CH620985A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Schlacke aus einem Metallschmelzofen und eine 40 Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit Mitteln zur Erzeugung eines Soges und einem mit diesen Mitteln verbundenen Saugkopf.

Es sind bereits verschiedene Verfahren entwickelt worden, um Schlacke aus einem Metallschmelzofen zu entfernen. 45

So sind verschiedene mechanische Systeme zur Entfernung bekannt, bei welchen beispielsweise eine Kette, ein Draht oder eine Platte verwendet wird, an welchen die Schlacke zum Haften gebracht wird, oder die Schlacke wird abgeschöpft oder abgeleitet. Diese Verfahren sind jedoch wenig wirksam und 50 insbesondere die mechanischen Verfahren haben verschiedene Nachteile einschliesslich der thermischen Deformation.

Um ein besseres Entfernen der Schlacke zu gewährleisten, wurden verschiedene Absaugverfahren entwickelt, welche ein Ejektorsystem benutzen, wobei bei diesen Verfahren ein Saug- 55 köpf mit einem Einlass oberhalb der zu entfernenden Schlacke verwendet und ein Ejektorsystem als Sogerzeugungsquelle benutzt wird, die mit Druckluft von einem Kompressor arbeiten. Allerdings ist die Saugfähigkeit des Ejektorsystems ungenügend, insbesondere wenn Wasser auf die Schlacke gespritzt 60 wird um diese zu granulieren.

In der US-Patentschrift 3 979 108 wird eine Verbesserung des oben beschriebenen Verfahrens angestrebt, indem als Mittel zur Erzeugung eines Soges eine Vakuumpumpe verwendet wird und zwischen dieser Pumpe und dem Saugkopf Trennmittel 65 eingeschaltet werden. Das in dieser Patentschrift beschriebene Verfahren erfordert jedoch umfangreiche und kostspielige Mittel zur Erzeugung einer grossen Saugkapazität.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, welches gegenüber dem Stand der Technik einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist. Das Verfahren, das diese Aufgabe löst, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom, dessen Volumen die Form eines Rohres aufweist und innerhalb dessen ein Unterdruck herrscht, gegen die Schlackenoberfläche gerichtet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindugnsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Gasstrom vorgeheizt wird. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine ringförmige Düsenanordnung um den Saugkopf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt schematisch eine vorbekannte Anordnung zum Entfernen von Schlacke und

Figur 2 schematisch die Wirkungsweise eines vorbekannten Saugkopfes,

Figur 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Saugvorrichtung und deren Wirkungsweise,

Figur 4 zeigt im Schnitt eine Ausschnittsvergrösserung aus einem Saugkopf und

Figur 5 in einem anderen Massstab einen Schnitt durch den Saugkopf an einer anderen Stelle.

In den Figuren 1 und 2 wird schematisch ein vorbekanntes Absaugverfahren dargestellt. Man erkennt den Saugkopf 4, der in geeigneter Stellung über der Schlacke 3 auf der Oberfläche von geschmolzenem Metall 2, das sich in einer Giesspfanne 1 befindet, angebracht ist. Mittel 5 zur Erzeugung eines Soges, bTispielsweise eine Vakuumpumpe oder ein Rotationsgebläse stehen in Verbindung mit dem Saugkopf 4, wobei ein Trennbehälter 6 dazwischen angebracht ist. Mit dieser Vorrichtung wird die Schlacke vom Einlass des Saugkopfes abgesaugt und Wasser, das von einer Zuleitung 7 herstammt, wird gegen die abgesaugte Schlacke gespritzt, um diese zu verfestigen oder vorzugsweise in ein Granuiat zu verwandeln. Der aufgesaugte Luftstrom mit einer Mischung von fester Schlacke, Wasser und Wasserdampf gelangt in den Trennbehälter 6, worin die Schlacke und das Wasser vom Luftstrom getrennt werden, der über Auslassöffnungen zu den Sogerzeugungsmitteln 5 gelangt und in die Atmosphäre entlassen wird. Wie bereits eingangs erwähnt, benötigt dieses Verfahren eine relativ grosse Saugkapazität deren Herstellung aufwendig ist.

Es ist leicht einzusehen, dass der zur Entfernung der Schlacke notwendige Saugstrom verringert werden kann, wenn der Abstand zwischen der Schlackenoberfläche und dem offenen Ende des Saugrohres, d.h. des Einlasses des Saugkopfes verkleinert wird, denn die mit den Sogherstellungsmitteln verbundenen Rohre und sonstigen Mitteln sind in der Regel geschlossen. __

Andererseits, infolge des Gebrauchs von Wasser in der Nähe des Saugkopfeinlasses ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, dass dieser Abstand möglichst gross sein soll. Demzufolge muss der Saugkopf 4 in einem angemessenen Abstand H oberhalb der Schlackenoberfläche 3 angebracht werden, wie dies aus Figur 2 hervorgeht, woraus unweigerlich ein Luftstrom wie er durch die Pfeile angedeutet ist, entsteht, wodurch eine grosse Luftmenge eingesogen wird, die nicht dem Absaugen von Schlacke dient. Bekanntlich hängt das Absaugen der Schlacke von der Geschwindigkeit des Luftstroms auf der Schlackenoberfläche ab und es ist daher möglich, den Absaugwirkungsgrad beträchtlich zu erhöhen indem die mitgesaugte Luft verringert und die Geschwindigkeit des Luftstromes auf der Schlackenoberfläche vergrössert wird, ohne den Abstand H zu verringern. Dadurch entsteht die Möglichkeit, die Schlacke mit einem geringen Sog abzusaugen und dadurch das Verfahren wirtschaftlicher zu gestalten.

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Nachfolgend wird nun anhand der Figuren 3-5 eine gegenüber dem bekannten Stand der Technik verbesserte Absaugvorrichtung beschrieben. Man erkennt in Figur 3 das Saugrohr 16 welches den Saugkanal 15 des Saugkopfes 4 definiert. Der Saugkanal 15 hat eine Saugöffnung 17 am unteren Ende des 5 Saugrohres 16.

Das andere Ende des Saugrohres 16 ist in Verbindung mit einer hier nicht eingezeichneten Vakuumpumpe oder einem sonstigen Mittel zur Erzeugung eines Soges. Um den Saugkopf 4, d.h. um das Saugrohr 16 ist eine riingförrnige Düsenanord- 10 nung 18 angebracht. Diese ringförmige Düsenanordnung 18 bildet einen rohrartigen Gasstrom 25, der auf die Oberfläche der Schlacke 3 auf dem geschmolzenen Metall 2 gerichtet ist. Die ringförmige Düsenanordnung 18 enthält eine Düse 19, die in diesem Beispiel sich nach unten konisch erweitert, woraus ein 15 sich gegen die Schlackenoberfläche erweiternder Gasstrom entsteht. Um den unteren Teil des Saugkopfes 4 ist eine Vorheizkammer 20 angebracht, die mit der ringförmigen Düsenanordnung 18 in Verbindung steht. Das gasförmige Medium in der Vorheizkammer 20 wird durch die Strahlungswärme des 20

geschmolzenen Metalls erwärmt und strömt aus der Ringdüse 19 aus. Die Düsenanordnung 18 weist einen einstückig mit der die Vorheizkammer 20 definierenden Wand gebildeten Körper 21 auf, und besitzt Öffnungen 22 für den Einlass des gasförmigen Mediums in die Vorheizkammer 20. Der Körper 21 ist ;s mittels einer Dichtung 23 hermetisch am Saugrohr 16 befestigt.

Das aus Düse 19 auströmende gasförmige Medium bildet einen rohrartigen Gasstrom 25, der gegen die Oberfläche der Schlacke 3 fliesst. Da das Innere des Gasstromes über den Saugkanal 15 mit der sogerzeugenden Quelle in Verbindung 30 steht, wird der Gasstrom 25 beim Erreichen der Oberfläche der Schlacke 3 radial in Richtung seines Mittelpunktes abgelenkt und in der Mitte weiter nach einwärts und durch die Saugöffnung 17 über den Saugkanal 15 wie mit den Pfeilen 25 angedeutet abgesaugt. Gleichzeitig trennt der Gasstrom die äussere Luft35 vom inneren gasförmigen Medium wodurch ein Teil der Luft durch diesen Gasstrom 25 mitgerissen wird und in das Innere des Stromes gelangt und mit diesem oder zwischen dem Strom und der Schlackenoberfläche, wie durch die Pfeile 26 angedeutet, transportiert wird. Dadurch, dass auch die äussere Luft in 40 das Zentrum des Gasstromes gelangt, wird auch die Schlacke auf das Zentrum zugetrieben, wodurch diese auf die Saugöffnung 17 zugehoben wird. Je höher die Geschwindigkeit des

Gasstromes ist, umso grösser ist der Absaugwirkungsgrad.

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Diese Strömungsgeschwindigkeit des Gases aus der Düse 19 ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom beim vorherrschenden Unterdruck noch gleichmässig nach einwärts abgelenkt werden kann. Bei Versuchen ergaben sich Werte für die Strömungsgeschwindigkeit zwischen 50 und 340 m/s. 50

Bei einer Anordnung wurde ein Unterdruck von minus 667 mbar bei einer Durchflussmenge von etwa 1 m3/s erzeugt, welches einen Unterdruck von ungefähr minus 267 mbar im Inneren des rohrartigen Gasstromes bildet und es wurde gefunden,

dass der beste Wirkungsgrad bei einer Strömungsgeschwindig- 55 keit von ungefähr 0,4 - 0,5 Mach erzielt wird. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr IMach verspritzt der Gasstrom die Schlacke. Wenn jedoch die Saugmittel eine grössere Kapazität aufweisen, d.h., wenn die Schlackenabsaugvorrich-tung eine grössere Kapazität aufweist, kann die Geschwindig- 60 keit des Gasstromes grösser sein, vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis etwa 1 Mach.

Die Zufuhr des gasförmigen Mediums zur ringförmigen Düsenanordnung 18 wird im folgenden für den Fall beschrieben, dass es sich um Luft handelt. Über Leitungen wird die Luft 65 zu den Öffnungen 22 mit einem Druck von ungefähr 5 bar wie er von einem gewöhnlichen Kompressor geliefert wird. Über die Öffnungen 22 gelangt die Luft in die Vorheizkammer 20, in

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welcher sie durch die Strahlungswärme des geschmolzenen Metalls auf einige 100 ° C aufgeheizt wird. Die heisse Luft strömt durch Schlitze 24 in die ringförmige Düsenanordnung 18, wovon sie durch die Düse 19 nach aussen gelangt. Bei dieser Anordnung mit den erwähnten Zahlenangaben ist die Strömungsgeschwindigkeit ungefähr 1 Mach, wobei diese Strömungsgeschwindigkeit von der Grösse und von der Form der Düse abhängt. Das Aufheizen der Luft vor dem Ausströmen bewirkt eine starke Ausdehnung derselben und dementsprechend eine Verringerung des Verbrauchs an Druckluft. Ferner begünstigt die Volumenverringerung beim Abkühlen der Luft innerhalb des Saugrohres den ganzen Vorgang. Ein weiterer Vorteil bei der Anwendung von vorgeheizter Luft entsteht dadurch, dass die Schlacke nicht verfestigt wird und dadurch besser abgesaugt werden kann.

Im Falle, dass als gasförmiges Medium Dampf genommen wird, ist ein Vorheizen und damit die Vorheizkammer 20 nicht notwendig.

Die sich ausbreitende Form des Gasstromes 25 sorgt für einen verbreiterten Wirkbereich, wodurch verhindert wird, dass dieser durch den Unterdruck zu klein wird. Allerdings ist der Neigungswinkel der Düse 19 genauso wie die Strömungsgeschwindigkeit begrenzt. Selbstverständlich ist auch ein gerade nach abwärts gerichteter Strahl verwendbar.

In den Figuren 4 und 5 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit mehr Einzelheiten dargestellt. Der Saugkopf 4 weist ein inneres Rohr 31 mit einem Saugkanal 15, ein Zwischenrohr 32 und ein äusseres Rohr 33, die einen Mantel 34a und 34b zur Kühlung des Saugkopfes 4 formen, auf. Ein Endstück 35 ist beim unteren Ende des äusseren Rohres 33 und auch beim unteren Ende einer sich vom unteren Ende des inneren Rohres 31 erstreckenden Hülse 36 befestigt. Ein Saugmundstück 37 ist abnehmbar am inneren Durchmesser des Endstückes 35 befestigt, sodass es ausgewechselt werden kann, falls es beschädigt wird. Ein mit dem Endstück 35 einstückig geformtes ringförmiges Trennglied 38 befindet sich innerhalb der Hülse 36, wobei die untere Stirnseite dieses Trenngliedes 38 und die obere Stirnseite des Saugmundstückes 37 eine erste Düse 40 mit ringförmiger Öffnung bilden. Die äussere Umfangfläche des Trenngliedes 38 und die innere Umfangfläche der Hülse 36 bilden eine zweite Düse 41. Die Verbindung zwischen dem Endstück 35 und dem Trennglied 38 wird durch Schlitze 39 hergestellt. In der Hülse 36 gegenüber dem Trennglied 38 befinden sich Wassereinlassöffnungen 42, die gleichförmig verteilt am Umfang der Hülse 36 angeordnet sind. Die Wasserein-lässe 42 stehen über einer Wasserzuführung 44 zwischen dem äusseren Rohr 33 und einem um das Mittelrohr befestigten Schieberhalter 43 mit dem äusseren Kühlwassermantel 34a in Verbindung. Die Wassereinlässe 42 stehen ferner über eine Rückleitung 45 im Schieberhalter 43 mit dem inneren Kühlwassermantel 34b in Verbindung. Ein Schieber 46 verhindert das Fliessen von Wasser zu den Einlässen 42, wenn sein unteres Ende in festem Kontakt mit dem Endstück 35 steht. Der Schieber 46 wird durch den Halter 43 und die Hülse 36 getragen und ist dazwischen vertikal verschiebbar und weist einen oberen kolbenförmigen Teil, der in eine zylindrische Kammer 48 passt, auf, wobei diese Kammer durch den Schieberhalter 43 und die Hülse 36 definiert wird. Die zylindrische Kammer 48 enthält eine obere Kammer 48a, die über einen öleinlass 50 in der Hülse 36 mit einer ersten Ölleitung 49 im inneren Kühlmantel 34b in Verbindung steht, und eine untere Kammer 48b, die über einen öleinlass 51 im Schieberhalter 43 mit einer zweiten Ölleitung 52 im Kühlmantel 34b in Verbindung steht, siehe Figur 5. Das in die untere, bzw. obere Kammer gelangende Öl bildet ein hydraulisches Hubmittel 53 um den Schieber 46 auf oder abwärts zu bewegen. Die Zufuhr des Öles in den Ölleitungen 49 und 52 wird mittels eines nicht gezeigten Druckfühlers im Saugkanal 15 gesteuert

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Der Saugkopf 4 weist ferner eine ringförmige Düsenanordnung 18, die einstückig mit der Vorheizkammer 20 ausgebildet ist auf. Die Düsenanordnung 18 weist einen Körper 21 mit einer inneren umlaufenden Wand 53 auf, an welchem oberen Teil ein Flansch 54 angebracht ist. Der Flansch 54 ist mittels Schrauben und Muttern 57 und einer Dichtung 56 an einem Befestigungsflansch 55 befestigt, wobei dieser Befestigungsflansch 55 um das äussere Rohr 33 angeordnet ist. Auf diese Weise ist die ringförmige Düsenanordnung 18 hermetisch am äusseren Umfang des Saugkopfes 4 befestigt. Die innere Wand 53 des Körpers 21 bildet die Vorheizkammer 20 und erstreckt sich weiter abwärts, wobei das über die Vorheizkammer 20 herabhängende Stück 60 die innere Umfangsfläche 60a der Ringdüse 19 bildet. Diese innere Umfangsfläche verjüngt sich nach unten. Die äussere Umfangsfläche der Düse 19 wird durch ein Düsenstück 61 gebildet, welches durch ein Befestigungsrohr 62, welches sich vom Bodenstück 58 der Vorheizkammer 20 nach abwärts erstreckt, gehalten wird. Das Befestigungsrohr 62 besitzt ein inneres Gewinde 64, während das Düsenstück 61 ein äusseres Gewinde 63 besitzt, so dass das Düsenstück 61 durch Drehen in vertikaler Richtung verstellbar ist. Da die Innenfläche der Düse konisch verläuft, kann die Öffnung dieser Düse durch Verstellen des Düsenstückes 61 verändert werden. Da sich die Düse nach aussen hin verbreitert, ist es möglich, eine Strömungsgeschwindigkeit von über 1 Mach zu erreichen. Das Düsenstück 61 kann mittels eines Griffes, hier eine Schraube 65, verstellt werden.

Die Arbeitsweise ist die folgende:

Der Saugkopf 4 wird in einem geeigneten Abstand über der Schlackenoberfläche 3 in Stellung gebracht. Das sich in der Vorheizkammer 20 befindliche gasförmige Medium strömt dadurch aus der ringförmigen Düsenanordnung 18 aus, um einen Strahl 25 zu bilden, wie in Figur 3 gezeigt. Im Saugkanal 15 herrscht dauernd Unterdruck, wodurch die Schlacke in die Saugöffnung 17 gezogen wird. Während dem Absaugen ist der Schieber 46 in gehobener Stellung, wodurch die Wassereinlässe 42 geöffnet sind. Dadurch gelangt Wasser vom äusseren Kühlwassermantel 34a über die Zuleitung 44 zur ersten Düse 40, von welcher das Wasser gegen die Achse des Endstückes 35 abgelenkt wird, wodurch die abgesaugte Schlacke schnell gekühlt und granuliert wird. Dieses Wasser kühlt ebenfalls das Saug-5 mundstück 37 ab und benetzt dessen innere Oberfläche, wodurch der direkte Kontakt mit der Schlacke vermindert wird und einen Dämpfungseffekt hervorruft. Gleichzeitig mit dem Ausströmen des Wassers aus der ersten Düse 40 spritzt auch Wasser aus der zweiten Düse 41 entlang der Innenfläche der io Hülse 36 heraus. Dieses Wasser verhindert das Haften der Schlacke an der inneren Oberfläche der Hülse 36. Die vorliegende Anordnung ist derart ausgelegt, dass etwa 70% der ganzen Wassermenge über die erste Düse 40 und die restliche Wassermenge über die zweite Düse 41 herausgespritzt wird. Da i5 das Wasser vom äusseren Kühlmantel 34a wegen des Widerstandes an den Wassereinlässen 42 und durch die Anordnung eines Umleitungssystems (Bypass-system) mit einem zum inneren Kühlmantel 34b reichenden Rückführungskanal 45 mit einer konstanten Durchflussmenge eingespeist wird, kann das 20 oben angegebene Verhältnis zwischen der Kühlwassermenge jederzeit genau eingehalten werden. Ausserdem verhindert ein solches Rückflusssystem eine lokale Erhitzung.

Sollte sich der Druck im Saugkanal 15 auf ein normales 25 Niveau erhöhen, sei es durch Stromausfall oder fehlerhaftes Arbeiten der Vakuumpumpe, so wird der Druckfühler ein Signal aussenden, woraufhin Öl über die Ölleitungen 49 in die obere Kammer 48a zugeführt wird, wodurch der Schieber 46 abgesenkt wird, damit kein Wasser durch die Wassereinlässe 42 30 mehr strömt. Um die Wasserversorgung wieder herzustellen, wird öl über die zweite Ölleitung 52 durch den Öleinlass 51 in die untere Kammer 48b zugeführt und so der Schieber 46 gehoben. Da sich der Schieber 46 sehr nahe den Düsen 41 und 42 befindet, kann die Zufuhr von Wasser durch diese Düsen 35 sehr schnell gestoppt werden, wodurch eine hohe Sicherheit erreicht wird. Da dieser Schieber ausserdem hydraulisch betätigt wird, ist seine zuverlässige Arbeit gewährleistet.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Entfernen von Schlacke aus einem Metallschmelzofen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom, dessen Volumen die Form eines Rohres aufweist und innerhalb dessen ein Unterdruck herrscht, gegen die Schlacken- 5 Oberfläche gerichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass der Gasstrom ein Luftstrom ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass der Gasstrom ein Dampfstrom ist. 10
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass ein Gasstrom dessen Volumen die Form eines konischen Rohres hat, erzeugt wird, um eine gegen die Schlackenoberfläche hin sich erweiternde Zone zu schaffen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 15 dass der Gasstrom vorgeheizt wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Mitteln (5) zur Erzeugung eines Soges und einem mit diesem Mitteln (5) verbundenen Saugkopf, gekennzeichnet durch eine ringförmige Düsenanordnung (18) um den 20 Saugkopf (4).
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Düsenanordnung (18) eine aufgeweitete Düse (19) aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 25 dass die Düsenanordnung (18) eine Düse (19) sowie Mittel (61, 62) zum Verändern der Öffnung dieser Düse aufweist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine (61a) der die Düse (19) definierenden Wände in axialer Richtung einstellbar ist, während die andere Wand (60a) 30 bezüglich der Achse des Saugkopfes (4) konisch ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Düsenanordnung (18) eine Vorheizkammer (20) aufweist.

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