CH354548A - Reinigungsanlage für flüssiges Metall - Google Patents

Description

      Reinigungsanlage        für        flüssiges        Metall       Die Erfindung bezieht sich auf eine Reinigungs  anlage für flüssiges Metall, insbesondere auf eine  Anlage zur Entfernung von Oxyden aus einem flüs  sigen Metall; die Anlage umfasst einen in vertikaler  Richtung     länglichen    Kessel sowie einen     Zufluss-    und  einen     Abflussanschluss    für die     Einführung    bezie  hungsweise die Anführung des flüssigen Metaller;

    kennzeichnend für die erfindungsgemässe Anlage ist  es, dass entlang der Kesselwand eine Ringkammer  ausgebildet ist, in welcher das flüssige Metall in  Ruhe steht und das in Ruhe stehende, flüssige Metall  so stark gekühlt ist, dass es eine das fliessende Metall  einschliessende Wand kühl     hält    mit der Folge, dass  sich Metalloxyde aus dem fliessenden Metall aus  scheiden lassen.  



       Flüssiges    Metall wird heute in manchen Prozessen  als ein     Wärmeübertragungsmedium    verwendet und es  besteht hierbei manches Mal die Notwendigkeit, das  flüssige Metall durch die Entfernung von Metall  oxyden     verhältnismässig    rein zu halten. Diese Metall  oxyde entstehen durch das Eindringen von     Sauerstoff     in das Kreislaufsystem; die Oxyde verteilen sich hier  bei in dem flüssigen Metall. Typisch für flüssige Me  talle, welche als     Wärmeübertragungsmedien    verwen  det werden, sind Natrium, Kalium,     Lithium,    Queck  silber, Blei, sowie Legierungen und     eutektische    Ge  mische dieser Metalle.

   Bekanntlich ist die Löslichkeit  von Oxyden in solchen     flüssigen    Metallen eine direkte  Funktion der Temperatur. Deshalb wird     in    Reini  gungsanlagen zur Entfernung der Oxyde die Tempe  ratur des     flüssigen    Metaller auf einen     Punkt    ernied  rigt, der nur wenig über dem     Erstarrungspunkt    des  Metaller     liegt,    und hierauf werden die aus der  Lösung kommenden Oxyde niedergeschlagen und ein  gefangen.  



  Es ist eine     Eigenschaft    der     flüssigen    Metalle, dass  sie in hohem Masse wärmeleitend sind. Bekanntlich    sind Stähle mit hohem Nickel- und Chromgehalt und  rostfreie Stähle für die Aufbewahrung flüssigen Me  taller am besten geeignet.

   Diese rostfreien     Stähle        sind          austenitisch    und besitzen eine verhältnismässig niedere       Wärmeleitfähigkeit.    Infolgedessen treten, wenn man  gut wärmeleitendes,     flüssiges    Metall in einem Druck  kessel aus     austenitischem        Stoff        aufbewahrt,    sehr  grosse Temperaturgradienten und in der Folge starke  Wärmespannungen auf. Diese Spannungen sind sehr  starken Schwankungen unterworfen und wechseln  auch ihr Vorzeichen, so dass mit der Zeit eine Ver  schlechterung der Bauelemente eintritt.  



       Im    folgenden wird ein     Ausführungsbeispiel    der       Erfindung    erläutert.  



  In den beiliegenden Figuren stellen dar:       Fig.    1 einen massstabgetreuen     Schrägriss    der An  lage,       Fig.    2 einen Vertikalschnitt durch die Reinigungs  anlage der     Fig.    1,       Fig.    3 einen     Horizontalschnitt    nach Linie 3-3  der     Fig.    2,       Fig.    4 einen     Horizontalschnitt    nach Linie     4-4     der     Fig.    2.  



  Die Reinigungsanlage 10 besteht aus einem  U-förmigen     Wärmeaustauscher    12. Dieser besteht aus  einem Mantel 14 und einem Rohrbündel und ist in  einer Haube untergebracht, welche an einem unteren  Druckkessel 16 der     Reinigungsanlage    befestigt ist.  



  Der Reinigungskessel besteht aus einer zylindri  schen     Seitenwand    18, einem oberen, .schalenförmigen  Deckel 20     #und    einem unteren, schalenförmigen Boden  22. Das Innere des Kessels ist in     Längsrichtung    durch  eine     zylindrische    Stauwand 24 in     einen    äusseren,  ringförmigen     Fallraum    26 und einem inneren Steig  raum 28 aufgeteilt. Der obere Teil des Kessels in      der     Nähe    des schalenförmigen Deckels 20 ist als  Gasraum 27 über dem Flüssigkeitsspiegel 29 in dem  Fallraum 26 ausgebildet sowie als Gasraum 30 über  dem Flüssigkeitsspiegel 32 in dem Steigraum 28.

   Ein       Einlassrohr    34 für das flüssige Metall verbindet den  Mantelraum des     Wärmeaustauschers    12 mit dem  Fallraum 26 und ein     Ausflussrohr    36 übernimmt das  in dem Steigraum 28 nach oben fliessende, flüssige  Metall und führt es in das Rohrbündel des     Wärme-          austauschers    12 ein.  



  Innerhalb des Kessels 16 ist eine längliche,  zylindrische Stauwand 38 angebracht, und     zwar    in       unmittelbarer    Nähe, aber unter Einhaltung eines ge  wissen Abstandes von der Wand 18; diese Stauwand  bildet     zusammen    mit einer     Deckplatte    40 und einer  Bodenplatte 42 eine     ringförmige    Kammer 44, in  welcher flüssiges Metall in Ruhe steht.

   Diese Kam  mer 44 steht in Verbindung mit dem     flüssigen    Metall  innerhalb des Kesselmantels, und zwar durch eine       Vielzahl    von     Zirkulationsöffnungen    46 in der unteren  Bodenplatte 42; am oberen Ende der Kammer 44 ist  eine     Vielzahi    von Kanälen 48 angebracht, welche  Gasansammlungen in den Gasraum innerhalb des  Kessels leiten. Innerhalb der Kammer 44 ist eine       Vielzahl    von     Wärmeaustausehrohren    in vertikalem  Abstand voneinander angebracht; diese haben die  Aufgabe, das flüssige Metall innerhalb der Kammer  zu kühlen und damit die Stauwand 38 kühl zu halten.

    Bei der aus der Figur ersichtlichen Ausführungsform  sind parallel zueinander vier Doppelrohre 50 in  Schraubenform um die Stauwand 38 gewunden. Diese  Doppelrohre sind an eine     Einlasssammelleitung    52  ausserhalb der Kesselwandung angeschlossen und  durch die Kesselwandung hindurch in die Kammer 44  eingeführt. Innerhalb der Kammer 44 sind die Rohre  50     dreiundeinhalbmal    gewunden; an ihrem Ende  sind sie aus dem Druckkessel herausgeführt und an  eine     Auslasssammelleitung    54 angeschlossen. Jedes  der Doppelrohre umfasst ein inneres Rohr 56, wel  ches konzentrisch innerhalb eines äusseren Rohres 58  angebracht ist.

   In dem Ringraum zwischen den Roh  ren liegt ein drittes Medium vor, welches weder mit  dem Metall noch mit dem Wasser     reagiert,    etwa  Stickstoff; dieses Medium     hält    die Wärmeleitung von  dem inneren Rohr nach dem flüssigen Metall aufrecht  und zeigt ein Lecken zwischen dem inneren Rohr und  dem Ringraum oder zwischen dem flüssigen Metall  und dem Ringraum an. Die     Ringkanäle    für das dritte       Strömungsmittel    sind untereinander durch Über  gangsleitungen 60 verbunden.  



  Das gekühlte, in der Kammer 44 stehende, flüs  sige Metall     kühlt    die Stauwand 38, so dass diese ent  lang dem Fallraum 26 eine gekühlte     Oberfläche    auf  weist und das flüssige Metall, welches in den Fall  raum strömt, auf eine Temperatur abgekühlt wird,  welche gerade über seinem Schmelzpunkt liegt; wäh  rend des Durchganges durch diese Zone werden die  Oxyde des     Metalles    niedergeschlagen.

   Um die Oxyde  aufzufangen, ist ein     Drahtmaschengewebe    als     Filtrie-          rung    in dem Fallraum     angebracht;    dieses Draht-         maschengewebe    ist durch Halteringe 62 befestigt (das       Drahtmaschengewebe    ist in dem Steigraum 28 in dem  Fallraum 26 teilweise     schraffiert    angedeutet). Die  Metalloxyde werden durch das     Drahtmaschengewebe     eingefangen und sammeln sich auf diesem an.

   Wenn  das flüssige Metall in dem Steigraum 28 nach oben  fliesst, wird es durch ein weiteres     Drahtmaschen-          (r    welches ebenfalls als Filter wirkt, nochmals  gereinigt; dieses Gewebe ist durch eine zentrale  Halterung 64 befestigt.  



  In dem schalenförmigen Boden 22 sind Bohrun  gen 66 für die Einführung von     Thermoelementen     angebracht, so dass die Temperatur des strömenden  Metalls ständig gemessen werden kann. Auch ist ein       Abflussrohr    68 angebracht, so dass flüssiges Metall  aus dem Mantel entnommen und nach aussen durch  den Deckel geleitet werden kann, wenn ein Sog an  gelegt wird. Eine Leitung 69 übernimmt das Gas aus  dem Gasraum 29 und leitet es durch den Mantel des       Wärmeaustauschers    12 und über eine Leitung 71  in die Leitung 86 des flüssigen Metallstromes, und  zwar zu bestimmten Zeiten, wenn dies notwendig ist,  so zum Beispiel während der Füllung der Reini  gungsanlage.

   Die beiden Leitungen 69 und 71 be  sitzen Mundstücke 73 und 75, welche den Durchsatz  an flüssigem Metall, welches die Reinigungsanlage  umgeht, beschränken.  



  Der U-förmige     Wärmeaustauscher    12     (Fig.    3)  weist U-förmige Rohre 70 auf, welche sich zwischen  einer Eingangsplatte 72 und einer Ausgangsplatte 74  erstrecken und durch welche das flüssige Metall ge  leitet wird. Das von aussen (Herkunft nicht einge  zeichnet) kommende, flüssige Metall tritt durch eine  Ansaugleitung 76 in den Mantelraum 78 des     Wärme-          austauschers    ein und tritt durch den Abfluss 80 in  das Rohr 34 aus, durch welches es in den Kessel 16  der Reinigungsanlage gelangt.

   Das     Auslassrohr    36  der Reinigungsanlage gibt flüssiges Metall an eine       Einlasskammer    82 ab, von welcher das flüssige Metall  durch die Rohre des     Wärmeaustauschers    nach einer       Ausflusskammer    84 strömt. Während dieses Durch  flusses durch das Rohrbündel des     Wärmeaustauschers     wird das kühle, flüssige Metall durch das neu hinzu  kommende, ebenfalls flüssige, heisse Metall in dem  Mantelraum des     Wärmeaustauschers    erhitzt. Das auf  diese Weise wieder erhitzte Metall gelangt dann durch  einen Ausfluss 86 zurück zu seinem Verwendungsort.  



  An jeder     Anschlussverbindung,    welche nach dem  Inneren des Druckkessels führt, ist eine Temperatur  spannungen ausgleichende     Muffenanordnung    vorge  sehen. Ein typisches Beispiel für eine solche Muffen  anordnung ist in     Fig.    4 gezeigt, in welcher die Ein  führung des Doppelrohres in die Wand 18 zu erken  nen ist. Ein äusserer Rohrstutzen 90 ist an dem  länglichen Mantel 18 angeschweisst und an dem Rohr  stutzen 90 ist anderseits das äussere Rohr 58 ange  schweisst.

   Der Zweck dieser     Muffenanordnung    ist es,  den Temperaturgradienten an einer solchen An  schlussverbindung mit dem Druckkessel herabzu  setzen und damit erhöhte Spannungen in dem Metall      infolge unterdrückter, unterschiedlicher,     thermischer          Ausdehnungen.    zu vermeiden. Sämtliche Anschlüsse  in dem Reinigungsgerät sind als     derartige    Tempe  raturspannungen ausgleichende     Muffenverbindungen     ausgebildet, so zum Beispiel die Anschlüsse der Rohre  34, 36, 68 und 69.  



  Die Kammer 44 für die Aufnahme eines steigen  den, flüssigen Metallos ist so ausgebildet, dass das  innerhalb der Rohre 50 fliessende Kühlmittel das  Auftreten hoher Temperaturgradienten in der Anlage  verhindert. Dies ist dadurch erreicht, dass das Kühl  mittel .in das steigende, flüssige Metall eingetaucht ist.  



  Die     Hitze    des heissen, flüssigen Metallos, welches  in dem Fallraum 26 fliesst, strömt durch die Stau  wand 18 und eine flüssige Metallschicht hindurch  und schliesslich durch die doppelwandigen Rohre.  Diese thermischen Widerstände bewirken, dass die  Temperaturänderungen pro Längeneinheit verhältnis  mässig gering ist und dass die entstehenden, thermi  schen Spannungen erträglich bleiben.  



  Durch diese Anordnung ist ferner erreicht, dass  die gesamte, längliche Oberfläche der Stauwand 18  eine geringere Temperatur besitzt, damit ist aber auch  die Kühlwirkung dieser Oberfläche auf die nach  unten strömende Flüssigkeit erhöht, während die  hohen Temperaturgradienten an Bauteilen auftreten,  welche keine Drücke auszuhalten haben. Durch die  ses Hilfsmittel können die notwendigerweise verhält  nismässig grossen Temperaturgradienten in der Reini  gungsanlage in Kauf genommen werden, ohne dass  an denjenigen Teilen, welche Drücke auszuhalten  haben, Spannungen auftreten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Reinigungsanlage für flüssiges Metall, bestehend aus einem in vertikaler Richtung länglichen Kessel sowie einzm Einlass und einem Auslass für das durch fliessende, flüssige Metall, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Wand des Kessels eine periphere Kammer für die Aufnahme einer ruhenden Flüssig keit ausgebildet und die Flüssigkeit in dieser Kam mer derart gekühlt ist, dass die an das strömende, flüssige :Metall angrenzende Wand dieser Kammer kühl bleibt und eine Ausscheidung der Metalloxyde aus dem Metall vor sich geht. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Reinigungsanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in dem Kessel Filter an gebracht sind, welche die flüssigen Metalloxyde ein fangen und zurückhalten. 2. Reinigungsanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Innenraum des Kessels mit einem inerten Gas gefüllt ist, und ein Anschluss für die Einführung des inerten Gases in den dafür bestimmten Teil des Innenraumes vorgesehen ist. 3.

   Reinigungsanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stauwand den Innenraum des Kessels in Längsrichtung in einen inneren Steigraum und einen kommunizierenden, den Steigraum umgebenden Fall raum aufteilt und dass ein Einlass für das flüssige Metall nach dem Fallraum und ein Auslass für das flüssige Metall aus dem Steigraum vorgesehen sind, wobei sich die periphere Kammer für die Aufnahme ruhender Flüssigkeit entlang der Kesselwand erstreckt und die Grenze des Fallraumes bildet.

   4. Reinigungsanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Kammer für die Aufnahme ruhenden Metallos durch eine Vielzahl von doppelwandigen, vertikal voneinander entfernten und innerhalb dieser Kam- _ mer verlaufenden Rohren gekühlt ist, welche ihrer seits durch ein in dem inneren Rohr fliessendes Strömungsmittel gekühlt sind, wobei ein wärme leitendes Medium den Ringraum zwischen dem inneren und dem äusseren Rohr ausfüllt. 5.

   Reinigungsanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer für die Aufnahme der ruhenden Flüssig keit nach dem strömenden, flüssigen Metall hin offen und mit flüssigem Metall gefüllt ist.

   6. Reinigungsanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des Kessels ein aus einem Mantel und einem Rohrbündel bestehender Wärmeaustauscher angebracht und so ausgebildet ist, dass in ihm das gereinigte, flüssige Metall durch neu zufliessendes, verunreinigtes, flüssiges Metall wieder erhitzt wird.