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Die Erfindung bezieht sich auf das Hüttenwesen, insbesondere auf Verfahren und Einrich- tungen zur Vermischung von flüssigen Metallen während des Schmelzens unmittelbar im Bad von
Schmelzöfen, was es ermöglicht, in den meisten Fällen den Schmelzvorgang zu beschleunigen, eine homogene chemische Zusammensetzung der Schmelze und ein gleichmässiges Temperaturfeld des Me- tallbades zu erhalten.
Gegenwärtig sind verschiedene Verfahren zur Vermischung von flüssigen Metallen unmittel- bar im Schmelzofenbad bekannt : mechanische, elektromagnetische, gasdynamische Verfahren u. a.
Die Erfindung betrifft das aussichtsreichste und in der Realisierung einfachste Verfahren zur gasdynamischen Vermischung von flüssigen Metallen, im besonderen solcher aggresiver Metalle wie
Aluminium- und ähnliche Legierungen.
Bekannt ist ein Verfahren und eine Anlage zur Vermischung von geschmolzenem Metall nach der US-PS Ni.4,008,884, Kl. 266/233, 75/93 C 22b 9/02, angemeldet am 17. Juni 1976 von den
Erfindern Nigel Patrick Fitzpatrik, James Nevill Byrul et al. welches Patent der Firma Alcan,
Research and Development Limited Montreal, Canada, gehört.
Gemäss der US-PS Nr. 4, 008, 884 enthält die Anlage für geschmolzenes Metall eine Einrichtung zur Vermischung des geschmolzenen Metalls, ausgeführt in Gestalt eines rohrförmigen Behälters, der am unteren Ende eine in die Schmelze eingetauchte Düse besitzt, während an dem oberen
Ende des rohrförmigen Behälters eine Vorrichtung (Ejektor) zur abwechselnden Entnahme (Ansau- gung) des Metalls in den erwähnten Behälter bis zu einem bestimmten Niveau oberhalb des
Schmelzbades und zum Auslass des Metalls aus dem Behälter in das Bad durch die Düse unter der
Wirkung des gasförmigen Mediums angeordnet ist. Das gasförmige Medium (Luft) gelangt aus einem
Speicher über zum Ein- bzw. Austrag dienende Solenoidventile in den Ejektor.
Die Aufeinanderfolge der Ein- und Austragoperationen wird von einem Vakuumrelais und einem elektrisch wirkenden chronometrischen Zeitrelais überwacht. Zur Kontrolle der zulässi- gen Steighöhe des Metalls ist in den Innenraum des rohrförmigen Behälters ein elektrischer Hö- henstandsgeber eingeführt, der mit einem Abschaltrelais verbunden ist.
Das oben angeführte bekannte Verfahren und die Einrichtung zur gasdynamischen Vermi- schung von flüssigen Metallen besitzen folgende Nachteile, die in gewissem Grade deren breite Anwendung einschränken.
Die unbewegliche Lage des Rohres der Pumpe im Ofenbad gestattet nur, intensive Vermischung in einer recht begrenzten Zone durchzuführen, was die Installation einer beträchtlichen Anzahl ähnlicher Pumpen erforderlich macht, insbesondere in grosstonnagigen Schmelzöfen. Beim Schmelzen von Metall in runden oder quadratischen Öfen selbst mit einem relativ kleinen Fassungsvermögen wird es erforderlich sein, mindestens zwei Pumpen zu installieren, um schnelles Schmelzen und Auflösen von Legierungszusätzen zu erzielen. Die Montage einer erheblichen Anzahl von Pumpen an einem Schmelzofen ist nicht immer möglich, und ausserdem führt das zu einem erhöhten Pressgasverbrauch.
Die Entnahme und der Auswurf des Metalls in einer bestimmten ständigen Höhe über der Herdfläche des Ofens erlaubt es nicht, weite Möglichkeiten dieses aussichtsreichen Verfahrens unter dem Gesichtspunkt der Schaffung optimaler Bedingungen für den Wärmeund Stoffaustausch voll zu nutzen. Besonders schwerwiegend zeigt sich dieser Nachteil beim Schmelzen eines festen Einsatzgutes, wenn die Temperatur der Metallschmelze noch verhältnismässig niedrig ist, und die Umspülung der festen Stücke des Einsatzgutes durch einen Metallstrahl mit einer solchen relativ niedrigen Temperatur führt naturgemäss zu keinen optimalen Resultaten hinsichtlich der Schmelzgeschwindigkeit und Wärmenutzung im Ofen.
Bei Schmelzöfen mit einer beträchtlichen Badtiefe von 300 mm und mehr zeitigt dieses Verfahren gleichfalls keine guten Ergebnisse. In diesem Fall ist es relativ kompliziert, die optimale Anordnung der Pumpen über die Badhöhe während des Schmelzvorganges zu finden, wenn sich der Metallspiegel in weiten Grenzen verändert.
Des weiteren wird die Energie des Pressgasimpulses nicht voll genug ausgenutzt, da das Pressgas auf die sich nach oben bewegende oder bestenfalls auf die unbewegliche Portion des flüssigen Metalls im Rohr der Pumpe einzuwirken beginnt. Dadurch ist es unmöglich, maximale Ausflussgeschwindigkeiten des Metallstrahls aus dem Rohr der Pumpe bei einem vorgegebenen Pressgasdruck zu erreichen. Die Steigerung des Pressgasdruckes führt zu einer gewissen Erhöhung des energe-
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tischen Aufwandes und zur Schaffung der Möglichkeiten für den Anstieg der Gassättigung des
Metalls.
Das Arbeiten mit einer vorgegebenen Vakuumhöhe, die für eine jede konkrete Pumpe von einem Vakuumrelais überwacht wird, gestattet es nicht, die Geschwindigkeit einigermassen merk- lich zu erhöhen und folglich die Zeit für die Entnahme einer Metallportion in das Rohr der Pum- pe zu verkürzen. Ausserdem vergrössert die Erzeugung des Vakuums von einem Ejektor. der an der
Pumpe montiert ist und erst nach beendeter Zuführung des Pressgasimpulses über das entsprechen- de Solenoid eingeschaltet wird, stark die für die Entnahme des Metalls ins Rohr erforderliche Zeit.
Auch hier sind keine Reserven zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Metallentnahme ins Rohr der Pumpe abzusehen. Diese beiden Umstände setzen in gewissem Grad den Arbeitswirkungsgrad der Pumpe insbesondere im Stadium des Herunterschmelzens des festen Einsatzgutes herab, wenn eine erhöhte Häufigkeit der Zyklen der Entnahme und des Auswurfes der Metallportionen ins Bad erforderlich ist.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines solchen Verfahrens und einer solchen Ein- richtung zur gasdynamischen Vermischung von flüssigen Metallen beim Schmelzen, die es ermögli- chen würden, die Wirksamkeit der Vermischung im ganzen Badvolumen zu erhöhen und die Schmelz- dauer zu reduzieren.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, den Charakter der Entnahme und des
Auswurfes der Portionen des geschmolzenen Metalls so zu verändern, dass eine beständige Schmelz- stabilität in verschiedenen Stadien des Prozesses gewährleistet und die Wirksamkeit der Vermi- schung des Metalls im gesamten Badvolumen erhöht werden.
Zur Lösung der genannten technischen Aufgabe ist gemäss der Erfindung ein Verfahren zur gasdynamischen Vermischung von flüssigen Metallen beim Schmelzen vorgeschlagen, das wechsel- weises Entnehmen bestimmter Metallportionen nach oben in einen begrenzten Raum über dem
Schmelzbad und Auswerfen der entnommenen Metallportion zurück ins Bad unter der Wirkung eines
Pressgasimpulses einschliesst, bei dem erfindungsgemäss die genannte Metallportion aus den oberen
Schichten der Schmelze im Bad unmittelbar unter dem Metallspiegel entnommen und der rückläufi- ge Auswurf der aus der oberen Schicht entnommenen Portion in die unteren Schichten der Schmel- ze, die am Badboden anliegen, vorgenommen wird, wobei der genannte abwechselnde Prozess der
Entnahme und des Auswurfes des Metalls mit der fortschreitenden Vergrösserung des Höhenstan- des der Schmelze im Bad so durchgeführt wird,
dass die Portionen jedes Mal unter dem Metall- spiegel entnommen und in den Bodenteil des Bades ausgeworfen werden.
Diese Lösung gestattet es, die Wirksamkeit der Vermischung im gesamten Badvolumen zu erhöhen und die Schmelzdauer dadurch zu verkürzen, dass Bedingungen für einen intensiven Wärme- und Stoffaustausch infolge der Entnahme von eine höhere Temperatur aufweisenden Metallportionen unter dem Metallspiegel und der Zuführung dieser überhitzten Portionen zu den unteren kälteren Metallschichten geschaffen sind, die sich näher zum Boden befinden. Besonders effektiv ist eine solche Einwirkung in der Anfangsperiode des Schmelzvorganges, wenn das flüssige überhitzte Metall die festen Stücke des Einsatzgutes im Bad umfliesst und deren schnelles Schmelzen begünstigt.
Nicht weniger wichtig ist es, dass der Auswurf einer jeden Metallportion unter fächerförmigem Auseinanderwerfen des Metalls innerhalb eines Winkels erfolgt, der den Winkel des freien Zerfliessens des getauchten Metallstrahls übersteigt und den Badabmessungen zur Vermischung des Metalls auf der gesamten Bodenfläche entspricht.
Eine solche technische Lösung erlaubt es, die Wirksamkeit der Vermischung im gesamten Badvolumen dadurch zu erhöhen, dass bei jedem Auswurf der Metallportion die letztere eine bedeutend grössere Zone im Schmelzbad mit der Mischwirkung erfasst. Ausserdem verwirbelt das fächerförmige Auseinanderwerfen des Metalls den Prozess der Vermischung in dieser beträchtlichen Zone des Schmelzbades, die praktisch die gesamte Fläche des Badbodens erfassen kann.
Es ist zweckmässig, den Strahl des ausgeworfenen Metalls fächerförmig abzulenken mit je nach Schmelzen des Metalls aufeinanderfolgend intervallweise zunehmenden Winkeln vom ein-bis zwölffachen Winkel des freien Zerfliessens des Strahls je Impuls.
Diese technische Lösung gestattet es, die technologischen Möglichkeiten beim Schmelzen zu erweitern und die Wirtschaftlichkeit der Vermischung dadurch zu erhöhen, dass in der Anfangs-
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periode des Schmelzens von festem Einsatzgut der Strahl des ausgeworfenen Metalls innerhalb eines Winkels, der dieses Stück des Einsatzgutes umfasst, d. h. in einem begrenzten Sektor fächer- förmig abgelenkt wird, wobei es sich empfiehlt, nachdem das Einsatzgut aufgeschmolzen ist und das Temperaturfeld des Schmelzbades stabilisiert werden muss, diesen Sektor der Strahlablenkung unter Erfassung der gesamten Fläche des Badbodens zu vergrössern.
Hiebei wird der unproduktive
Energieaufwand stark verringert, da bei der Steuerung des Vermischungsvorganges unter Verän- derung des Winkels des fächerförmigen Auseinanderwerfens der Metallportionen im Bad in jedem
Fall optimale Bedingungen für die Intensivierung des Wärme- und Stoffaustausches im Schmelz- bad geschaffen werden können.
Es ist zweckmässig, mit der fortschreitenden Vermischung des Metalls die Häufigkeit der
Entnahme-Auswurf-Zyklen von Metallportionen in einem Intervall von 30 bis 2 Zyklen in der Minute fortlaufend zu verringern.
Eine solche technische Lösung erlaubt es, die Qualität des Metalls dadurch zu verbessern, dass eine Verunreinigung des Metalls mit Oxyden und Schlackeneinschlüssen in der Periode des
Zusatzes von Legierungskomponenten und der Aufrechterhaltung eines gleichmässigen Temperatur- feldes des Schmelzbades ausgeschlossen wird. Wenn im Bad noch verhältnismässig wenig flüssiges
Metall vorhanden ist und seine Temperatur recht niedrig ist, soll die Häufigkeit der Zyklen bedeu- tend höher sein, um ein Erstarren des Metalls im Hohlraum der Pumpe zu verhindern. Zu gleicher
Zeit ist der Weg des flüssigen Metalls recht kurz und wird durch Stücke des nichtgeschmolzenen
Einsatzgutes begrenzt, was ebenfalls eine grössere Zyklenhäufigkeit notwendig macht, die der oberen Grenze der Häufigkeit - 30 Zyklen in der Minute - nahekommt.
Wird es aber erforderlich, das Temperaturfeld des Metallbades vor und während des Umgiessens des Metalls aus dem Ofen in einen Mischer oder ein anderes Gefäss aufrechtzuerhalten, soll die Zyklenhäufigkeit minimal sein, um die Verwirbelung und erhöhte Verschlackung des Metalls auszuschliessen. In diesem Fall wird der Pressgasverbrauch für die Vermischung reduziert.
Zweckmässigerweise wird zur Ausführung des genannten Verfahrens der gasdynamischen Vermischung von flüssigen Metallen eine Einrichtung verwendet, die eine gasdynamische Pumpe mit einem Rohr, das mit dem unteren Ende in die Metallschmelze eingetaucht ist und an dem andern Ende eine Düse aufweist, die über einen Pressgasverteiler mit einem Pressgasspeicher verbunden ist, sowie ein System zur Vakuumerzeugung enthält, das an das erwähnte obere Rohrende herangeführt ist,
bei der erfindungsgemäss das genannte Rohr in einem gefütterten Deckel über dem Bad in Führungen hin-und herverschiebbar längs der Rohrachse angeordnet ist und mit einem Antrieb zur impulsartigen hin-und hergehenden Verschiebung des Rohres in der Metallschmelze mit regelbarer Geschwindigkeit und regelbarer Hubhöhe sowie mit einem Antrieb zum AusgangsEinstellen des Rohres und Herausführen des Rohres aus der Schmelze in Verbindung steht.
Diese technische Lösung gestattet es, die gesamte Zone des Bades mit der effektiven Vermischung ohne wesentliche Umgestaltungen des Schmelzofens dadurch zu erfassen, dass die Pumpe im gefütterten Deckel montiert wird, welcher über dem Bad in Führungen hin-und herverschiebbar angeordnet ist. Der Antrieb zur impulsartigen hin-und hergehenden Verschiebung gewährleistet einen optimalen Charakter der Entnahme der Metallportionen unter dem Metallspiegel hervor und des Auswurfes dieser Portionen in die unteren Schichten, die sich näher zum Boden befinden. Die regelbare Geschwindigkeit der Rohrverschiebung in der Schmelze ermöglicht es, die Durchführung des Vermischungsprozesses mit der verschiedenen Häufigkeit der Entnahme-AuswurfZyklen von Metallportionen in Übereinstimmung zu bringen.
Dadurch, dass in der Einrichtung ein Antrieb zum Ausgangs-Einstellen des Rohres und Herausführen des Rohres aus der Schmelze eingeführt ist, wird es möglich, die Betriebsdauer der Pumpe infolge einer starken Verkürzung der Verweilzeit des Rohres im aggressiven Medium der Metallschmelze zu erhöhen.
Zweckmässigerweise wird als Antrieb zur impulsartigen hin-und hergehenden Verschiebung ein Druckluft-Positioner mit Auspuffkanälen und einstellbaren Drosseln eingebaut, die die Auspuffkanäle mit der Atmosphäre verbinden.
Eine solche technische Lösung erlaubt es, die effektive Arbeit der Pumpe unabhängig vom Höhenstand der Schmelze im Bad dadurch zu gewährleisten, dass man je nach Veränderung des Höhenstandes von der einen Stellung (Position) zur andern durch Verbindung dieses oder jenes
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Auspuffkanals mit der Atmosphäre übergehen kann. Dabei wird die geforderte Schnellwirkung in
Abhängigkeit von der Einstellung der entsprechenden Drossel an der Auspuffleitung sicherge- stellt.
Es ist zweckmässig, an dem über die Aussenfläche des gefütterten Baddeckels hinausragenden
Abschnitt des Rohres der Pumpe ein Kugelgelenk anzubringen und einen Antrieb für Winkelver- schiebungen des Rohres der Pumpe um das erwähnte Kugelgelenk zu montieren.
Diese technische Lösung erlaubt es, das fächerförmige Auseinanderwerfen der Metallportion im Bad zustandezubringen und mit der effektiven Vermischung eine beträchtliche Zone dadurch zu erfassen, dass das Rohr der Pumpe in der Periode eines jeden Entnahme-Auswurf-Zyklus der Me- tallportionen mittels des Antriebes für Winkel verschiebungen drehbar ist.
Im ganzen bietet der gesamte Komplex der technischen Lösungen die Möglichkeit, die ge- stellten Ziele vollends zu realisieren und eine effektive Vermischung des Metalls im Ofen mit einer minimalen Anzahl von Einrichtungen zu gewährleisten.
Nachstehend wird die Erfindung an Beispielen ihrer praktischen Realisierung in einer un- ten folgenden eingehenden technischen Beschreibung und an Hand der Zeichnungen näher erläu- tert ; in den Zeichnungen zeigt : Fig. l Prinzipschema der gasdynamischen Vermischung nach dem erfindungsgemässen Verfahren, auf dem die Entnahme von Metallportionen in das Rohr der Pumpe dargestellt ist ; Fig. 2 Phase der Zuführung (des Auswurfes) des Metalls aus dem Rohr der Pumpe zurück zum Bad ; Fig. 3 Schema der Zuführung einer Portion des entnommenen Metalls zum Ofenbad mit fächerförmigem Auseinanderwerfen des Strahls ;
Fig. 4 Einrichtung zur gasdynamischen Ver- mischung von Metallen gemäss der Erfindung ;
In der Fig. l ist die Entnahme des Metalls in das Rohr der Pumpe aus den oberen Schich- ten des Bades gezeigt, dabei bedeutet : h, - Höhe der Überdeckung der Mündungsfläche der Düse der Pumpe durch Metall im Augen- blick der Entnahme ;
In der Fig. 2 ist die Zuführung des Metalls aus dem Rohr zum Bad in der Periode der Ein- wirkung eines Pressgasimpulses gezeigt, dabei bedeutet : ha - Höhe der Überdeckung der Mündungsfläche der Düse der Pumpe durch Metall im Augen- blick der Zuführung ;
P - Druck des Pressgases je Impuls.
In der Fig. 3 ist die fächerförmige Ablenkung des Strahls des zugeführten Metalls im Ofenbad durch Drehen des Rohres der Pumpe, dabei bedeutet : a - Winkel des freien Zerfliessens des getauchten Strahls (für Aluminiumlegierungen etwa 150).
Aus einem Schmelzofen-l- (Fig. l, 2,3) wird in das Rohr --2-- einer gasdynamischen Pumpe eine Metallportion-3- (ein bestimmtes Volumen) von den oberen überhitzten Badschichten eingesaugt. Dann wird auf die Metallportion im Rohr mit einem Pressgasimpuls P eingewirkt und diese Portion wirkt, indem sie beschleunigt wird, mit einem Stück des Einsatzgutes --4-- zusammen. Infolgedessen findet intensives Schmelzen des Einsatzgutes statt.
In der Periode der Impulszuführung wird der aus dem Rohr --2-- ausfliessende Metallstrahl durch Schwenken des Rohres innerhalb eines Sektors abgelenkt, dessen Winkel von einem bis zu zwölf Winkeln a des freien Zerfliessens des getauchten Strahls verändert wird, der von einer gewissen Anfangsstellung der Pumpenachse abgezählt wird.
Der erfindungsgemässe Prozess mit der Winkelveränderung des Sektors des Auseinanderwerfens im Bad, wo das Metall einer intensiven Vermischung unterworfen wird, lässt sich durch Steuern von einem Pult aus oder nach einem bestimmten Programm mit Hilfe einer elektronischen Rechenmaschine durch einen speziellen Antrieb zum Schwenken des Rohres der Pumpe durchführen. Die Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens ist mit einer stufenweisen oder stufenlosen Ver- änderung des Winkels des Vermischungssektors möglich, was von den nachstehend aufgestellten Patentansprüchen vollständig erfasst wird.
Beispiel 1 : Es wurde ein Schmelzen einer Aluminiumlegierung unter Vermischung mittels einer gasdynamischen Pumpe in allen Schmelzetappen in einem 30 t-Schmelzofen durchgeführt. Die gasdynamische Pumpe funktionierte mit einer veränderlichen Häufigkeit der Zuführung von Press-
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gasimpulsen in einem Intervall von 4 bis 20 Impulsen/min. Die Metallentnahme erfolgte von den oberen Metallschichten, die Überdeckung h, betrug. 100 mm. Die Zuführung des Metalls erfolgte in die unteren Schichten, wobei sich die Überdeckung h von 300 bis 600 mm mit der fortschrei- tenden Füllung des Bades mit flüssigem Metall beim Schmelzen veränderte. Bei der Zuführung des Metalls zum Bad wurde das Rohr innerhalb eines Sektors geschwenkt, dessen Winkel sich von
45 bis 120 (von 3 bis 8 a) veränderte.
Die Vermischung wurde bei der Bildung des flüssigen Me- tallbades mit einer Temperatur von 660 bis 670 C vor der Füllung der Düse der Pumpe mit der Überdeckung h = 100 mm begonnen.
Die Häufigkeit der Zuführung von Pressgasimpulsen wurde in Höhe von etwa 20 Impulsen/min während der ersten 10 min aufrechterhalten, wobei der Sektor der Strahlablenkung in der Periode des Impulses etwa 45 (etwa 3a) betrug. Dann wurde das Metall bis zum vollständigen Schmelzen des Einsatzgutes während 20 min mit einer Häufigkeit der Impulszuführung von etwa 15 Impul- sen/min vermischt, während der Sektor der Strahlablenkung etwa 90 (etwa 6a) betrug.
Nach der Abschlackung wurden bei einer Temperatur der Schmelze von 680 bis 690 C Legie- rungskomponenten (Mangan, Titan) zugeschlagen, und die Vermischung wurde mit einer Häufigkeit der Impulszuführung von etwa 10 Impulsen/min durchgeführt, während die Strahlablenkung auf
120 (etwa 8 a) vergrössert wurde. Im Laufe von 30 min wurden die Legierungskomponenten ge- schmolzen, indem die Temperatur der Schmelze unter Ausgleich des Temperaturfeldes im gesamten
Metallbadvolumen auf 730 bis 735"C gesteigert wurde.
Hienach wurde die Vermischung mit einer Häufigkeit der Impulszuführung von 4 Impul- sen/min durchgeführt, während der Sektor der Strahlablenkung 120 (etwa 8a) betrug.
Diese Bedingungen wurden bis zum Abfluss des Metalls in einen Mischer aufrechterhalten.
Hiebei wurde keine Verschlackung des Metalls und dessen Verunreinigung durch Beimengungen be- obachtet. Der Übergang von einem Vermischungsverfahren zum andern wurde durch Steuern von einem Pult aus durchgeführt.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, die Wirksamkeit der Vermischung zu erhöhen und die Schmelzdauer um 20 bis 25% zu verkürzen.
Der erfindungsgemäss vorgeschlagene Prozess der Vermischung unter Veränderung der Häufigkeit der Zuführung von Pressgasimpulsen von Etappe zu Etappe lässt sich durch Steuern von einem Pult aus oder nach einem bestimmten Programm mit Hilfe einer elektronischen Rechenmaschine durchführen. Hiebei ist eine stufenweise oder stufenlose Veränderung der Häufigkeit der Impulszuführung von Etappe zu Etappe möglich, was von den nachstehend aufgestellten Patentansprüchen vollständig erfasst wird.
Beispiel 2 : Es wurde ein Schmelzen einer Aluminiumlegierung unter Vermischung mittels einer gasdynamischen Pumpe in allen Schmelzetappen in einem 40t-Hauptproduktionsofen durchgeführt.
Die gasdynamische Pumpe funktioniert mit einer Veränderung der Häufigkeit der Zuführung von Pressgasimpulsen (Stickstoffimpulsen) von Etappe zu Etappe in einem Häufigkeitsintervall, das vorstehend vorgeschlagen wurde (2 bis 30 Impulse/min). Die Vermischung begann bei der Bildung des flüssigen Metallbades mit einer Temperatur von 660 bis S70 C vor der Füllung der Düse der Pumpe.
Die Häufigkeit der Zuführung von Pressgasimpulsen wurde in Höhe von etwa 15 Impulsen/min während der ersten 10 min der Vermischung aufrechterhalten. Dann wurde das Metall bis zum vollständigen Schmelzen des festen Einsatzgutes (Ofenbär) während 25 min mit einer Häufigkeit der Impulszuführung von etwa 12 Impulsen/min vermischt.
Nach der Abschlackung wurden bei einer Temperatur der Schmelze von 680 bis 690 C Legierungskomponenten (Mangan, Titan) zugeschlagen, und die Vermischung erfolgte mit einer Häufigkeit der Impulszuführung von etwa 8 bis 9 Impulsen/min. Im Laufe von 30 min wurden die Legierungskomponenten geschmolzen, indem die Temperatur der Schmelze unter Ausgleich des Temperaturfeldes im gesamten Metallbadvolumen auf 730 bis 735"C gesteigert wurde.
Danach wurde das gleichmässige Temperaturfeld des Metallbades durch Vermischung mit einer Häufigkeit der Impulszuführung von 4 Impulsen/min bis zum Augenblick des Abflusses des Metalls in einen Mixer, mit dem eine Weiterverarbeitung des Metalls erfolgt, aufrechterhalten. Hiebei wurde keine Verschlackung des Metalls und dessen Verunreinigung durch Beimengungen be-
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obachtet, was die bei der Analyse genommenen Proben bestätigten. Der Übergang von einer Ver- fahrensweise zur andern wurde durch Steuern von einem Pult aus durchgeführt.
Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur gasdynamischen Vermischung gewähr- leistet im Vergleich mit den zur Zeit bestehenden Verfahren folgende Vorteile :
Beständige und stabile Prozessführung in verschiedenen Schmelzstadien, was die Erstarrung des Metalls in den Rohren ausschliesst und den Ausfall derselben verhindert ;
Erhöhung der Wirksamkeit des Prozesses und Verbesserung der Metallqualität durch Aus- schliessen der Verunreinigung der Schmelze mit Oxyden und Schlackeneinschlüssen, wodurch die
Ausbringung erhöht werden kann ;
Steigerung der Leistung des Schmelzvorganges um 20 bis 25%.
Die Einrichtung zur Vermischung des flüssigen Metalls-5- (Fig. 4) in einem Ofenbad-6- besteht aus einem gefütterten Rohr --7-- mit einem auswechselbaren Düsenteil --8-- am Ende, welcher unter einem Winkel (von 0 bis 90 ) zum Hauptrohr --7-- eingestellt werden kann. Der Dü- senteil --8-- wird aus einem mit dem flüssigen Metall unbenetzbaren feuerbeständigen Material mit einem Profil des Arbeitskanals in Abhängigkeit von den technologischen Bedürfnissen (rund, schlitzartig, rohrmuffenförmig u. dgl.) ausgeführt.
Das Rohr --7-- ist mit einem abnehmbaren
Deckel --9-- versehen, auf dem eine Düse --10-- angebracht ist, die durch eine Leitung-11- mit einem Verteiler --12-- für die Zuführung von Pressgasimpulsen (Stickstoff, Argon) aus einem
Speicher --13-- verbunden ist, der ein bestimmtes Volumen je nach dem Gasdruck hat, welcher mit Hilfe eines Druckreglers --14-- aufrechterhalten wird. Der Arbeitshohlraum des Rohres - ist mit einer Vakuumleitung --15-- im peripherischen Teil der Mündungsfläche der Düse - ständig verbunden.
Zum Herausführen des Düsenteils der Pumpe aus der Metallschmelze-5-- und zur Höhenein- stellung derselben ist die Pumpe relativ zum gefütterten Deckel des Ofens --6-- beweglich ausge- führt. Die Pumpe ist in einer Öffnung --16-- des gefütterten Deckels (oder der Ofenwandung) installiert, wobei zur Verhinderung eines Austretens der offenen Flamme durch die Öffnung - ein elastischer Schutzring --17-- aus feuerbeständigem Material vorhanden ist, der an der Deckelwand befestigt ist. Das Rohr --7-- der Pumpe steht mit dem beweglichen Mitnehmer --18-- eines Antriebs-19-- zur impulsartigen Verschiebung des Rohrs --7-- im Metallbad während eines jeden Zyklus in Verbindung. Der Antrieb --19-- besitzt eine prinzipielle Besonder- heit : veränderliche Hublänge des Mitnehmers --18--.
In der vorliegenden Konstruktion wird dies durch Ausführung des Antriebs in Form eines Druckluft-Positioners erreicht, was das Arbeiten mit mehreren Hublängen je nach der Metalltiefe im Ofenbad ermöglicht.
Diese Ausführung schliesst die Möglichkeit nicht aus, die Hublänge auch mit andern Mitteln, beispielsweise durch Einbau eines verstellbaren mechanischen Anschlags, zu verändern.
Dies übt keinen grundsätzlichen Einfluss auf die Arbeit aus, weil das bestehende Merkmal selbst - Veränderlichkeit der Hublänge - unverändert bleibt.
Ein Antrieb --20-- für die Ausgangseinstellung des Rohres --7-- verbindet mittels eines Gelenkelementes --21-- das Arbeitsorgan --22-- mit dem Hauptantrieb --19-- der Verschiebung, was es erlaubt, die Lage des Rohrs in zwei Ebenen zu verändern.
Die kolbenstangenseitigen Arbeitsräume des Druckluft-Positioners, des Antriebs --19--, sind mit einer Pressluftleitung über einen Druckregler --23-- ständig verbunden.
Die Auspuffkanäle des Positioners sind mit der Atmosphäre über entsprechende einstellbare Drosseln --24-- und Verteiler --25-- in Verbindung gesetzt.
Diese Ausführung gestattet es, dem Antrieb --19-- eine andere prinzipielle Besonderheit zu verleihen : Realisierung unterschiedlicher Verschiebungsgeschwindigkeiten des Rohrs in der Vorwärts- und der Rückwärtsrichtung (nach oben und nach unten).
Diese Besonderheit ist sehr wichtig, da sie es ermöglicht, mit den gedrängten Intervallen des Arbeitszyklus der Pumpe auszukommen.
Die Arbeit der Pumpe geht auf die folgende Weise vor sich.
Bei einem bestimmten minimal zulässigen Metallspiegel im Ofenbad --6-- wird das Rohr - mit Hilfe des Antriebs --20-- derart abgesenkt, dass die Austrittsöffnung des Düsenteils --8--
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mit Metall überdeckt wird.
In dieser Stellung wird die Vakuumleitung --15-- mit dem Arbeitshohlraum des Rohres ver- bunden, während der Speicher --13-- mit der Pressgasleitung über den Verteiler --12-- und den
Druckregler --14-- in Verbindung gesetzt wird.
Das flüssige Metall von den Oberflächenschichten steigt unter Einwirkung des Vakuums im
Rohr der Pumpe auf eine bestimmte Höhe.
Danach wird der Elektromagnet des entsprechenden Verteilers eingeschaltet, und das Rohr - wird mittels des Antriebs --19-- auf das geforderte Niveau im Bad --6-- abgesenkt. Beim
Einschalten des Elektromagneten des Verteilers --12-- wird der Speicher --13- über die Leitung - und die Düse --10-- mit dem Arbeitshohlraum des Rohres --7-- in Verbindung gesetzt, und der Pressgasvorrat gelangt schnell aus dem Speicher --13-- in den Arbeitshohlraum.
Der Gasimpuls wirkt auf das Metallvolumen im Rohr ein und schleudert es mit hoher Ge- schwindigkeit in das Bad hinaus.
Das aus dem Rohr verdrängte Volumen des flüssigen Metalls bewegt sich im Bad, nimmt die benachbarten Metallschichten mit und vermischt dadurch das ganze Badvolumen. Der Auspuff des
Pressgases kann auch während der Absenkung des Rohres --7-- durch den Antrieb, d. h. in der
Periode der impulsartigen Verschiebung des Rohres --7--, durchgeführt werden, was in manchen
Fällen, insbesondere beim Schmelzen von grossen Stücken des Einsatzgutes, effektiver sein kann.
Die Veränderung des Winkels der fächerförmigen Schwenkung und Neigung des Rohres er- möglicht es ebenfalls, das gesamte Badvolumen effektiver durchzumischen und die Legierungszu- schläge aufzulösen. Nach Beendigung des Pressgasauspuffs aus dem Speicher --13-- wird der
Elektromagnet des Verteilers -12-- ausgeschaltet, wobei gleichzeitig (eventuell auch mit einer gewissen Voreilung) der entsprechende Elektromagnet des Verteilers --25-- ausgeschaltet wird.
Es setzt das Einströmen des Pressgases in den Speicher --13-- aus der Pressgasleitung ein, und das Rohr --7-- wird schnell um die Hublänge gehoben.
Die Hubgeschwindigkeit wird mit Hilfe der entsprechenden Drossel --24-- geregelt. Hiebei wird das flüssige Metall vorwiegend von den oberen überhitzten Schichten erneut ins Rohr --7-eingesaugt.
Des weiteren wiederholt sich der Arbeitszyklus der Pumpe in derselben Reihenfolge. Bei Veränderung der Metallbadtiefe wird am Positioner, d. h. dem Antrieb --19--, ein anderer Vertei- ler-25-in der diesem Höhenstand entsprechenden Auspuffleitung eingeschaltet. Nach beendeter Vermischung des Metalls im Bad wird der Antrieb --20-- eingeschaltet und das Rohr --7-- in die obere Lage gehoben, damit der Düsenteil --8-- aus der Schmelze austritt. Bei technologischer Notwendigkeit wird die Einrichtung wieder in die Arbeitsstellung durch Absenken des Rohres der Pumpe mit Hilfe des Antriebs --20-- auf ein vorgegebenes Niveau gebracht, und die Einrichtung ist wieder betriebsbereit.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Konstruktion der Einrichtung zur Vermischung von flüssigen Metallen ist effektiver und leistungsfähiger bei Veränderung des Metallspiegels im Bad während des Schmelzvorgangs.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.