenigstens der Hälfte des Behälterquerschnittes entspricht, und schliesslich, dass direkt oder indirekt in der leichteren oberen Flüssigkeit ein Kreislauf geschaffen wird.
Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben, in diesen zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schmelztiegel mit einer Pumpenanordnung gemäss der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 11-11 der Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt durch einen Tiegel mit einer abgewandelten Ausführungsform der Pumpvorrichtung.
Der in Fig. 1 mit-l--bezeichnete Tiegel ist bis zur Niveaulinie --2-- mit einer Schmelze, z. B. mit einer Stahlschmelze, gefüllt. Über der Schmelze befindet sich eine leichtere Schicht, z. B. eine Schlackenschicht --3--. Zum Umwälzen dient ein hohler, kegelförmiger Rotationskörper --4-- mit einem nach unten angesetzten Rohr --5--. Der Körper --4-- hat einen zylindrischen Teil--6--, in dem eine Reihe von Austrittsöffnungen --7-- angebracht ist. Der Körper --4-- und das Rohr --5-bestehen aus einem feuerfesten keramischen Material. Beide werden von einer Achse --8-- getragen, die von nicht dargestellten Anordnungen gehalten, gelagert und angetrieben wird und angehoben werden kann.
Der Durchmesser des zylindrischen Teiles --6-- ist in diesem Fall weniger als die Hälfte des Behälterdurchmessers. Die Antriebsdrehzahl der Pumpe --4-- ist so gewählt, dass die durch das Rohr - angesaugte Schmelze durch die Öffnungen --7-- radial mit einer Geschwindigkeit ausgeworfen
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wird, die noch bis zu den Wandungen besteht. Die grosse Geschwindigkeit, mit der die schwere Schmelze in die Reaktionszone gepumpt wird, schafft dort eine reaktionsfördemde Turbulenz. Durch die Geschwindigkeit wird aber auch die leichtere obere Schicht mitgerissen, sie würde aus der Reaktionszone entfernt werden, wenn sie nicht von der Pumpanordnung-9-"'in den oberen Teil der Schicht zur Behältermitte zurücktransportiert würde.
Diese Anordnung besteht im wesentlichen aus sichelförmigen Schaufeln die an einer Nabe-10-befestigt sind. Diese Schaufeln sind so ausgeformt, dass eine zentripetale Bewegung geschaffen wird, so dass also Schlacke vom Umfang her in Richtung auf die Drehachse zu gefördert wird. Die leichtere Schicht bewegt sich also im Kreislauf. Um die zentripetale Bewegung sicherzustellen, müssen die Schaufeln ganz besonders ausgeformt sein, u. zw. derart, dass die leichtere Schicht mit steigender Geschwindigkeit zur Öffnung-14-geleitet wird.
Die Bedingung hiefür kann folgendermassen mathematisch ausgedrückt werden :
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lu ,u 2 die Umfangsgeschwindigkeit in einem beliebigen Punkte auf der Schaufel ist, u1 die Umfangsgeschwindigkeit in einem Punkte auf der Schaufel, der zwischen dem eben genann- ten Punkt und der Nabe liegt, Ci-, die Komponente der absoluten Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Richtung der Umfangsge- schwindigkeit in dem Punkte, wo die Umfangsgeschwindigkeit u, ist, c2u die Komponente der absoluten Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Richtung der Umfangsge- schwindigkeit in dem Punkte, wo diese Umfangsgeschwindigkeit us ist.
Im allgemeinen reicht diese einfache Anordnung aus. Der Teil, der sich ausserhalb der Schaufeln befindet, wird erfahrungsgemäss mit angesaugt. In Fällen, wo die Materialbeanspruchung weniger gross ist, können diese Schaufeln durch Scheiben-11 und 12-nach oben und besonders nach unten abgegrenzt und für den Austritt der Schmelze eine Öffnung-14-in der Nähe der Nabe vorgesehen werden. Die Figur gibt die Grössenordnung der Winkel angenähert an. Im konkreten Fall wirken die besonderen hydrodynamischen Eigenschaften der jeweils vorliegenden Flüssigkeit auf die Wahl des Winkels ein, um den angegebenen Bedingungen gerecht zu werden.
Die Fig. 3 zeigt einen Weg, um die Kreisbewegung in der leichteren Schicht mit Hilfe einer sehr einfachen Pumpanordnung zu erzeugen. Die Pumpe besteht aus einem Ansaugrohr-16-- mit einem hieran angesetzten Rotationskörper-17--, der unter einem Winkel zur Achse des Rohres-16-nach oben geneigt angesetzt und von Kanälen durchsetzt ist. Die Pumpe ist wieder von der Antriebswelle - getragen. Sie wird mit einer solchen Drehzahl angetrieben, dass die durch das Rohr-16-angesaugte Schmelze in Richtung der Pfeile nach aussen und nach oben gefördert wird, so dass der Spiegel der Schmelze nach der Aussenwand des Behälters hin ansteigt.
Die dabei mitgerissene leichtere Schicht steigt zwar in ihrem unteren Teil an dem inneren Behältermantel zu derselben Höhe, fliesst aber in ihren oberen Teil in Pfeilrichtung nach der Achse der Pumpe zu zurück. Das zentrifugale Ausfliessen der leichteren Schicht kann durch Rippen oder Schaufeln-15-unterstützt werden, die auf den Roh- ren-17-- bzw. auf demRotationskörper-17-- angeordnet sind. Bei günstigen geometrischen Verhältnissen und geeigneter Lage der Pumpe kann auch ohne Saugrohr gearbeitet werden.
Bei gewissen Geschwindigkeiten kann das Zurückfliessen der Schlacke in der Oberfläche durch eine zu grosse Umfangsgeschwindigkeit, die sogar zu einer Wirbelbildung führen kann, gestört werden. Diese Störung wird durch einen bremsenden Körper --18-- aus feuerfestem Material beseitigt. Der Körper - ist mit einem Träger --19-- am Tiegel befestigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Ausbildung einer Strömung in der Reaktionszone zwischen zwei in einem Behälter befindlichen Flüssigkeiten von sehr verschiedenem spez. Gewicht, insbesondere der Grenzfläche zwischen einer Metallschmelze und einer darüberliegenden Schlackenschicht, gekennzeichnet durch eine Pumpenanordnung, durch die einmal die spezifisch schwere Flüssigkeit, also die Schmelze, im Behälter umgewälzt und gleichzeitig in der Reaktionszone im wesentlichen radial nach aussen geführt und die spezifisch leichte Flüssigkeit, also die Schlacke, gleichzeitig im Kreislauf von aussen nach innen bzw. umgekehrt gefördert wird.