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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kreislaufes von schmelzflüssigen Metallen und insbesondere zu deren Durchlaufentgasung. Solche Vorrichtungen bestehen aus einem das schmelzflüssige Metall aufnehmenden Behälter, der mittels eines Einlaufrohres mit einem oberhalb des Behälters angeordneten Gefäss verbunden ist, von welchem ein Auslaufrohr zurück in denselben oder einen andern Behälter führt, der mit dem ersten Behälter verbunden sein kann.
Nach der USA-Patentschrift Nr. 1, 921, 060 und der deutschen Auslegeschrift 1216904 ist ein Verfahren zum Vakuumentgasen schmelzflüssiger Metalle bekannt, bei dem das zu entgasende Metall mittels eines Fördergases in das Einlaufrohr eines Vakuumgefässes eingeleitet wird. Die entgaste Schmelze tritt aus dem Vakuumgefäss über ein im Abstand vom Einlaufrohr angeordnetes Auslaufrohr aus. Derartige Umlaufverfahren sind für die Aufrechterhaltung des Schmelzumlaufes von der Verwendung eines Fördergases abhängig und bedürfen im Hinblick auf eine grosse Umlaufgeschwindigkeit und eine möglichst geringe Entgasungszeit erheblicher Fördergasmengen.
Als Fördergas dient bei der Umlaufentgasung im allgemeinen Argon, dessen hoher Preis jedoch zu einer starken kostenmässigen Belastung des Verfahrens führt. Darüberhinaus muss das in das Vakuumgefäss gelangende Fördergas zur Aufrechterhaltung des für die gewünschte Entgasung erforderlichen Vakuums ständig über eine Vakuumpumpe abgepumpt werden, so dass Pumpen entsprechend grosser Leistung erforderlich sind.
Bei dem aus der deutschen Patentschrift Nr. 1154130 bekannten Vakuumheberverfahren gelangt die zu entgasende Schmelze ohne Verwendung eines Fördergases allein unter Ausnutzung der barometrischen Steighöhe in das Vakuumgefäss, dessen einziger Rohrstutzen in die zu entgasende Schmelze eintaucht. Durch abwechselndes Senken und Heben des Vakuumgefässes oder der die Schmelze enthaltenden Pfanne wird die Schmelze portionenweise in das Vakuumgefäss gebracht, dort entgast und anschliessend wieder mit der Pfannenschmelze vereinigt. Da es sich hiebei nicht um ein Umlaufverfahren handelt, gelangt die im Vakuumgefäss entgaste Teilmenge stets wieder an derselben Stelle in dieselbe Pfanne zurück, aus der sie zuvor entnommen wurde.
Um einen Kreislauf von Metallschmelzen zu erzielen, ist es ferner z. B. aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 372. 527 bekannt, elektrische Pumpen zu verwenden. Für die blosse Förderung von Metallschmelzen ist auch z. B. aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 457. 454 die Verwendung von Überdruck im Schmelzebehälter bekannt, ebenso ist es bekannt, durch Heben und Senken des Schmelzebehälters und/oder des Entgasungsgefässes eine Förderung der Schmelze vom Behälter in das Entgasungsgefäss und umgekehrt zu bewerkstelligen, vgl. deutsche Patentschrift Nr. 1166229 und die eben erwähnte franz. Patentschrift Nr. 1457. 454 zum Stand der Technik. Schliesslich ist es auch bekannt, das Einlaufrohr für die Schmelze in das Entgasungsgefäss höher ausmünden zu lassen als das Ablaufrohr aus dem Gefäss (vgl.
USA-Patentschrift Nr. 1, 921, 060).
Die Erfindung befasst sich mit dem Problem der Erzeugung eines Metallkreislaufes, wobei die bekannten Mittel des Ansaugens der Schmelze aus einem Behälter in ein evakuiertes Gefäss, des Druckes auf die Schmelze in dem Behälter, wodurch diese gehoben wird, und dem zusätzlichen Mittel des relativen Senkens und Hebens von Gefäss und/oder Behälter, benutzt werden, jedoch weder ein Fördergas noch elektrische Pumpen benötigt werden. Damit löst die Erfindung in einfacherer Weise ein bestehendes Problem als der bekannte Stand der Technik.
Die Erfindung besteht bei der eingangs genannten Vorrichtung darin, dass der Strömungswiderstand-in Fliessrichtung von unten nach oben-im Einlaufrohr geringer ist als im Auslaufrohr, und dass in an sich bekannter Weise an das Gefäss eine Vakuumpumpe und/oder an den Behälter eine Druckpumpe anschliessbar ist, und/oder Gefäss und Behälter relativ zueinander heb- und senkbar sind. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird der Querschnitt des Einlaufrohres grösser gewählt als der des Auslaufrohres, wobei in bekannter Weise das Einlaufrohr höher in das Gefäss mündet als das Auslaufrohr.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Strömungswiderstand in einem oder in den beiden Rohren durch Einbau einer oder mehrerer, vorzugsweise venturiartig ausgebildeter Staudüsen hervorgerufen. Für den Fall der Anwendung der Erfindung bei der Vakuumentgasung von Metallschmelzen ist vorgesehen, den Strömungswiderstand im Auslaufrohr auf theoretisch unendlich zu erhöhen, was durch Einbau einer Einlaufsperre in das Auslaufrohr geschehen kann. In ähnlicher Weise ist es möglich, im Einlaufrohr eine Auslaufsperre vorzusehen, wodurch die Druckdifferenz allein die Förderenergie liefert und ein einseitig gerichteter Kreislauf des schmelzflüssigen Metalls erzwungen wird. In allen Fällen, in denen im Gefäss ein Unterdruck herrscht, kommt es zu einer Entgasung des Metalls.
Ein derartiger Kreislauf kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Metallschmelze portionsweise durch Absenken eines evakuierten Gefässes über das Einlaufrohr in das Gefäss gebracht und durch nachfolgendes Heben des Gefässes über das Auslaufrohr wieder an die im Behälter befindliche Schmelze abgegeben wird. Dieselbe Wirkung lässt sich erzielen, wenn statt des Gefässes die Pfanne angehoben und abgesenkt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann jedoch auch in der Weise in Betrieb genommen werden, dass eine Metallschmelze durch ein pulsierendes Vakuum bei ruhendem Gefäss, d. h. durch periodisches Verringern und Erhöhen des Innendruckes im Gefäss über das Einlaufrohr in das Gefäss gebracht und wieder an die Behälterschmelze abgegeben wird. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines Flüssigkeitskreislaufes besteht darin, dass auf die Oberfläche einer in einem geschlossenen Behälter oder geschlossenen Raum befindlichen
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Metallschmelze periodisch ein Überdruck und/oder Unterdruck ausgeübt wird, wobei das Gefäss zur Entgasung des Metalls evakuiert werden kann.
Eine Entgasung ergibt sich jedoch auch, wenn erfindungsgemäss die im Gefäss befindliche Luft beim Einlaufen des Metalls über ein Entlüftungsventil aus dem Gefäss gedrückt und das Entlüftungsventil beim Auslaufen des Metalls geschlossen wird. Auf diese Weise entsteht beim Auslaufen des Metalls im Gefäss zwangsläufig ein zu einer Entgasung führender Unterdruck.
Das Einlaufrohr kann aber auch für sich in die zu entgasende Schmelze hineinragen, während das Auslaufrohr in einen andern Behälter mündet, der die bereits entgaste Schmelze enthält. Eine derartige Anordnung eignet sich insbesondere zum kontinuierlichen Entgasen, da die zu entgasende Schmelze stets von der entgasten Schmelze getrennt bleibt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, beispielsweise zum Entgasen von Metallschmelzen, Fig. 2 ein der Fig. 1 ähnliches Ausführungsbeispiel, jedoch mit einem Auslaufrohrverschluss, Fig. 3 die Auslaufmündung der Entgasungsvorrichtung nach Fig. 2 in vergrösserter Darstellung, Fig. 4 einen Teil eines besonders gestalteten Auslaufrohres einer Vorrichtung entsprechend Fig. 1, Fig. 5 ein Auslaufrohr mit einer elektromagnetischen oder -dynamischen Bremsspule, Fig. 6 eine erfmdungsgemässe Vorrichtung zum kontinuierlichen Durchlaufentgasen, Fig. 7 eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig.
1 für die Anwendung eines erhöhten Förderdruckes und Fig. 8 eine als Metallpumpe ausgebildete Vorrichtung nach der Erfindung.
Die dargestellten Vorrichtungen eignen sich insbesondere zum Entgasen von Metallschmelzen. Sie bestehen aus einem Vakuumgefäss--7--, das oberhalb einer Pfanne--8--mit der zu entgasenden Schmelze--9-- angeordnet und an eine Vakuumpumpe --10-- angeschlossen ist. Das Entgasungsgefäss --7-- besitzt ein in
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--11--,Einlaufrohr --11-- in das Vakuumgefäss--7--drückt.
Um das Eindringen von Schmelze durch das Auslaufrohr --14-- ganz zu vermeiden, ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Mündung --15-- des Auslaufrohres trichterförmig erweitert. In der trichterförmigen Erweiterung liegt ein keramischer Verschlusskörper --16--, der durch das spezifisch schwerere Metall in die trichterförmige Aufweitung --15-- gedrückt wird und das Auslaufrohr --14-- verschliesst (Fig. 3). Die Verschlusskugel--16--verhindert ein Eindringen von Schmelze in das Auslaufrohr beim Absenken des Vakuumgefässes--7--bzw. Anheben der Pfanne--8--beim Evakuieren des Vakuumgefässes und/oder bei der Einwirkung eines Überdruckes auf die Oberfläche der Pfannenschmelze.
Eine ähnliche Wirkung wird erzielt, wenn das Auslaufrohr --14-- (Fig.4) mit einem als Einlaufsperre
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Umpolen der Spule auch der Metallauslauf im Auslaufrohr--14--beschleunigt werden kann. Schliesslich kann das Auslaufrohr auch durch den Einbau einer Venturidüse gegen das Eindringen von Metall geschützt werden, was weiter unten noch im einzelnen erläutert wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich auch zum kontinuierlichen Durchlaufentgasen, wobei die Schmelze nach dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel auch von einer pfanne --8-- nach dem Entgasen in eine andere Pfanne --20-- gefördert werden kann. Erhält die Pfanne--8--einen ständigen Metallzulauf und wird aus der pfanne --20-- das entgaste Metall-21-ständig abgezogen, so kann das erfindungsgemässe Verfahren ohne Unterbrechung durchgeführt werden. In diesem Falle sind die
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--7-- stets--8-- ein Kühlelement angeordnet sein, um Wärme vom Heizelement auf das Kühlelement zu übertragen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch aus einem ruhenden Vakuumgefäss und einer ruhenden Pfanne bestehen, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist. In diesem Falle befindet sich die Pfanne-8-im Innenraum --22-- einer Vakuumkammer --23--, die mit einem Deckel --24-- gasdicht verschlossen ist. Durch den
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Deckel --24-- ragen das Einlaufrohr --11-- und das Auslaufrohr --14-- bis in die Schmelze-9hinein. Der Deckel besitzt einen Anschlussstutzen --25-- für eine Druckpumpe-36-.
Wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 das Vakuumgefäss --7-- evakuiert, dann steigt die Schmelze --9-- im Einlaufrohr --11-- und im Auslaufrohr --14-- bzw. im Vakuumgefäss-7-bis auf die barometrische Höhe von etwa 1, 4 m. Schaltet man nun die Druckpumpe --36-- ein, so wirkt auf die Oberfläche der Schmelze --9-- ein Überdruck, der zu einem weiteren Aufsteigen der Schmelze im Einlauf-bzw. Auslaufrohr und Vakuumgefäss --7-- führt. Beträgt beispielsweise der Überdruck im Innenraum--22--eine halbe Atmosphäre, dann ändert sich die Steighöhe des Metalls von 1, 4 auf etwa 2, 1 m. Auf diese Weise lässt sich je Arbeitszyklus eine wesentlich grössere Teilmenge der Schmelze --9-- im Vakuumgefäss --7-- entgasen.
Nach dem Entgasen wird der Innenraum --22-- auf Normaldruck gebracht und der Druck im Vakuumgefäss - 7-- erhöht, so dass die entgaste Teilmenge aus dem Vakuumgefäss --7-- zurück in die Pfanne-8- fliesst.
Die Vorrichtung nach Fig. 7 bietet den besonderen Vorteil, dass sich mit ihr ein sehr hohes Vakuum erreichen lässt. Dies geschieht in der Weise, dass das Vakuumgefäss --7-- durch einen entsprechenden Überdruck im Innenraum --22-- möglichst weitgehend mit Schmelze gefüllt wird. Alsdann wird im Vakuumgefäss --7-- der niedrigste mit der Vakuumpumpe--10--erreichbare Druck eingestellt. Wird nun der Druck im Innenraum --22-- verringert, dann fliesst ein Teil des im Vakuumgefäss befindlichen Metalls zurück in die Pfanne-8-, wodurch der Druck im Vakuumgefäss --7-- weiter verringert wird, bis etwa die barometrische Höhe von 1, 4 m erreicht ist.
Die Vorrichtung nach Fig. 7 gestattet auch ein Arbeiten ohne Vakuumpumpe. In diesem Falle tritt an die Stelle der Vakuumpumpe --10-- ein einfaches Entlüftungs- bzw. Absperrventil. Während des Einlaufens der Schmelze in das Vakuumgefäss --7-- ist das Ventil geöffnet. Sobald infolge Druckerhöhung im Innenraum - das Metall im Vakuumgefäss --7-- seinen Höchststand erreicht hat, wird das Absperrventil
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Auslaufen des Metalls wird bei erneuter Druckerhöhung im Innenraum wieder Metall in das Vakuumgefäss --7-- gedrückt. Das Metall drückt dann bei geöffnetem Absperrventil die im Vakuumgefäss--7-befindlichen, aus der Schmelze stammenden Gase nach aussen.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 8 eignet sich insbesondere zur Übertragung von Wärme. Hiebei ist ein geschlossener Behälter-26-über ein Einlaufrohr --11-- und ein Auslaufrohr --14-- starr mit dem
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dieselben Verhältnisse ergeben wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 7. Um den durch Pfeile in Fig. 8 eingezeichneten Kreislauf zu erreichen, befindet sich im Einlaufrohr--11--als Auslaufsperre eine nach oben gerichtete Staudüse-27-und im Auslaufrohr --14-- als Einlaufsperre eine nach unten gerichtete
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--28--,--10-- in Verbindung steht. Das Gefäss --7-- besitzt einen Entlüftungsstutzen --34-- mit einem Entlssftungs- bzw. Absperrventil --35--.
Im Bereich des Auslaufrohres --14-- ist eine Heizschlange --29-- und im Bereich des Einlaufrohres --11-- eine Kühlschlange --30-- angeordnet.
Durch periodisches Ändern des Druckes im Hilfsbehälter --32-- und gleichzeitiges periodisches öffnen und Schliessen des Ventils --35-- wird fortlaufend eine Teilmenge des im Behälter-26-befindlichen Metalls, beispielsweise Natrium, über das Einlaufrohrl --11-- in das Gefäss --7-- gedrückt. Bei Druckverminderung im Hilfsbehälter--32--verlässt die Teilmenge das Gefäss --7-- wieder über das
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und 28-- gewährleister dabei, dass bei Druckerhöhung im Hilfsbehälter--32--eine grosse Schmelzemenge durch das Einlaufrohr --11-- aufsteigt, während nur eine geringe Menge durch das Auslaufrohr --14-- in das Gefäss --7-- gelangt.
Bei Druckverringerung im Hilfsbehälter --32-- geht dagegen die Hauptmenge durch das Auslaufrohr --14--, während nur verhältnismässig wenig Metall durch das Einlaufrohr --11-- in den Behälter-26-gelangt.
Um die nach unten gerichtete Strömung im Auslaufrohr --14-- bei Druckerhöhung im Gefäss-7und/oder Druckverringerung im Hilfsbehälter --32-- möglichst lange aufrechtzuerhalten, kann die Düse - als Venturidüse ausgebildet sein. Während des Ausströmens fliesst dann das Metall mit hoher
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dem Gefäss --7-- und dem Hilfsbehälter-32-sowie von der Strömungsgeschwindigkeit des Metalls im engsten Querschnitt der Venturidüse --28-- abhängige Zeit benötigt. Die Dauer des Überdruckes im
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Hilfsbehälter--32--kann nun so gewählt werden, dass sie geringer ist als die für den Abbau der kinetischen Energie im Auslaufrohr --14-- erforderliche Zeit, so dass praktisch kein Metall im Auslaufrohr-14aufsteigt.
Sofern das Metall im Gefäss--7--entgast werden soll, muss das Absperrventil nach dem Füllen des Gefässes--7--geschlossen werden, so dass sich während der Druckverringerung im Hilfsbehälter--32--, d. h. während des Ausfliessens des Metalls oberhalb des Badspiegels im Gefäss--7--ein Vakuum bildet.
Da die Höhendifferenz zwischen der Einlaufmündung--12--und der Auslaufmündung--13--ein Zurückfliessen des Metalls durch das Einlaufrohr unmöglich macht, solange der Metallspiegel unterhalb der Unterkante der Einlaufmündung-12-bleibt (Fig. l bis 7), sind auslaufhemmende Mittel im Einlaufrohr nur dann erforderlich, wenn das Gefäss --7-- auch oberhalb der Einlaufmündung mit Metall gefüllt ist (Fig. 8).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Kreislaufes von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere zu deren Durchlaufentgasung, mit einem das schmelzflüssige Metall aufnehmenden Behälter, der mittels eines Einlaufrohres mit einem oberhalb des Behälters angeordneten Gefäss verbunden ist, von welchem ein Auslaufrohr zurück in denselben oder einen andern Behälter führt, der mit dem ersten in Verbindung stehen kann,
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oben-im Einlaufrohr geringer ist als im Auslaufrohr und dass in an sich bekannter Weise an das Gefäss eine Vakuumpumpe und/oder an den Behälter eine Druckpumpe anschliessbar ist und/oder Gefäss und Behälter relativ zueinander heb- und senkbar sind.
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