<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft das Hüttenwesen, insbesondere Vorrichtungen (Pumpen) zur gasdynami- schen Durchmischung von flüssigem Metall beim Schmelzen unmittelbar in der Wanne von Schmelzöfen, was es gestattet, in den meisten Fällen den Schmelzprozess zu beschleunigen, eine Legierung mit homogener chemischer Zusammensetzung sowie ein gleichmässiges Temperaturfeld des Metallbades zu erhalten.
Zur Zeit sind verschiedene Vorrichtungen zur Durchmischung von flüssigem Metall unmittelbar in der Wanne eines Schmelzofens bekannt. Die vorliegende Pumpe gehört zu den Vorrichtungen, die eine besonders aussichtsreiche und einfache Wirkungsweise bei der Durchführung der Durchmi- schung von flüssigem Metall, insbesondere bei der Durchmischung solcher aggressiver Metalle, wie z. B. Aluminium und dessen Legierungen, aufweisen.
Eine bekannte Pumpe zur gasdynamischen Durchmischung von Metall enthält ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidetes Rohr mit einem abnehmbaren Deckel, der den Hohlraum des Rohres überdeckt, welcher mit einem System zum Zuführen eines Impulses von Pressgas in den Hohlraum des Rohres sowie mit einem System zur Erzeugung des Vakuums im Hohlraum des Rohres lei- tungsverbunden ist. Die Pumpe ist gewöhnlich mit Anzeigevorrichtungen für den Metallstand versehen, die in den Steuerkreis der Systeme zum Zuführen des Impulses von Pressgas und zur Erzeugung des Vakuums im Hohlraum des Rohres eingeführt sind.
In den Pumpen von diesem Typ wird Pressgas benutzt, das auf das Volumen leine Teilmenge) des flüssigen Metalls einwirkt, welches periodisch in den Hohlraum des Rohres durch das Vakuum angesaugt und unter der Einwirkung der Impulse des Pressgases mit vorgegebener Geschwindigkeit in die Wanne ausgestossen wird. Die Teilmenge des flüssigen Metalls wird dann in der Wanne bewegt und es nimmt die benachbarten Metallschichten mit und auf diese Weise findet eine Durchmischung des Metalles statt. Nach der Beendigung des Pressgasimpulses gelangt erneut eine Metallteilmenge in den Hohlraum des Rohres unter der Einwirkung des Vakuums und der Zyklus wiederholt sich.
Die bekannte Pumpe ermöglicht eine Steigerung der Leistung des Schmelzofens ; damit erschöpfen sich jedoch nicht alle Möglichkeiten, die den vorliegenden Bauarten eigen sind. So z. B. findet das Ansaugen des Metalls in das Rohr immer an derselben Stelle statt, und das Metall wird praktisch in eine an dieser Stelle nahe liegende Zone ausgestossen, wobei der Wärme- und Stoffaustausch zwischen den oberen und den unteren Metallschichten im Bad nicht genügend wirksam vor sich geht, was insbesondere in den Grossschmelzaggregaten mit einer bedeutenden Wannentiefe zu beachten ist, wo der Temperaturunterschied zwischen den genannten Schichten eine recht bedeutende Grösse erreicht. Zur Erhöhung der Wirksamkeit dieses Prozesses vergrössert man in der Regel die Geschwindigkeit des Ausfliessens des Metalls aus der Pumpe.
Das ist jedoch mit einer weiteren Vergrösserung des Koeffizienten der Übertragung der Energie zwischen dem Pressgas und dem flüssigen Metall verbunden, was natürlich bestimmte Grenzen hat, die vorwiegend durch die Steigerung der Gassättigung und der Schlackebildung an der Grenze zwischen Metall und Gasmedium gesetzt werden. Es ist schwierig, auf Grund dieser Gegebenheiten eine wesentliche Erhöhung der Wirksamkeit der Durchmischung zu erreichen. Es ist auch nicht immer zweckmässig, den Weg einer Erhöhung der Anzahl der Pumpen in einem Schmelzofen zu beschreiten, weil dadurch die Bedienung erschwert und der Gasverbrauch erhöht wird ; ausserdem lässt es sich in konstruktiver Hinsicht manchmal schwer verwirklichen.
Man muss darauf verweisen, dass die Produktivität des Schmelzprozesses, die Qualität des herzustellenden Metalls und der Brennstoffverbrauch im Ofen von dem Grad der Intensität des Prozesses des Wärme- und Stoffaustausches zwischen den oberen erwärmten und den unteren gekühlten Metallschichten abhängig ist. Man kann die Intensität des Wärme- und Stoffaustausches in der Wanne eines Ofens bei einem gerichteten Ausfliessen des Metalls in vertikaler Richtung erhöhen.
Die bekannten gasdynamischen Pumpen ermöglichen das jedoch nicht. Wie aus der angeführten Analyse zu ersehen ist, entstehen beim Betrieb der Pumpen zur gasdynamischen Durchmischung von Metall Schwierigkeiten, deren Beseitigung es gestatten wird, die Wirksamkeit der Durchmischung von Metall während des Schmelzens desselben in der Wanne eines Ofens zu erhöhen.
Zur Zeit ist das Problem der Einsparung von Energie sehr aktuell geworden. Deshalb wird eine weitere Erhöhung der Leistung der Schmelzaggregate durch die Verwirklichung eines vollständigen und schnellen Wärme-und Stoffaustausches in der Wanne des Ofens in einem bedeutenden Grad
<Desc/Clms Page number 2>
zur Lösung dieses Problems beitragen. Dabei wird neben einer Einsparung des Brennstoffes eine
Verbesserung der Qualität der herzustellenden Legierungen hinsichtlich der Homogenität der chemi- schen Zusammensetzung erreicht, was für die Herstellung von Teilen und Bauelementen, an die hohe Anforderungen gestellt werden, z. B. im Flugzeugbau von grosser Bedeutung ist.
Zweck der Erfindung besteht in der Beseitigung der genannten Nachteile.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, eine Pumpe zur gasdynamischen Durchmi- schung von flüssigem Metall mit einer solchen konstruktiven Ausführung des Rohres der Pumpe zu schaffen, die es gestattet, durch die Verwirklichung eines vollständigeren Wärme- und Stoffaus- tausches zwischen den oberen und unteren Metallschichten im Bad eine Erhöhung der Leistung der
Schmelzöfen, eine Verbesserung der Qualität des Metalls und eine Einsparung des Brennstoffes zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe zur gasdynamischen Durchmischung von flüssigem Metall in einem Behälter, die ein mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidetes Rohr mit einem abnehm- baren Deckel enthält, in dem eine Bohrung vorgesehen ist, durch welche der Hohlraum des Rohres mit einem System zum Zuführen eines Impulses von Pressgas und mit einem System zur Erzeugung des Vakuums leitungsverbunden ist, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die obere Wand des unte- ren Abschnittes des Rohres verdickt ist und dass in dieser mindestens ein zusätzlicher Kanal vorge- sehen ist, der mit dem Hohlraum des Rohres über eine Tangentialeinführung leitungsverbunden ist, deren Ausgangsabschnitt in der Bewegungsrichtung des Metalls beim Ausstossen desselben aus dem Hohlraum des Rohres gerichtet ist.
Eine solche konstruktive Ausführung der Pumpe gestattet es, einen kreisförmigen Fluss des Metalls in Vertikalrichtung zu erzeugen ; folglich findet in diesem Fall ein ständiges Zusammenflie- ssen (Verschmelzung) der oberen stark erwärmten Metallschichten mit den unteren weniger erwärmten Metallschichten in der Wanne statt, was zu einer intensiveren Durchmischung des Metalls und zu einem schnellen Temperaturausgleich im gesamten Volumen der Wanne des Ofens führt.
Die Tangentialeinführung des zusätzlichen Kanals, dessen Ausgangsabschnitt in der Bewegungsrichtung des Metalls beim Ausstossen desselben gerichtet ist, gestattet es, den Strömungseffekt zum Ansaugen der oberen Metallschichten aus der Wanne über den zusätzlichen Kanal in den Hohlraum des Rohres der Pumpe zu benutzen, diese mit den unteren Metallschichten zu vermischen und diese zusammen in die Wanne auszustossen.
Der untere verdickte Abschnitt des Rohres, der zusätzliche Kanäle enthält, wird zweckmässigerweise in Form eines abnehmbaren Aufsatzes ausgeführt.
Dadurch wird die Herstellung der Pumpe vereinfacht und das Putzen der Kanäle bei Verlegung durch Schlacken während des Betriebes der Pumpe erleichtert.
Die zusätzlichen Kanäle in der Wand des Rohres werden vorzugsweise einander gegenüber auf verschiedenen Niveaus und oberhalb des Ausgangsabschnittes des Hohlraumes des Rohres ausgeführt.
Eine solche Ausführung der Pumpe gestattet es, die Zone einer wirksamen Durchmischung des Metalls zu erweitern. Das ist besonders wichtig bei der Verwendung der Pumpe in Grossschmelz- öfen mit einer bedeutenden Wannentiefe.
Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen : Fig. l die erfindungsgemässe Pumpe und einen Teil des Ofens im Vertikalschnitt entlang der Längsachse ; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie lI-lI in Fig. 1.
Mit Pfeilen ist die Bewegungsrichtung des Metalls während der Verdrängung (durch den Gasimpuls) angegeben.
H ist die Grösse der Änderung des Metallstandes im Hohlraum des Rohres während des Betriebes der Pumpe.
Die Pumpe zur gasdynamischen Durchmischung von flüssigem Metall --1-- in der Wanne eines Ofens --2-- besteht aus einem mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleideten Rohr --3-- mit einem Hohlraum --4-- und einem abnehmbaren Deckel --5--. Der Hohlraum --4-- ist durch eine Bohrung - in der Wand des Rohres --3-- mit einem System --7-- zum Zuführen eines Impulses von Pressgas und mit einem System --8-- zur Erzeugung des Vakuums leitungsverbunden. Die Steuerschaltung
<Desc/Clms Page number 3>
dieser Systeme ist nicht wiedergegeben, weil sie einer bekannten Pumpe entlehnt werden kann.
Der Hohlraum --4-- ist durch eine Tangentialeinführung --9-- mit einem zusätzlichen Entnahme- (Ansaug)-kanal-10-- leitungsverbunden, der oberhalb des Ausgangsabschnittes der Tangentialein- führung --9-- angeordnet ist, die in der Bewegungsrichtung des Metalls beim Ausstossen desselben gerichtet ist. Es können mehrere Kanäle --10-- zur Entnahme vorgesehen werden ; dazu sind sie auf verschiedenen Niveaus oberhalb des Ausgangsabschnittes des Hohlraumes --4-- des Rohres - angeordnet. Das Rohr --3-- der Pumpe weist eine Wand auf, die mit einem verdickten unteren
Abschnitt endet, welcher in Form eines abnehmbaren Aufsatzes--11-- (Fig. 2) ausgebildet ist, in dem die zusätzlichen Kanäle --10-- untergebracht sind.
Eine solche Ausführung der Pumpe aus einzelnen Blöcken erleichtert die Herstellung der Pumpe und während des Betriebes derselben das Putzen der Kanäle --10-- und des Hohlraumes --4--. Im Prinzip ist eine Ausführungsform mög- lich, bei der jeder zusätzliche Kanal --10-- in einem einzelnen abnehmbaren Aufsatz angeordnet ist.
Die Pumpe hat folgende Arbeitsweise.
Bei einem minimal zulässigen Stand des Metalls-l- (. Fig. l) in der Wanne des Ofens--2--, wenn durch das Metall die Tangentialeinführung --9-- des Kanals --10-- überdeckt ist, welche den Kanal mit dem Hohlraum --4-- verbindet, wird das System --8-- zur Erzeugung des Vakuums eingeschaltet.
Unter der Einwirkung des Vakuums steigt das flüssige Metall im Rohr --3-- auf die maximale
Höhe H an, und dann wird durch einen Geber finden Zeichnungen nicht wiedergegeben) ein Signal für das Ansprechen des Systems --7-- zum Zuführen eines Impulses von Pressgas gegeben. Durch den
Pressgasimpuls wird das flüssige Metall aus dem Hohlraum --4-- mit einer vorgegebenen Geschwin- digkeit in die Wanne des Ofens --2-- ausgestossen. Dabei wird das Metall im Hohlraum --4-- bewegt, und es nimmt eine Teilmenge an Metall aus den zusätzlichen Kanälen --10-- mit, wonach diese
Metallteilmenge zusammen mit dem im Hohlraum --4-- enthaltenen Metall in die Wanne des Ofens - ausgestossen wird.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Pumpe beruht auf dem Strömungseffekt, d. h. durch das Vorhandensein der Reibungskräfte zwischen den flüssigen Metallschichten wird der eine Strahl von dem andern mitgerissen. Je höher die Geschwindigkeit der Bewegung des Metalls im Hohlraum - ist, desto grösser ist die Metallteilmenge, welche durch den zusätzlichen Kanal --10-- den oberen Schichten der Wanne des Ofens --2-- entnommen wird.
Dabei entsteht eine kreisförmige Bewegung des Metalls in Vertikalebene, die zu einem intensiven Wärme- und Stoffaustausch zwischen den oberen und den unteren Metallschichten in der Wanne des Ofens --2-- beiträgt. Anschliessend wird das flüssige Metall erneut in das Rohr --3-- angesaugt, und der Arbeitszyklus wiederholt sich in derselben Folgerichtigkeit bis zur Herstellung eines vollständigen Temperaturausgleiches im gesamten Volumen der Wanne des Ofens --2--.
Die durchgeführte Erprobung der Pumpe hat deren Wirksamkeit nachgewiesen, wobei die erfindungsgemässe Pumpe es gestattet, im Vergleich zu den Pumpen bekannter Bauart die für die Durchmischung erforderliche Zeit um 10 bis 15% zu reduzieren.
Die erfindungsgemässe Pumpe kann für deren Anwendung in Schmelzöfen und Vakuumaggregaten zur Erhöhung der Leistung derselben, zur Verbesserung der Qualität des Metalls und zur Senkung des spezifischen Brennstoffverbrauches empfohlen werden.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to metallurgy, in particular devices (pumps) for gas-dynamic mixing of liquid metal during melting directly in the furnace of the melting furnace, which allows the melting process to be accelerated in most cases, an alloy with a homogeneous chemical composition and a uniform one To get the temperature field of the metal bath.
Various devices for mixing liquid metal directly in the furnace of a melting furnace are currently known. The present pump is one of the devices which have a particularly promising and simple mode of operation when carrying out the mixing of liquid metal, in particular when mixing such aggressive metals, such as. B. aluminum and its alloys.
A known pump for gas-dynamic mixing of metal contains a tube lined with a refractory material with a removable cover which covers the cavity of the tube, which is equipped with a system for supplying a pulse of pressurized gas into the cavity of the tube and with a system for generating the Vacuum in the cavity of the pipe is connected to the line. The pump is usually provided with metal level indicators which are inserted into the control circuit of the systems for supplying the pulse of pressurized gas and for creating the vacuum in the cavity of the pipe.
In the pumps of this type, pressurized gas is used, which acts on the volume (partial quantity) of the liquid metal, which is periodically sucked into the cavity of the pipe by the vacuum and is expelled into the trough under the action of the impulses of the pressurized gas. The partial amount of the liquid metal is then moved in the tub and it takes the adjacent metal layers with it and in this way the metal is mixed. After the pressurized gas pulse has ended, a partial amount of metal gets into the cavity of the tube under the action of the vacuum and the cycle repeats.
The known pump enables an increase in the performance of the melting furnace; however, this does not exhaust all the possibilities that are inherent in the existing designs. So z. B. the suction of the metal into the pipe always takes place at the same point, and the metal is practically expelled into a zone nearby at this point, the heat and mass transfer between the upper and lower metal layers in the bath not being effective enough what is to be observed, especially in the large melting units with a significant depth of the tank, where the temperature difference between the layers mentioned reaches a quite significant size. To increase the effectiveness of this process, the speed at which the metal flows out of the pump is usually increased.
However, this is associated with a further increase in the coefficient of energy transfer between the pressurized gas and the liquid metal, which of course has certain limits, which are primarily set by the increase in gas saturation and slag formation at the boundary between metal and gas medium. It is difficult to achieve a significant increase in the effectiveness of the mixing due to these circumstances. It is also not always expedient to take the path of increasing the number of pumps in a melting furnace, because this makes operation more difficult and gas consumption is increased; in addition, it is sometimes difficult to achieve from a constructive point of view.
It should be noted that the productivity of the melting process, the quality of the metal to be produced and the fuel consumption in the furnace depend on the degree of intensity of the process of heat and material exchange between the upper heated and the lower cooled metal layers. You can increase the intensity of the heat and material exchange in the tub of a furnace when the metal flows out in a vertical direction.
The known gas dynamic pumps do not make this possible. As can be seen from the analysis cited, difficulties arise in the operation of the pumps for gas-dynamic mixing of metal, the elimination of which will make it possible to increase the effectiveness of the mixing of metal while it is being melted in the tub of a furnace.
At the moment the problem of saving energy has become very topical. Therefore, a further increase in the performance of the melting units is achieved by realizing a complete and rapid heat and mass exchange in the furnace tub to a significant degree
<Desc / Clms Page number 2>
help solve this problem. In addition to saving fuel, a
Improvement of the quality of the alloys to be produced with regard to the homogeneity of the chemical composition achieved, which for the production of parts and components to which high demands are made, e.g. B. is of great importance in aircraft construction.
The purpose of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned.
The invention was based on the object of providing a pump for gas-dynamic mixing of liquid metal with a design of the pipe of the pump which allows a more complete heat and material exchange between the upper and lower through the realization Metal layers in the bathroom increase the performance of the
To ensure melting furnaces, an improvement in the quality of the metal and a saving in fuel.
This object is achieved in a pump for gas-dynamic mixing of liquid metal in a container, which contains a tube lined with a refractory material with a removable cover, in which a bore is provided, through which the cavity of the tube is provided with a system for feeding of an impulse of pressurized gas and is connected to the line with a system for generating the vacuum, according to the invention solved in that the upper wall of the lower section of the tube is thickened and in that at least one additional channel is provided which connects with the cavity of the Pipe is connected via a tangential lead, the output portion of which is directed in the direction of movement of the metal when it is ejected from the cavity of the pipe.
Such a design of the pump allows a circular flow of the metal to be generated in the vertical direction; consequently, in this case there is a constant confluence (fusion) of the upper, highly heated metal layers with the lower, less heated metal layers in the trough, which leads to more intensive mixing of the metal and to a rapid temperature compensation in the entire volume of the trough of the furnace.
The tangential introduction of the additional channel, the outlet section of which is directed in the direction of movement of the metal when it is ejected, allows the flow effect to be used to suck the upper metal layers out of the tub through the additional channel into the cavity of the pump tube, these with the lower ones Mix metal layers and eject them together into the tub.
The lower thickened section of the tube, which contains additional channels, is expediently designed in the form of a removable attachment.
This simplifies the manufacture of the pump and makes it easier to clean the ducts when the slag is laid while the pump is in operation.
The additional channels in the wall of the tube are preferably made opposite one another at different levels and above the exit portion of the cavity of the tube.
Such a design of the pump allows the zone of effective mixing of the metal to be expanded. This is particularly important when using the pump in large melting furnaces with a significant depth.
To explain the invention, an embodiment is described below with reference to the drawings. 1 shows the pump according to the invention and a part of the furnace in vertical section along the longitudinal axis; FIG. 2 shows a section along the line III-III in FIG. 1.
The direction of movement of the metal during the displacement (by the gas pulse) is indicated by arrows.
H is the magnitude of the change in the metal level in the cavity of the pipe during the operation of the pump.
The pump for gas-dynamic mixing of liquid metal --1-- in the tub of a furnace --2-- consists of a tube lined with a refractory material --3-- with a cavity --4-- and a removable cover - -5--. The cavity --4-- is connected through a bore - in the wall of the pipe --3-- with a system --7-- for supplying a pulse of pressurized gas and with a system --8-- for generating the vacuum . The control circuit
<Desc / Clms Page number 3>
these systems are not shown because they can be borrowed from a known pump.
The cavity --4-- is connected by a tangential entry --9-- with an additional extraction (suction) channel 10--, which is arranged above the exit section of the tangential entry --9--, which in the direction of movement of the metal when it is ejected. Several channels --10-- can be provided for removal; for this purpose, they are arranged at different levels above the exit section of the cavity - 4-- of the tube. The pipe --3-- of the pump has a wall with a thickened lower one
Section ends, which is in the form of a removable attachment - 11-- (Fig. 2), in which the additional channels --10-- are accommodated.
Such a design of the pump from individual blocks facilitates the manufacture of the pump and, during its operation, the cleaning of the channels --10-- and the cavity --4--. In principle, an embodiment is possible in which each additional channel --10-- is arranged in a single removable attachment.
The pump works as follows.
At a minimum permissible level of the metal-l- (. Fig. L) in the tub of the furnace - 2--, if the metal covers the tangential entry --9-- of the channel --10--, which the Connects the channel to the cavity --4--, the system --8-- is switched on to generate the vacuum.
Under the action of the vacuum, the liquid metal in the pipe rises to the maximum
Height H on, and then an encoder does not reproduce drawings) gives a signal for the system response --7-- to supply a pulse of pressurized gas. By the
Pressed gas pulse, the liquid metal is expelled from the cavity --4-- into the furnace pan --2-- at a specified speed. The metal is moved in the cavity --4--, and it takes a subset of metal with it from the additional channels --10--, after which this
Part of the metal is ejected into the furnace tub together with the metal contained in the cavity --4--.
The operation of the pump according to the invention is based on the flow effect, i. H. the presence of the frictional forces between the liquid metal layers entrains one jet from the other. The higher the speed of the movement of the metal in the cavity -, the greater the amount of metal that is removed through the additional channel --10-- from the upper layers of the furnace tub --2--.
This creates a circular movement of the metal in the vertical plane, which contributes to an intensive heat and material exchange between the upper and lower metal layers in the furnace tub --2--. The liquid metal is then sucked back into the pipe --3--, and the work cycle is repeated in the same sequence until a complete temperature equalization is achieved in the entire volume of the furnace tub --2--.
The test carried out on the pump has proven its effectiveness, the pump according to the invention making it possible to reduce the time required for mixing by 10 to 15% in comparison to the pumps of known design.
The pump according to the invention can be recommended for its use in melting furnaces and vacuum units in order to increase the performance thereof, to improve the quality of the metal and to reduce the specific fuel consumption.
** WARNING ** End of DESC field may overlap beginning of CLMS **.