CH633728A5

CH633728A5 - METHOD FOR MIXING LIQUID METALS IN MELTING AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD.

Info

Publication number: CH633728A5
Application number: CH794678A
Authority: CH
Inventors: Boris Sergeevich Dolzhenkov; Igor Alexandrovich Partin; Leonid Anatolievich Loginov; Genrikh Ivanovich Kabakov; Jury Nikolaevich Lanin; Sergei Georgievich Turanin; Viktor Ivanovich Plokhov; Sergei Stepanovich Semin; Gershon Davidovich Dymov; Gennady Vasilievich Cherepok
Original assignee: Dolzhenkov Boris S; Partin Igor A; Loginov Leonid A; Kabakov Genrikh I; Lanin Jurij N; Sergei Georgievich Turanin; Plochov Viktor I; Semin Sergei St; Dymov Gershon D; Cherepok Gennady V
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1982-12-31
Also published as: JPS5926876B2; GB2002644A; JPS5441207A; AT364538B; GB2002644B; CA1106600A; ATA540078A; FR2398806B1; FR2398806A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermischung flüssiger Metalle beim Schmelzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4. The invention relates to a method for mixing liquid metals during melting according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 4.

Die Erfindung wird insbesondere auf dem Gebiet des Hüttenwesens angewendet. Die Vermischung der flüssigen Metalle während des Schmelzens erfolgt unmittelbar im Bad von Schmelzöfen, wodurch sich der Schmelzvorgang in den meisten Fällen beschleunigen lässt und eine homogene chemische Zusammensetzung der Schmelze und gleichmässiges Temperaturfeld des Metallbades erzielbar sind. The invention is applied in particular in the field of metallurgy. The mixing of the liquid metals during melting takes place directly in the bath of melting furnaces, whereby the melting process can be accelerated in most cases and a homogeneous chemical composition of the melt and a uniform temperature field of the metal bath can be achieved.

Gegenwärtig sind verschiedene Verfahren zur Vermischung von flüssigen Metallen unmittelbar im Schmelzofenbad bekannt, welche beispielsweise mechanisch, elektromagnetisch oder gasdynamisch arbeiten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das aussichtsreichste und in der Realisierung einfachste Verfahren zur gasdynamischen Vermischung von flüssigen Metallen, insbesondere von aggressiven Metallen, wie Aluminium- und ähnlichen Legierungen. Various methods for mixing liquid metals directly in the melting furnace bath are currently known, which work, for example, mechanically, electromagnetically or gas dynamically. The present invention relates to the most promising and, in terms of implementation, the simplest method for gas-dynamic mixing of liquid metals, in particular aggressive metals, such as aluminum and similar alloys.

Das vorstehend erwähnte, bekannte Verfahren zur Vermischung, das einen bestimmten Schmelzleistungsgewinn bietet, ist mit wesentlichen Nachteilen behaftet. So ist beispielsweise eine konstante Zeitspanne zwischen den Druckimpulsen der Druckgaseinwirkung auf eine Metallportion im Rohr für eine der Etappen optimal, für zwei andere Etappen jedoch nicht. The above-mentioned known method of mixing, which offers a certain gain in melting performance, has significant disadvantages. For example, a constant time period between the pressure impulses of the pressure gas effect on a metal portion in the tube is optimal for one of the stages, but not for two other stages.

Ausserdem wird die Druckgasenergie für die Beschleunigung des Metalls im Rohr auf die geforderte Geschwindigkeit bei weitem nicht voll genutzt. Die Ursache liegt darin, dass ein beträchtlicher Teil der Energie des Druckgasimpulses für die Stillsetzung des Metalls im Rohr in der Periode seiner Entnahme aus dem Bad verbraucht wird. Ein Teil der Energie wird unmittelbar für die Stillsetzung des Metalls, der andere aber für die Abtrennung des Vakuums von dem Arbeitsraum der Pumpe ausgenutzt. Und nur der übriggebliebene Teil der Energie des Impulses wird für die Beschleunigung des Metalls bis auf eine bestimmte Geschwindigkeit genutzt. Hierbei gelingt es naturgemäss bei weitem nicht immer, diese geforderte Ausflussgeschwindigkeit des Metalls aus dem Rohr zu erzielen, von der die Wirksamkeit In addition, the compressed gas energy is by far not fully used to accelerate the metal in the pipe to the required speed. The reason for this is that a considerable part of the energy of the compressed gas pulse is used to shut down the metal in the pipe in the period of its removal from the bath. Part of the energy is used directly to shut down the metal, the other part is used to separate the vacuum from the working area of the pump. And only the remaining part of the energy of the impulse is used to accelerate the metal up to a certain speed. Naturally, it is by no means always possible to achieve this required outflow rate of the metal from the tube, from which the effectiveness

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der Vermischung des Metalls insgesamt abhängt. Zugleich ist es nicht zweckmässig, den Weg der Vergrösserung der Anfangsenergie des Impulses einzuschlagen, weil die Gegenwirkung des im Rohr aufsteigenden Metalls und des Druckgasstromes, der die Geschwindigkeit des Metalls bis zur vollständigen Stillsetzung dämpft, in der Regel zu einer gewissen Gassättigung des Metalls führt. depends on the mixing of the metal as a whole. At the same time, it is not expedient to take the path of increasing the initial energy of the pulse, because the counteraction of the metal rising in the pipe and the pressurized gas flow, which dampens the speed of the metal until it is completely stopped, generally leads to a certain gas saturation of the metal.

Soll aber der Impulswert vergrössert werden, so kann man naturgemäss auch eine Erhöhung der Gassättigung des Metalls erwarten, was äusserst unerwünscht ist. However, if the pulse value is to be increased, one can naturally also expect an increase in the gas saturation of the metal, which is extremely undesirable.

Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Intensivierung des Prozesses der Vermischung von geschmolzenem Metall, beispielsweise Aluminium und seinen Legierungen, in Flammöfen grossen Fassungsvermögens mit vorwiegend rechteckigem Querschnitt ab, bei denen die Tiefe des Schmelzbades die Ofenlänge um ein Mehrfaches unterschreitet. The present invention aims to intensify the process of mixing molten metal, for example aluminum and its alloys, in large-capacity flame furnaces with a predominantly rectangular cross-section, in which the depth of the melting bath is several times shorter than the furnace length.

Bekannt ist ein Verfahren und eine Anlage zur Vermischung von geschmolzenem Metall nach der US-PS 4 008 884, Kl. 266/233,75/93 bzw. C 22b 9/02, angemeldet am 17. Juni 1976 von den Erfindern Nigel Patrick Fitzpatrik, James Nevill Byrnl et al., welches Patent der Firma Alcan Research and Development Limited Montreal, Canada, gehört. A method and a plant for mixing molten metal according to US Pat. No. 4,008,884, cl. 266 / 233.75 / 93 and C 22b 9/02, filed on June 17, 1976 by the inventors Nigel Patrick Fitzpatrik is known , James Nevill Byrnl et al., Which patent belongs to Alcan Research and Development Limited Montreal, Canada.

Dieses bekannte Vermischungsverfahren besteht im abwechselnden Entnehmen des geschmolzenen Metalls aus dem Bad in einen begrenzten Raum, beispielsweise einen rohrförmigen Behälter, bis zu einem bestimmten Niveau über dem geschmolzenen Metall und im Auslassen desselben in das Bad in Gestalt eines eingetauchten Strahls mit einer hohen Geschwindigkeit sowie im Wiederholen solcher abwechselnden Stadien der Entnahme und des Auslasses zwecks Vermischung des Bades, bei welchem Verfahren der eingetauchte Strahl im unteren Bereich des Bades auf eine Entfernung beträchtlich grösser als die Badtiefe horizontal geleitet wird. This known mixing method consists of alternately removing the molten metal from the bath into a limited space, for example a tubular container, up to a certain level above the molten metal and discharging it into the bath in the form of a submerged jet at a high speed as well as Repeating such alternating stages of removal and outlet for mixing the bath, in which process the submerged jet is horizontally directed to a distance considerably greater than the bath depth in the lower region of the bath.

Gemäss dem Verfahren werden die abwechselnden Stadien der Entnahme und des Auslasses durch Ansaugung und Zuführung des Drucks des gasförmigen Mediums zum begrenzten Raum über dem geschmolzenen Metall (zum oberen Teil des rohrförmigen Behälters) ausgeführt, wobei die Entnahme des flüssigen Metalls durch eine begrenzte Öffnung des erwähnten Behälters auf einem niedrigeren Niveau des Bades erfolgt, während das Auslassen des eingetauchten Strahls im unteren Bereich des Bades in der horizontalen Richtung geschieht. According to the method, the alternate stages of extraction and outlet are carried out by drawing and supplying the pressure of the gaseous medium to the limited space above the molten metal (to the upper part of the tubular container), the extraction of the liquid metal through a limited opening of the above Container is done at a lower level of the bath while the submerged jet is discharged in the lower part of the bath in the horizontal direction.

Dieses Verfahren sieht auch vor, dass jedes Ansaugstadium die Lieferung eines Ansaugsignals bei der Bestimmung der Grösse des Vakuums im oberen Teil des Behälters und die Kontrolle der Ansaugdauer entsprechend dem Vakuum in der vorgegebenen Höhe, die Vermittlung der Ansaugwirkung zum Heben des geschmolzenen Metalls im Behälter, die Bestimmung der Steighöhe des Metalls und die Unterbrechung der Ansaugung, wenn das Metall das vorbestimmte Niveau erreicht, einschliesst. This method also provides that each suction stage is to supply a suction signal when determining the size of the vacuum in the upper part of the container and to control the suction duration according to the vacuum at the specified level, to mediate the suction effect for lifting the molten metal in the container, includes determining the height of rise of the metal and stopping suction when the metal reaches the predetermined level.

Gemäss der US-PS 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 (Ansaugung) des Metalls in den erwähnten Behälter bis zu einem bestimmten Niveau über dem Schmelzbad 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. Austragen dienende Solenoidventile in den Ejektor. According to US Pat. No. 4,008,884, the molten metal installation contains a device for mixing the molten metal, which is in the form of a tubular container having a nozzle immersed in the melt at the lower end and one at the upper end of the tubular container Device (ejector) for alternately removing (sucking) the metal into said container up to a certain level above the melt pool and for discharging the metal from the container into the bath through the nozzle under the action of the gaseous medium. The gaseous medium (air) arrives in the ejector from a reservoir via solenoid valves that are used for feeding and discharging.

Die Aufeinanderfolge der Ein- und Austragoperationen wird von einem Vakuumrelais und einem elektrisch wirkenden chronometrischen Zeitrelais überwacht. Zur Kontrolle der zulässigen Steighöhe des Metalls ist in den Innenraum des rohrförmigen Behälters ein elektrischer Höhenstandsgeber eingeführt, der mit einem Abschaltrelais verbunden ist. The sequence of the entry and exit operations is monitored by a vacuum relay and an electrically acting chronometric time relay. To control the permissible height of the metal, an electrical level sensor is inserted into the interior of the tubular container, which is connected to a switch-off relay.

Das obenangeführte bekannte Verfahren und die Einrichtung zur gasdynamischen Vermischung von flüssigen Metallen besitzen folgende Nachteile, die in gewissem Grad deren breite Anwendung einschränken. The above-mentioned known method and the device for gas dynamic mixing of liquid metals have the following disadvantages, which to a certain extent limit their wide use.

Die unbewegliche Lage des Rohrs der Pumpe im Ofenbad gestattet eine intensive Vermischung jedoch nur in einer recht begrenzten Zone, 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 geringen Fassungsvermögen, wird es erforderlich sein, mindestens zwei Pumpen zu installieren, um ein schnelles Schmelzen und Lösen 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 Druckgasverbrauch. 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 Gesichtswinkel der Schaffung optimaler Bedingungen für den Wärme- und Stoffaustausch voll zu nutzen. Besonders schwerwiegend zeigt sich dieser Nachteil beim Schmelzen eines festen Einsatzes, wenn die Temperatur der Metallschmelze noch verhältnismässig niedrig ist, und die Umspülung der festen Stücke des Einsatzgutes durch einen Metallstrahl mit solch einer relativ niedrigen Temperatur führt naturgemäss zu keinen optimalen Resultaten hinsichtlich der Schmelzgeschwindigkeit und Wärmenutzung im Ofen. However, the immobile position of the pump tube in the furnace bath permits intensive mixing only in a very limited zone, which necessitates the installation of a considerable number of similar pumps, especially in melting furnaces with large tonnages. When melting metal in round or square furnaces, even with a relatively small capacity, it will be necessary to install at least two pumps in order to achieve a quick melting and dissolving of alloy additives. It is not always possible to install a significant number of pumps on a melting furnace, and this also leads to increased compressed gas consumption. The removal and ejection of the metal at a certain constant height above the stove surface does not allow the full potential of this promising process to be fully exploited from the point of view of creating optimal conditions for heat and material exchange. This disadvantage is particularly severe when melting a solid insert when the temperature of the molten metal is still relatively low, and the surrounding area of the solid pieces of the feed material with a relatively low temperature naturally does not lead to optimal results in terms of melting speed and heat utilization in the oven.

Bei Schmelzöfen mit einer beträchtlichen Badtiefe von 30 mm und mehr zeigt dieses Verfahren gleichfalls keine guten Ergebnisse. In diesem Falle ist es relativ kompliziert, die optimale Anordnung der Pumpen über der Badhöhe für den Schmelzvorgang zu finden, wenn sich der Metallspiegel in weiten Grenzen verändert. This method likewise does not give good results for melting furnaces with a considerable bath depth of 30 mm or more. In this case, it is relatively complicated to find the optimal arrangement of the pumps above the bath height for the melting process if the metal level changes within wide limits.

Des weiteren wird die Energie des Druckgasimpulses nicht genug ausgenutzt, da das Druckgas seine Einwirkung auf die sich nach oben bewegende oder bestenfalls auf die unbewegliche Portion des flüssigen Metalls im Rohr der Pumpe beginnt. Dadurch ist es unmöglich, maximale Ausflussgeschwindigkeiten des Metallstrahls aus dem Rohr der Pumpe bei einem vorgegebenen Gasdruck zu erreichen. Die Steigerung des Gasdruckes führt zu einer Erhöhung des energetischen Aufwandes und schafft die Voraussetzung für den unerwünschten Anstieg der Gassättigung des Metalls. Furthermore, the energy of the compressed gas pulse is not used enough, since the compressed gas begins to act on the moving portion of the liquid metal in the pump tube, or at best on the immobile portion of the liquid metal. This makes it impossible to achieve maximum outflow velocities of the metal jet from the pipe of the pump at a given gas pressure. The increase in gas pressure leads to an increase in energy expenditure and creates the conditions for the undesirable increase in gas saturation of the metal.

Das Arbeiten mit einer vorgegebenen Vakuumhöhe, die für eine jede konkrete Pumpe von einem Vakuumrelais überwacht wird, gestattet es nicht, die Geschwindigkeit einiger-massen merklich zu erhöhen und folglich die Zeit für die Entnahme einer Metallportion durch das Rohr der Pumpe zu verkürzen. Ausserdem vergrössert die Erzeugung des Vakkums von einem Ejektor, der an der Pumpe montiert ist und erst nach beendeter Zuführung des Druckgasimpulses über das entsprechende 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 Wirkungsgrad der Pumpe insbesondere im Stadium des Herunterschmelzens des festen Einsatzes herab, wenn "eine erhöhte Häufigkeit der Zyklen der Entnahme und des Auswurfes der Metallportionen ins Bad erforderlich ist. Working with a given vacuum level, which is monitored by a vacuum relay for each specific pump, does not allow the speed to be increased noticeably, and consequently the time taken for a metal portion to be removed through the pipe of the pump. In addition, the generation of the vacuum by an ejector, which is mounted on the pump and is only switched on after the supply of the compressed gas pulse via the corresponding solenoid, greatly increases the time required for the removal of the metal into the pipe. Here too, no reserves are foreseen to increase the speed of metal removal into the pipe of the pump. Both of these circumstances somewhat reduce the efficiency of the pump, particularly at the stage of the meltdown of the solid insert, when "an increased frequency of the cycles of removing and ejecting the metal portions into the bath is required.

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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines solchen Verfahrens und einer solchen Vorrichtung zur Vermischung von flüssigen Metallen beim Schmelzen, die es ermöglichen, die Wirksamkeit der Vermischung der flüssigen Metalle in grosstonnagigen Schmelzöfen zu erhöhen und die Nachteile der bekannten Verfahren und Einrichtungen der genannten Zweckbestimmung zu beseitigen. The aim of the present invention is to provide such a method and such a device for mixing liquid metals during melting, which make it possible to increase the effectiveness of mixing the liquid metals in large-scale melting furnaces and the disadvantages of the known methods and devices for the stated purpose to eliminate.

Der vorliegende Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine solche Koordinierung der Kraftwirkungen auf die entnommene Metallportion im Rohr der Pumpe zu erreichen, dass ein beschleunigter Auswurf des Metalls in die im Bad befindliche Schmelze mit höchster Wirksamkeit erzielt wird. The present invention is based on the technical problem of achieving such a coordination of the force effects on the removed metal portion in the pipe of the pump that an accelerated ejection of the metal into the melt in the bath is achieved with the greatest effectiveness.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Durch die erfindungsgemässe Lösung lassen sich flüssige Metalle in grosstonnagigen Öfen wirksamer vermischen, indem die Voraussetzungen dafür geschaffen wurden, die Metallportionen beim Ausstoss in das Schmelzbad auf höhere Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Dies ist dadurch möglich, dass der Druckimpuls des Druckgases in einem Zeitpunkt auf die entnommene Metallportion einwirkt, in welchem die Abwärtsbewegung dieser Portion unter der Wirkung der Schwerkraft bereits eingesetzt hat. In diesem Fall wird die volle Energie des Druckimpulses für die Beschleunigung der Metallportion ausgenutzt, da diese zum entsprechenden Zeitpunkt schon eine bestimmte Geschwindigkeit in Ausstossrichtung erreicht hat. In der Folge lässt sich eine höhere Ausstossgeschwindigkeit aus dem Rohr erzielen, mit dem Resultat, dass die ausgestossene Metallportion im Schmelzbad einen grösseren Weg zurücklegt, der insbesondere in grosstonnagigen Aggregaten eine wirksamere Durchmischung gewährleistet. Durch die erfindungsgemässe Lösung wird auch eine gegenläufige Bewegung zwischen der im Rohr befindlichen Metallportion und dem impulsmässig zugeführten Druckgas vermieden, so dass die Möglichkeit zur unerwünschten Sättigung des Metalls mit Gas im Vergleich zur gegenläufigen Bewegung stark herabgesetzt wird. The solution according to the invention allows liquid metals to be mixed more effectively in ovens with large tonnages by creating the conditions for accelerating the metal portions to higher speeds when they are ejected into the molten bath. This is possible because the pressure pulse of the compressed gas acts on the removed metal portion at a point in time at which the downward movement of this portion has already started under the effect of gravity. In this case, the full energy of the pressure pulse is used to accelerate the metal portion, since it has already reached a certain speed in the direction of ejection at the appropriate time. As a result, a higher ejection speed can be achieved from the tube, with the result that the ejected metal portion in the weld pool travels a larger distance, which ensures more effective mixing, particularly in units with large tonnages. The solution according to the invention also avoids an opposing movement between the metal portion in the tube and the pressurized gas supplied in pulses, so that the possibility of undesired saturation of the metal with gas is greatly reduced compared to the opposing movement.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 2 erlaubt es, die Energie des Druckgases dadurch wirtschaftlicher auszunutzen, indem für die Stillsetzung und die vorläufige Beschleunigung der Metallportion des entnommenen Metalls die Energie des umgebenden Mediums, in diesem Fall der Atmosphäre, ausgenutzt wird, wobei die Beschleunigung der Metallportion bereits in jenem Moment beginnt. Die Energie des Druckgases wird vollständig für die Beschleunigung der sich im Rohr bewegenden Metallportion ausgenutzt, wodurch die Ausstossgeschwindigkeit des Metallstrahls aus dem Rohr erhöht, der Weg im Bad vergrössert und der Vermischungsvorgang intensiviert werden kann. An embodiment according to claim 2 makes it possible to utilize the energy of the compressed gas more economically by utilizing the energy of the surrounding medium, in this case the atmosphere, for the shutdown and the preliminary acceleration of the metal portion of the removed metal, the acceleration of the metal portion already starts at that moment. The energy of the compressed gas is fully used to accelerate the metal portion moving in the tube, which increases the speed of ejection of the metal jet from the tube, increases the path in the bath and intensifies the mixing process.

Eine weitere Ausgestaltung nach Anspruch 3 erlaubt es, die energie des Druckgases dadurch noch besser auszunutzen, indem der Strom des Druckgases in einen minimal notwendigen Weg bis zum Zusammentreffen mit dem sich im Rohr nach unten bewegenden Metall zurücklegt und die volle Energie unmittelbar für die Beschleunigung des Metalls zur Verfügung steht. A further embodiment according to claim 3 allows the energy of the compressed gas to be exploited even better by the current of the compressed gas traveling in a minimally necessary way until it meets the metal moving downward in the tube and the full energy directly for the acceleration of the Metal is available.

Die Vorrichtung zur Ausführung des erfmdungsgemäs-sen Verfahrens gestattet es, ohne irgendwelche Umbauten das Rohr in einem grosstonnagigen Schmelzofen zu installieren und Voraussetzungen zur wirksamen Vermischung dadurch zu erreichen, dass die Vorrichtung zur Verbindung des Innenraumes des Rohrs mit der Atmosphäre innerhalb des erwähnten Innenraumes angeordnet ist und zum Öffnen die Energie der im Rohr aufsteigenden Metallportion ausnutzt. Die Verbindung dieser Einrichtung mit dem Metall über den Schwimmer gewährleistet, dass der Innenraum des Rohrs bei jedem Zyklus der Entnahme der Metallportion in das Rohr mit der Atmosphäre verbunden wird und schafft somit die Voraussetzungen zur Erreichung einer hohen Ausstossgeschwindigkeit der Metallportion aus dem Rohr bei der nachfolgenden Einwirkung des Druckimpulses des Druckgases. The device for carrying out the method according to the invention allows the pipe to be installed in a melting furnace with large tonnage without any modifications and to achieve prerequisites for effective mixing by arranging the device for connecting the interior of the pipe to the atmosphere within the aforementioned interior and uses the energy of the metal portion rising in the tube to open it. The connection of this device with the metal via the float ensures that the interior of the tube is connected to the atmosphere with each cycle of the removal of the metal portion into the tube and thus creates the conditions for achieving a high ejection speed of the metal portion from the tube in the subsequent one Effect of the pressure pulse of the compressed gas.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 5 ermöglicht es, Voraussetzungen zur Verminderung der Sättigung des Metalls mit Gas in der Periode des Ausstosses unter der Einwirkung des Druckimpulses dadurch zu schaffen, dass der Strom des Druckgases über den gesamten Querschnitt des Rohrs gleichmässig verteilt wird. An embodiment according to claim 5 makes it possible to create conditions for reducing the saturation of the metal with gas in the period of the ejection under the action of the pressure pulse by distributing the flow of the compressed gas evenly over the entire cross section of the tube.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 6 ermöglicht es, die Entnahme der Metallportionen durch das Rohr bei unterschiedlichen Steiggeschwindigkeiten der Metallportionen zu gewährleisten, indem der Abstand zwischen dem Schwimmer und der Ringhülse zur Anpassung an die jeweilige Steigegeschwindigkeit veränderbar ist. Ausserdem sind der Schwimmer und die Ringhülse bei einer solchen Ausführungsform auswechselbar. An embodiment according to claim 6 makes it possible to ensure the removal of the metal portions through the tube at different rates of rise of the metal portions by changing the distance between the float and the ring sleeve to adapt to the respective rate of climb. In addition, the float and the ring sleeve are interchangeable in such an embodiment.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 7 gestattet es, die Steiggeschwindigkeit der Metallportion im Rohr dadurch zu erhöhen, dass bei Vakuumwerten gearbeitet werden kann, wenn das Metall theoretisch über den Deckel hinaus aufsteigt. In einem solchen Fall ist ohne irgendwelche zusätzlichen Überprüfungsmittel die zeitliche Übereinstimmung des Druckgasimpulses mit dem Beginn des freien Falls der Metallportion gewährleistet. An embodiment according to claim 7 makes it possible to increase the rate of rise of the metal portion in the tube by working at vacuum values if the metal theoretically rises above the lid. In such a case, the temporal correspondence of the compressed gas pulse with the beginning of the free fall of the metal portion is ensured without any additional checking means.

Eine technische Ausführungsform nach Anspruch 8 erlaubt es, die Grösse der Steigzone der Metallportion über den Taststift zu regeln und demzufolge die zeitliche Übereinstimmung der Zuführung des Druckgasimpulses mit dem Beginn des freien Falls der Metallportion zu gewährleisten. A technical embodiment according to claim 8 makes it possible to regulate the size of the rising zone of the metal portion via the stylus and consequently to ensure that the supply of the compressed gas pulse coincides with the beginning of the free fall of the metal portion.

Eine technische Ausführungsform nach Anspruch 9 gestattet es, den Einfluss der Vakuumeinrichtung auf diejenigen Bedingungen einzuschränken, die für den zeitlichen Zusammenfall der Zuführung des Druckimpulses mit dem Beginn des freien Falls der Metallportion geschaffen sind, indem in der Periode der Impulszuführung die Vakuumeinrichtung von dem Innenraum des Rohrs getrennt wird, um den freien Fall der Metallportion im Rohr nicht zu behindern. Bei einer solchen Ausführungsform wird auch die entsprechende Einstellung auf den Zusammenfall der erwähnten Operationen erleichtert. A technical embodiment according to claim 9 allows the influence of the vacuum device to be restricted to those conditions which are created for the temporal coincidence of the supply of the pressure pulse with the beginning of the free fall of the metal portion, in that in the period of the pulse supply the vacuum device from the interior of the Pipe is separated so as not to impede the free fall of the metal portion in the pipe. In such an embodiment, the corresponding adjustment to the coincidence of the operations mentioned is also facilitated.

Ausserdem bietet eine solche technische Ausführungsform die Möglichkeit, die Schnellwirkung und folglich die Leistung des als Pumpe dienenden Rohrs dadurch zu erhöhen, dass keine Ausrüstungen und keine entsprechende Zeit für den Anschluss der Vakuumeinrichtung an den Innenraum des Rohrs nach beendeter Wirkung des Druckimpulses erforderlich sind. Die Häufigkeit der Zyklen lässt sich aber in diesem Fall mittels eines Drosselorgans leicht regeln, welches die momentane Grösse der Vakuumzunahme im Innenraum des Rohres und dementsprechend auch die Geschwindigkeit der Entnahme der Metallportion aus dem Bad bestimmt. In addition, such a technical embodiment offers the possibility of increasing the quick action and consequently the performance of the tube serving as a pump by the fact that no equipment and no corresponding time are required for connecting the vacuum device to the interior of the tube after the pressure pulse has ended. In this case, however, the frequency of the cycles can easily be regulated by means of a throttle element, which determines the instantaneous size of the vacuum increase in the interior of the tube and, accordingly, the speed at which the metal portion is removed from the bath.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich erläutert. Die Zeichnungen zeigen: Exemplary embodiments of the invention are explained in detail below with reference to the drawings. The drawings show:

Fig. 1 ein Prinzipschema einer Vorrichtung zur Vermischung flüssiger Metalle beim Schmelzen mit einer dem Schmelzbad in einem Rohr entnommenen Metallportion, 1 shows a basic diagram of a device for mixing liquid metals during melting with a metal portion removed from the molten bath in a tube,

Fig. 2 ein Diagramm der zeitlichen Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der zurückgeführten Metallportion, 2 shows a diagram of the temporal change in the speed of movement of the returned metal portion,

Fig. 3 einen Längsschnitt der Vorrichtung mit einem Prinzipschema zur Steuerung, 3 shows a longitudinal section of the device with a basic scheme for control,

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Fig. 4 einen Längsschnitt des mit einem Ventil ausgerüsteten Rohrendes gemäss Fig. 3 im Augenblick der Zuführung des Druckgasimpulses, 4 shows a longitudinal section of the pipe end equipped with a valve according to FIG. 3 at the moment of the supply of the compressed gas pulse,

Fig. 5 die Anordnung nach der Fig. 4 im Augenblick der Verbindung des Innenraumes des Rohrs mit der umgebenden Atmosphäre, 5 shows the arrangement according to FIG. 4 at the moment of connection of the interior of the tube with the surrounding atmosphere,

Fig. 6 ein Schema zur Steuerung für die Zuführung des Druckgasimpulses in der Vorrichtung gemäss Fig. 3, 6 shows a diagram for controlling the supply of the compressed gas pulse in the device according to FIG. 3,

Fig. 7 die Befestigung eines elektrischen Kontaktes eines Taststiftes am Deckel der Vorrichtung gemäss Fig. 3 und Fig. 7, the attachment of an electrical contact of a stylus on the lid of the device according to Fig. 3 and

Fig. 8 eine Anordnung zur Unterbrechung des Vakuums in der Vorrichtung gemäss Fig. 3. 8 shows an arrangement for interrupting the vacuum in the device according to FIG. 3.

Das prinzipielle Schema der Durchführung einer Vermischung von flüssigen Metallen beim Schmelzen wird anhand der Fig. 2 erläutert, in der ein Diagramm der Pumpenarbeit dargestellt ist, das mit der jeder Etappe entsprechenden Bewegung des Metalls im Rohr der Pumpe in Ubereinstimmung gebracht ist, wobei The basic scheme for carrying out a mixing of liquid metals during melting is explained with reference to FIG. 2, in which a diagram of the pump work is shown, which is brought into agreement with the movement of the metal in the pipe of the pump corresponding to each stage, whereby

V die Bewegungsgeschwindigkeit des Metalls im Rohr (ein Zeichen zeigt die Bewegungsrichtung an), V the speed of movement of the metal in the pipe (a sign indicates the direction of movement),

T die Zeit, T the time

Pj den Druck eines Hauptimpulses des Druckgases und P2 den Druck eines Zusatzimpulses des Druckgases darstellen. Pj represent the pressure of a main pulse of the compressed gas and P2 represent the pressure of an additional pulse of the compressed gas.

Mit gestrichelter Linie ist im Diagramm vergleichsweise die Beschleunigung des Metalls im Rohr bei einem bekannten Verfahren angedeutet. The dashed line in the diagram shows a comparison of the acceleration of the metal in the pipe in a known method.

In der Fig. 1 ist schematisch ein flüssiges Metall enthaltendes Schmelzbad 1 dargestellt, aus welchem durch eine Rühreinrichtung 2 eine vorbestimmte Menge einer Metallportion 3 mit einer bestimmten Geschwindigkeit V unter dem Einfluss eines Vakuums in einem Arbeitsraum 4 angesaugt wird. Die zur Vermischung des flüssigen Metalls im Schmelzbad dienende Rühreinrichtung 2 ist im wesentlichen rohrförmig. 1 schematically shows a molten bath 1 containing liquid metal, from which a predetermined amount of a metal portion 3 is sucked in by a stirring device 2 at a certain speed V under the influence of a vacuum in a working space 4. The stirring device 2 used to mix the liquid metal in the molten bath is essentially tubular.

Nach dem Ansaugen wird auf die Metallportion 3 im Rohr der Rühreinrichtung 2 ein zusätzlicher Druckgasimpuls P2 von beispielsweise atmospärischem Druck gegeben, wobei gleichzeitig das Vakuum im Arbeitsraum 4 aufgehoben wird. Infolge dieser Einwirkung nimmt die Steiggeschwindigkeit der Metallportion ab, bis bei einem vorbestimmten Niveau ein Stillstand eintritt und sich die Metallportion 3 anschliessend zu senken beginnt. Bei einer bestimmten Sinkgeschwindigkeit, der sogenannten Anfangsgeschwindigkeit, wird durch ein Steuersignal der Hauptimpuls Pj des Druckgases ausgelöst, welcher die Metallportion 3 im Rohr auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt. Die Auslösung des Hauptimpulses Px kann beispielsweise mittels eines Höhenstands-Kontaktgebers erfolgen. Durch die Beschleunigung wird die Metallportion 3 als Strahl wieder in das Schmelzbad 1 ausgestossen, reisst dort benachbarte Schichten des flüssigen Metalls mit und bewirkt dadurch eine Vermischung des flüssigen Metalls im ganzen Schmelzbad. After the suction, an additional pressure gas pulse P2 of, for example, atmospheric pressure is applied to the metal portion 3 in the tube of the stirring device 2, the vacuum in the working space 4 being released at the same time. As a result of this action, the rate of rise of the metal portion decreases until a standstill occurs at a predetermined level and the metal portion 3 then begins to decrease. At a certain rate of descent, the so-called initial speed, a control signal triggers the main pulse Pj of the compressed gas, which accelerates the metal portion 3 in the tube to a predetermined speed. The main pulse Px can be triggered, for example, by means of a level contactor. As a result of the acceleration, the metal portion 3 is ejected again into the molten bath 1 as a jet, entrains adjacent layers of the liquid metal there and thereby causes the liquid metal to mix throughout the molten bath.

Das Verfahren mit zwei zeitlich aufeinander abgestimmten Impulsen kann von einem Steuerpult aus oder nach einem vorbestimmten Programm mittels eines elektronischen Rechners durch eine SpezialVorrichtung zur gleichzeitigen Aufhebung des Vakuums und Zuführung des Zusatzimpulses gesteuert werden. Durch eine entsprechende Bemessung des Druckes des Zusatzimpulses wird eine Sättigung des Metalls mit dem Gas des Druckgases vermieden. Die zeitliche Abstimmung des Zusatzimpulses P2 auf den Hauptimpuls Px für den Durchlaufwert des Steuersignals erweist sich bei der Realisierung des Verfahrens als besonders zweckmässig. The method with two pulses coordinated in time can be controlled from a control panel or according to a predetermined program by means of an electronic computer using a special device for simultaneously releasing the vacuum and supplying the additional pulse. Appropriate measurement of the pressure of the additional pulse avoids saturation of the metal with the gas of the compressed gas. The timing of the additional pulse P2 on the main pulse Px for the flow value of the control signal proves to be particularly useful when implementing the method.

Nachfolgend wird ein Beispiel der Schmelzenführung beim Schmelzen einer Aluminiumlegierung mit durch Below is an example of the melt flow when melting an aluminum alloy

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Druckgas erzielter Vermischung in allen Schmelzetappen in einem Schmelzofen von 30 Tonnen erläutert. Compression gas achieved in all stages of melting explained in a furnace of 30 tons.

Die als Pumpe wirkende Rühreinrichtimg arbeitete mit einer Frequenz der Zuführung von Druckgasimpulsen im Bereich von 4 bis 20 Impulse in der Minute. Bei der Beschleunigung des Metalls im Rohr und der Zuführung desselben zum Ofenbad wurde auf die Metallportion aufeinanderfolgend mit zwei Impulsen eingewirkt. Der erste Impuls (Zusatzimpuls) wurde mit einem Druck gleich einer Atmosphäre durch gleichzeitige Abschaltung des Vakuums von dem Arbeitsraum und Verbindung des letzteren mit der Aus-senluft zugeführt. Hierbei wurde die Steiggeschwindigkeit des Metalls im Rohr, die 1,2 m/s /bei einem Vakuum von 0,4 atm/ betrug, gedämpft und veränderte ihre Richtung in die entgegengesetzte nach 0,6... 0,8 s nach der Zuführung des Zusatzimpulses. Nach der Zuführung des zusätzlichen Impulses wurde nach 0,5 s das Steuersignal abgegeben, worauf in etwa 0,1 s das ausführende Glied (Verteiler) ausgelöst wurde, und der Hauptimpuls von 5 atm Druck beschleunigte das Metall von der Anfangsgeschwindigkeit 0,5 ms/s (nach beendeter Wirkung des Zusatzimpulses) auf 3,5 m/s (am Ende der Wirkung des Hauptimpulses des Pressgases). The stirring device acting as a pump worked with a frequency of supplying compressed gas pulses in the range of 4 to 20 pulses per minute. When the metal in the pipe was accelerated and fed to the furnace bath, the metal portion was acted on in succession with two pulses. The first pulse (additional pulse) was supplied with a pressure equal to one atmosphere by simultaneously switching off the vacuum from the work space and connecting the latter to the outside air. The rate of rise of the metal in the tube, which was 1.2 m / s / at a vacuum of 0.4 atm /, was damped and changed its direction in the opposite direction after 0.6 ... 0.8 s after the supply of the additional impulse. After the addition of the additional pulse, the control signal was given after 0.5 s, whereupon the executing member (distributor) was triggered in about 0.1 s, and the main pulse of 5 atm pressure accelerated the metal from the initial speed of 0.5 ms / s (after the effect of the additional impulse has ended) to 3.5 m / s (at the end of the effect of the main impulse of the compressed gas).

Auf diese Weise wurde das Metall bei der gasdynamischen Vermischung in allen Schmelzetappen unabhängig von der Häufigkeit der Zuführung von Impulsen beschleunigt, was es erlaubte, die Schmelzzeit um 10% im Vergleich mit der Durchführung der Vermischung nach dem bekannten Verfahren zu verkürzen. In this way, the metal was accelerated during gas-dynamic mixing in all stages of the melting process, regardless of the frequency with which pulses were supplied, which made it possible to shorten the melting time by 10% in comparison with carrying out the mixing according to the known method.

Hierbei wurden die vorstehend beschriebenen Verhältnisse der Vermischung bis zum Augenblick des Abflusses des Metalls in einen Mischer beibehalten. Here, the above-described mixing ratios were maintained until the metal flowed into a mixer.

Das angeführte Beispiel der Durchführung des Verfahrens schöpft nicht alle möglichen Varianten innerhalb der Parameter der in den Patentansprüchen angegebenen Mittel sowie anderer Mittel zur Realisierung des Verfahrens aus. The example given for carrying out the method does not exhaust all possible variants within the parameters of the means specified in the patent claims and other means for implementing the method.

Das Verfahren bietet die Möglichkeit, die Wirksamkeit der Vermischung zu erhöhen und die Schmelzdauer nahezu um 15% zu reduzieren. The process offers the possibility of increasing the effectiveness of the mixing and reducing the melting time by almost 15%.

In den Fig. 4 und 5 ist durch Pfeile die Bewegungsrichtung von Metall und Gasströmen angedeutet. Die Pumpe zur gasdynamischen Vermischung von flüssigem Metall 5 im Ofenbad 6 besteht aus einem gefütterten Rohr 7 mit abnehmbarem Deckel 8 und aus einer Düse 9, die mit der Auspufföffnung nach der Seite des Deckels weist. Die Düse 9 ist über eine Leitung 10 mit einer Vorrichtung 11 (Injektor) zur Abtrennung des Vakuumsystems vom Rohr verbunden. Die Vorrichtung 11 steht mit einem Verteiler 12 für die Zuführung von Impulsen eines Druckgases (Stickstoff, Argon) aus einem Speicher 13 in Verbindung. Der Speicher 13 bestitz ei-. nen bestimmten Inhalt mit Regelungsmögichkeit je nach dem Gasdruck, der mit Hilfe eines Druckreglers 14 aufrechterhalten wird. Der Arbeitsraum des Rohrs 7 steht über die Düse 9, die Leitung 10 und den Injektor 11 mit einer Hauptvakuumleitung 15 ständig in Verbindung, in der ein regelbares Drosselelement 16 angeordnet ist, das die vorgegebene Steiggeschwindigkeit des Metalls im Rohr gewährleistet. Ein Kontaktgeber für den Metallhöhenstand im Rohr leitet ein Steuersignal dem Elektromagneten des Verteilers 12 zu (der Elektromagnet ist in der Zeichnung nicht abgebildet). 4 and 5, the direction of movement of metal and gas flows is indicated by arrows. The pump for gas-dynamic mixing of liquid metal 5 in the furnace bath 6 consists of a lined tube 7 with a removable cover 8 and a nozzle 9 which points with the exhaust opening to the side of the cover. The nozzle 9 is connected via a line 10 to a device 11 (injector) for separating the vacuum system from the pipe. The device 11 is connected to a distributor 12 for supplying pulses of compressed gas (nitrogen, argon) from a store 13. The memory 13 has a. NEN certain content with Regulsmögichkeit depending on the gas pressure, which is maintained with the help of a pressure regulator 14. The working space of the pipe 7 is constantly connected via the nozzle 9, the pipe 10 and the injector 11 to a main vacuum pipe 15, in which a controllable throttle element 16 is arranged, which ensures the predetermined rate of rise of the metal in the pipe. A contactor for the metal level in the pipe sends a control signal to the electromagnet of the distributor 12 (the electromagnet is not shown in the drawing).

Am Deckel 8 ist ein Gasstromzerteiler 17 ausgebildet, der mittig in die Düse 9 hineinragt und in eine ringförmige Ausnehmung 18 in der Form eines Torussegmentes zur Stabilisierung des Gasstromes im Rohr der Pumpe übergeht. Die Düse 9 ist von einer einen Bund (Flansch) aufweisenden Ringhülse 19 umgeben, die längs der Düse beweglich ist. Die Hülse 19 stützt sieh auf einen Ring 20 ab, dessen Lage über die Länge der Düse geregelt und folglich ein optimaler Spalt zwischen der Hülse 19 und dem Deckel 8 eingestellt werden A gas flow divider 17 is formed on the cover 8, which projects centrally into the nozzle 9 and merges into an annular recess 18 in the form of a torus segment for stabilizing the gas flow in the pipe of the pump. The nozzle 9 is surrounded by a collar (flange) having an annular sleeve 19 which is movable along the nozzle. The sleeve 19 is supported on a ring 20, the position of which is regulated over the length of the nozzle and consequently an optimal gap between the sleeve 19 and the cover 8 is set

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50- 50-

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kann. Die Hülse 19 ist mit Hilfe von in ihrer Länge regelbaren Streben 21 mit einem Schwimmer 22 verbunden. Somit lässt sich der Abstand zwischen der Hülse 19 und dem Schwimmer 22 einstellen und folglich der Augenblick der Überdeckung der Vakuumleitung durch die Hülse und der Verbindung des Arbeitsraumes mit der Atmosphäre verändern. Der Schwimmer 22 kann aus einem leichten feuerbeständigen Material, beispielsweise aus Asbestthermosilikat od.dgl., sowie hohl mit einer Hülle aus einem in der zu vermischenden Schmelze nichtlöslichen Metall ausgeführt werden. Die Form des Schwimmers soll für den Gasstrom windschnittig sein, damit kein zusätzlicher Widerstand erzeugt wird. Der Schwimmer kann in Gestalt einer kugelförmigen Kuppel oder mit abgeschnittener Grundfläche ausgeführt sein. Im Prinzip ist auch eine andere Ausbildung möglich -tropfenähnliche, kegelförmige u.a. Am Deckel 8 sind Schaftventile 23 mit Tellern 24 frei aufgehängt, die Kanäle 25 zur Verbindung des Arbeitsraumes des Rohrs 7 mit der Atmosphäre freigeben. Möglich ist auch die Verbindung mit dem Innenraum, der einen Überdruck hat, welcher geringer ist als in den Speichern 13, um einen «weichen» Impuls zu erzeugen. can. The sleeve 19 is connected to a float 22 by means of struts 21 which are adjustable in length. Thus, the distance between the sleeve 19 and the float 22 can be adjusted and consequently the moment at which the vacuum line is covered by the sleeve and the connection of the working space to the atmosphere can be changed. The float 22 can be made of a light, fire-resistant material, for example of asbestos thermosilicate or the like, and can be made hollow with a shell made of a metal which is insoluble in the melt to be mixed. The shape of the float should be aerodynamic for the gas flow so that no additional resistance is generated. The float can be designed in the form of a spherical dome or with a cut off base. In principle, a different design is also possible - drop-like, conical, etc. Shaft valves 23 with plates 24 are freely suspended on the cover 8 and release the channels 25 for connecting the working space of the tube 7 to the atmosphere. It is also possible to connect to the interior, which has an overpressure which is lower than in the accumulators 13 in order to generate a “soft” impulse.

Die Pumpe arbeitet folgenderweise. The pump works as follows.

Bei einem bestimmten zulässigen Niveau des Metalls 5 im Ofenbad 6, wenn die Austrittsöffnung des Rohrs 7 nicht freigelegt ist, wird die Vakuumleitung 15 mit dem Arbeitsraum des Rohrs 7, der Speicher 13 aber über den Verteiler 12 und den Druckregler 14 mit der Druckgasleitung verbunden. Zu gleicher Zeit wird Strom in die Spule des Elektromagneten des Verteilers 12 eingespeist. Ein Stift des Kontaktgebers ist auf ein berechnetes Niveau in Abhängigkeit von der Einstellung des Drosselelementes 16 und der gegenseitigen Lage des Schwimmers 22 und der Hülse 19 abgesenkt. At a certain permissible level of the metal 5 in the furnace bath 6, when the outlet opening of the tube 7 is not exposed, the vacuum line 15 is connected to the working space of the tube 7, but the accumulator 13 is connected to the compressed gas line via the distributor 12 and the pressure regulator 14. At the same time, current is fed into the coil of the electromagnet of the distributor 12. A pin of the contactor is lowered to a calculated level depending on the setting of the throttle element 16 and the mutual position of the float 22 and the sleeve 19.

Das flüssige Metall steigt unter Einwirkung des Vakuums im Rohr 7 in eine bestimmte Höhe und beginnt, den Schwimmer 22 mit der Hülse 19 anzuheben. Mit ihrem Bund hebt die Hülse die Ventile 23, und die Teller 24 öffnen die Kanäle 25, die die Rohre mit der Atmosphäre verbinden, wobei die Hülse beginnt, die Verbindung des Arbeitsraumes mit dem Vakuum zu unterbrechen. Das Metall verlangsamt die Steiggeschwindigkeit und bleibt in einem gewissen Augenblick stehen, da die durch die Druckdifferenz bedingte Steigkraft und das Metallgewicht sich ausgleichen. In diesem Zeitpunkt schliesst der Höhenstands-Kontaktgeber und der Elektromagnet des Verteilers 12 spricht an. Der Speicher 13 wird mit dem Arbeitsraum des Rohrs 7 über den Injektor 11, die Leitung 10 und die Düse 9 verbunden; hierbei findet die Abtrennung des Vakuums mittels des Injektors statt, und der Druckgasvorrat gelangt schnell aus dem Speicher in den Arbeitsraum. Der Druckgasimpuls wirkt auf die Metallportion im Rohr ein und stösst das Metall mit hoher Geschwindigkeit in das Ofenbad hinaus. Die Dauer der Impulszuführung kann durch auf diesem Gebiet bekannte technische Mittel verlängert werden. Die aus dem Rohr verdrängte Metallportion bewegt sich im Bad und nimmt benachbarte Schichten der Schmelze mit, indem es dadurch das gesamte Badvolumen durchmischt. Nachdem sich das Metall im Rohr vom Stift des Kontaktgebers entfernt hat, wird der Elektromagnet des Verteilers 12 ausgeschaltet, und das Druckgas beginnt, zum Speicher 13 in der Hauptleitung zu gelangen. Danach wird das flüssige Metall erneut in die Rohre eingesaugt, und der Arbeitszyklus der Vorrichtung wiederholt sich in derselben Reihenfolge. The liquid metal rises to a certain height under the action of the vacuum in the tube 7 and begins to lift the float 22 with the sleeve 19. With its collar, the sleeve lifts the valves 23 and the plates 24 open the channels 25 which connect the pipes to the atmosphere, the sleeve beginning to interrupt the connection of the working space with the vacuum. The metal slows down the rate of climb and stops at a certain moment because the climbing force caused by the pressure difference and the metal weight balance each other out. At this time, the level contactor closes and the electromagnet of the distributor 12 responds. The memory 13 is connected to the working space of the tube 7 via the injector 11, the line 10 and the nozzle 9; the vacuum is separated by means of the injector, and the compressed gas supply quickly reaches the work area from the store. The compressed gas pulse acts on the metal portion in the pipe and pushes the metal out into the furnace bath at high speed. The duration of the pulse supply can be extended by technical means known in this field. The metal portion displaced from the pipe moves in the bath and takes adjacent layers of the melt with it, thereby mixing the entire bath volume. After the metal in the tube has moved away from the pin of the contactor, the electromagnet of the distributor 12 is switched off and the compressed gas begins to reach the storage 13 in the main line. The liquid metal is then sucked back into the pipes and the cycle of the device is repeated in the same order.

Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Lösung kann mit gleichem Effekt sowohl für eine ortsfeste, als auch für eine bewegliche Variante des Rohrs der Pumpe angewendet werden. The solution proposed according to the invention can be used with the same effect both for a stationary and for a movable variant of the pipe of the pump.

Die Pumpe gestattet es, die Wirksamkeit der Vermischung zu erhöhen und die Schmelzdauer beim Schmelzen von z.B. Aluminiumlegierungen um ca. 15% zu reduzieren. The pump allows the effectiveness of the mixing to be increased and the melting time when melting e.g. Reduce aluminum alloys by approximately 15%.

Gemäss Fig. 6 ist am Deckel 26 der Einrichtung der hauptsächliche Höhenstands-Kontaktgeber angeordnet, dessen Taststift 27 an einen der Kontakte der Spule des Elektromagneten des Verteilers 28 angeschlossen ist, während dem anderen Kontakt eine Spannung von 12V zugeführt ist. Das Metall im Bad ist geerdet, deshalb findet bei der Berührung zwischen Metall und Taststift 27 das Ansprechen des Elektromagneten des Verteilers statt, weil der Stromkreis Spannung 12V - Erde geschlossen wird. 6, the main level contactor is arranged on the cover 26 of the device, the stylus 27 of which is connected to one of the contacts of the coil of the electromagnet of the distributor 28, while a voltage of 12V is supplied to the other contact. The metal in the bathroom is grounded, so when the metal touches the stylus 27, the electromagnet of the distributor is activated because the 12 V - earth circuit is closed.

Die Taststifte 27 der Kontaktgeber sind gemäss Fig. 7 in Spannzangen 29 angeordnet, die mittels Muttern eingespannt werden, was es ermöglicht, die Taststifte auf verschiedene Abstände von dem Deckel 26 schnell zu verstellen und folglich das Nutzvolumen des Arbeitsraumes des Rohrs 30 zu verändern. Durch Drosselung lässt sich die Zeit der Erreichung des erforderlichen Restdruckes im Arbeitsraum des Rohrs und demzufolge die Steiggeschwindigkeit des Metalls in die vorgegebene Höhe beeinflussen. 7 are arranged in collets 29, which are clamped by means of nuts, which makes it possible to quickly adjust the probe pins to different distances from the cover 26 and consequently to change the useful volume of the working space of the tube 30. Throttling can influence the time it takes to reach the required residual pressure in the tube's working space and, consequently, the rate at which the metal rises to the specified height.

Die Arbeit der Vorrichtung gemäss Fig. 6 geht auf die folgende Weise vonstatten. The operation of the device according to FIG. 6 takes place in the following way.

Bei einem bestimmten zulässigen Metallniveau im Ofenbad, wenn die Austrittsöffnung des Rohres 30 überdeckt ist, wird die Hauptleitung 31 mit dem Arbeitsraum des Rohres 30, der Speicher 32 aber mit einer Druckgasleitung 35 über den Verteiler 28 und den Druckregler 33 verbunden. Gleichzeitig wird Strom in die Spulen der Elektromagneten des Verteilers 28 eingespeist; die Taststifte 27 der Geber sind auf das berechnete Niveau in Abhängigkeit von der Einstellung des Drosselelementes abgesenkt, das die Steiggeschwindigkeit des Metalls im Rohr 30 bei einem vorgegebenen anfänglichen Restdruck im Vakuumsystem bestimmt. At a certain permissible metal level in the furnace bath, when the outlet opening of the tube 30 is covered, the main line 31 is connected to the working space of the tube 30, but the accumulator 32 is connected to a compressed gas line 35 via the distributor 28 and the pressure regulator 33. At the same time, current is fed into the coils of the electromagnets of the distributor 28; the feeler pins 27 of the sensors are lowered to the calculated level depending on the setting of the throttle element, which determines the rate of rise of the metal in the pipe 30 at a predetermined initial residual pressure in the vacuum system.

Das flüssige Metall steigt unter Einwirkung des Vakuums im Rohr 30 in eine bestimmte Höhe bis zum Taststift 27 des Kontaktgebers auf.Hierbei wird der Stromkreis (Erde -Spannung 12V) geschlossen und der Elektromagnet des Verteilers 28 spricht an. Der Speicher 32 wird nun mit dem Arbeitsraum des Rohrs 30 über die Hauptleitung 31 und die Düse 34 verbunden, und der Druckgasvorrat gelangt schnell aus dem Speicher in den Arbeitsraum. Der Druckgasimpuls wirkt auf das Metallvolumen im Rohr ein und schleudert das Metall mit hoher Geschwindigkeit in das Ofenbad hinaus. Das aus dem Rohr verdrängte Volumen des flüssigen Metalls bewegt sich im Bad und nimmt benachbarte Metallschichten mit, indem es dadurch das gesamte Badvolumen durchmischt. The liquid metal rises under the action of the vacuum in the tube 30 to a certain height up to the stylus 27 of the contactor. The circuit (earth voltage 12V) is closed and the electromagnet of the distributor 28 responds. The reservoir 32 is now connected to the working space of the pipe 30 via the main line 31 and the nozzle 34, and the compressed gas supply quickly reaches the working space from the reservoir. The compressed gas pulse acts on the metal volume in the pipe and throws the metal out into the furnace bath at high speed. The volume of liquid metal displaced out of the pipe moves in the bath and takes adjacent metal layers with it, thereby mixing the entire bath volume.

Wenn sich das Metall im Rohr von dem Taststift 27 entfernt, wird der bis dahin gegen Erde geschlossene Stromkreis geöffnet, so dass der Elektromagnet des Verteilers 28 spannungslos wird und der Verteiler die in Fig. 6 dargestellte Schaltstellung einnimmt. In dieser Stellung wird der Druckgasspeicher 32 über die Druckgasleitung 35 erneut aufgeladen, und der Innenraum des Rohres 30 wird über die Hauptleitung 31 zum Ansaugen der Schmelze erneut mit dem Vakuum verbunden. Der beschriebene Arbeitszyklus beginnt damit von neuem. When the metal in the tube moves away from the stylus 27, the circuit which was previously closed to earth is opened, so that the electromagnet of the distributor 28 is de-energized and the distributor assumes the switch position shown in FIG. 6. In this position, the compressed gas storage 32 is recharged via the compressed gas line 35, and the interior of the tube 30 is reconnected to the vacuum via the main line 31 to draw in the melt. The work cycle described begins anew.

Die beschriebene Konstruktion der Vermischungsvorrichtung ermöglicht eine weitergehende Ausnutzung des Rohrvolumens bei ausreichend hohen Vakuumwerten und ist dadurch wirksamer und leistungsfähiger als herkömmliche Vorrichtungen dieser Art. The described construction of the mixing device enables a further utilization of the tube volume with sufficiently high vacuum values and is therefore more effective and more powerful than conventional devices of this type.

An Hand der Fig. 8 wird nachstehend das Organ zur Unterbrechung der Verbindung zwischen der Einrichtung zur Erzeugung des Vakuums und dem Innenraum des Rohres näher beschrieben. 8, the organ for interrupting the connection between the device for generating the vacuum and the interior of the tube will be described in more detail below.

6 6

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

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40 40

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50 50

55 55

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7 7

Das genannte Organ weist ein im Bereich des Ausgangs der Austrittsdüse angeordnetes Ventilgehäuse 36 auf, welches sowohl an die Einrichtung zur Erzeugung des Vakuums als auch an jene zur Erzeugung der Druckimpulse angeschlossen ist. Im Ventilgehäuse 36 ist ein durch die über den 5 Verteiler 28 und die Hauptleitung 31 (Fig. 6) zugeführten Druckimpulse gegen die Wirkung einer Feder 44 verschiebbares, düsenartig ausgebildetes Drosselelement 37 angeordnet, welches in verschobener Stellung den Anschluss an die Einrichtung zur Erzeugung des Vakuums unterbricht. Die 10 Zuführung des Druckgases, beispielsweise Stickstolf oder Argon, erfolgt aus dem Speicher 32, der zuvor über den Druckregler 33 und die Druckgasleitung 35 aufgeladen wurde. Said organ has a valve housing 36 which is arranged in the region of the outlet of the outlet nozzle and which is connected both to the device for generating the vacuum and to that for generating the pressure pulses. Arranged in the valve housing 36 is a throttle element 37 which is displaceable by the pressure pulses supplied via the distributor 28 and the main line 31 (FIG. 6) against the action of a spring 44 and which, in the displaced position, connects to the device for generating the vacuum interrupts. The compressed gas, for example nitrogen or argon, is supplied from the store 32, which was previously charged via the pressure regulator 33 and the compressed gas line 35.

Die als Druckfeder ausgebildete Feder 44 umgibt das 15 verschiebbare Drosselelement 37 in einem Absatz 39 und ist einenends im Ventilgehäuse 36 und andernends an einem Bund 38 des Drosselelementes 37 abgestützt. Dem Absatz 39 ist eine in der Kammer des Ventilkörpers 36 angeordnete kegelförmige Fläche 40 benachbart, die in eine Öffnung über- 20 geht. Zwischen der stirnseitigen Kante des Drosselelementes 37 und der kegelförmigen Fläche 40 ist im Ruhezustand des Drosselelementes 37 ein Durchlassspalt gebildet, dessen Grösse an einem in den Ventilkörper 36 eingeschraubten und für das Drosselelement 37 als Anschlag dienenden Dek- 25 kel 41 einstellbar ist. Das Drosselelement 37 weist an einem Ende radial-angeordnete Kanäle 42 auf, welche den mit der Hauptleitung 31 verbundenen Innenraum des Drosselelementes 37 mit einem Hohlraum 43 verbinden, der sich zwischen der Mantelfläche des Drosselelementes 37 und der In- 30 nenwandung des Ventilgehäuses 36 befindet. The spring 44 designed as a compression spring surrounds the 15 displaceable throttle element 37 in a shoulder 39 and is supported at one end in the valve housing 36 and at the other end on a collar 38 of the throttle element 37. Adjacent to the shoulder 39 is a conical surface 40 which is arranged in the chamber of the valve body 36 and which merges into an opening. Between the front edge of the throttle element 37 and the conical surface 40, a passage gap is formed in the idle state of the throttle element 37, the size of which can be adjusted on a screw 41 screwed into the valve body 36 and serving as a stop for the throttle element 37. The throttle element 37 has at one end radially arranged channels 42 which connect the interior of the throttle element 37 connected to the main line 31 to a cavity 43 which is located between the outer surface of the throttle element 37 and the inner wall of the valve housing 36.

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Das zuletzt beschriebene Organ arbeitet folgendermas-sen: in der in der Fig. 8 dargestellten Ausgangslage ist die Vakuumleitung mit dem Innenraum des Ventilgehäuses 36 verbunden. Gleichzeitig wird der in der Fig. 6 dargestellte Speicher 32 mit Druckgas über den Verteiler 28 aufgeladen. Nach erfolgter Umschaltung des Verteilers 28 strömt das Druckgas aus dem Speicher 32 über die Hauptleitung 31 durch das in der Fig. 8 dargestellte Drosselelement 37. Zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Drosselelementes 37 entsteht ein Druckgefälle. Ferner strömt das Druckgas auch durch die im Drosselelement 37 angeordneten Kanäle 42 in den Hohlraum 43, wobei das Druckgas eine Kraft auf die Oberfläche des am Drosselelement 37 angeordneten Bundes ausübt. Unter der Wirkung dieser Kraft verschiebt sich das Drosselelement 37 gegen die Kraft der Feder 44, bis die Kante des Drosselelementes an der kegelförmigen Fläche 40 anliegt und damit die Vakuumleitung vom Innenraum des Ventilgehäuses 36 trennt. Bis zur Beendigung des Druckgasimpulses verharrt das Drosselelement 37 in der zuletzt erwähnten Stellung. Nach Beendigung des Druckgasimpulses wird das Drosselelement 37 unter der Wirkung der Feder 44 in die Ausgangsstellung zurückgeführt. The organ described last works as follows: in the starting position shown in FIG. 8, the vacuum line is connected to the interior of the valve housing 36. At the same time, the accumulator 32 shown in FIG. 6 is charged with compressed gas via the distributor 28. After the distributor 28 has been switched over, the compressed gas flows from the reservoir 32 via the main line 31 through the throttle element 37 shown in FIG. 8. A pressure drop arises between the inlet side and the outlet side of the throttle element 37. Furthermore, the compressed gas also flows through the channels 42 arranged in the throttle element 37 into the cavity 43, the compressed gas exerting a force on the surface of the collar arranged on the throttle element 37. Under the effect of this force, the throttle element 37 moves against the force of the spring 44 until the edge of the throttle element bears against the conical surface 40 and thus separates the vacuum line from the interior of the valve housing 36. The throttle element 37 remains in the last-mentioned position until the pressure gas pulse ends. After the pressure gas pulse has ended, the throttle element 37 is returned to the starting position under the action of the spring 44.

Im weiteren wiederholt sich der Arbeitszyklus in derselben Reihenfolge. The work cycle is then repeated in the same order.

Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Vorrichtung kann mit der gleichen Wirksamkeit sowohl an einer ortsfesten als auch an einer beweglichen Variante des Rohrs der Pumpe angewendet werden und bietet die Möglichkeit, die Leistung der Pumpe beim Einsatz in Vakuumaggregaten im Durchschnitt um 8 bis 10% zu steigern. The device proposed according to the invention can be used with the same effectiveness both on a stationary and on a movable variant of the pipe of the pump and offers the possibility of increasing the performance of the pump when used in vacuum units by an average of 8 to 10%.

s s

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

633 728 PATENT CLAIMS

1. A process for mixing liquid metals during melting, in which metal portions are alternately sucked out of a molten bath under the influence of a vacuum into a tube of a stirrer and then expelled back into the molten bath under the effect of pressure pulses from a compressed gas, characterized in that the vacuum in the tube (7, 30) of the stirring device (2) immediately before the metal portion (3) present in it is affected by a pressure pulse of the compressed gas in order to lower this metal portion (3), which is higher than the molten pool, under the effect of gravity enable.

2. The method according to claim 1, characterized in that before influencing the existing in the tube (7, 30) of the stirring device (2) metal portion (3) by a pressure pulse of the compressed gas, which ejects this metal portion from the tube (7, 30 ) purpose, which is connected to the atmosphere above the metal portion (3) in the tube (7, 30) of the stirring device (2) existing interior.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the pressure pulse of the compressed gas, which acts on the in the tube (7, 30) of the stirring device (2) existing metal portion (3), is controlled such that it coincides with the Beginning of the lowering of this metal portion (3) coincides under the action of gravity.

4. An apparatus for performing the method according to claims 1 to 3, wherein the stirring device, the tube with a removable cover, a device for generating the pressure pulses by supplying the compressed gas from a compressed gas storage via a distributor into an outlet nozzle, a device for generating a vacuum in the tube for the removal of the metal portions from the molten bath, which has an organ for interrupting the connection between this device and the interior of the tube, and has a sensor for determining the level of the metal portions in the tube, characterized in that the outlet nozzle from below against one side surface of the cover (8, 26) of the tube (7, 30) is directed and surrounded by a movable ring sleeve (19) with a collar, in the cover (8, 26) shaft valves (23) are arranged which are connected to the collar of the ring sleeve (19) are operatively connected such that when the stem valves (23) are lifted, the interior of the tube (7, 30) comes into contact with the atmosphere and that the sensor has a float (22) which is connected to the ring sleeve (19) and can be immersed in the metal portion (3) in the tube (7, 30).

5. The device according to claim 4, characterized in that the cover (8, 26) has on its side surface facing the interior of the tube (7, 30) a conical gas flow divider (17) which is arranged centrally in the outlet nozzle (9) and passes into an annular recess (18) in the form of a torus segment, in the recess of which the shaft valves (23) are arranged.

6. Device according to claims 4 and 5, characterized in that the float (22) with the ring sleeve (19) via length-adjustable struts (21) is connected, which are coupled via detachable components.

7. Device according to claims 4 to 6, characterized in that on the cover (26) of the tube (30) an electrical contact in the form of a stylus (27) for immersion in the metal portion in the tube (30) is arranged, the is connected into a control circuit of the device for generating the pressure pulses, the length of this stylus (27) in the interior of the tube being selected such that the period of time during which the stylus (27)

until the stroke of the stem valves (23) is in contact with the metal portion (3) present in the tube (30), is greater than the dead time of the device for generating the pressure pulse.

8. Device according to claims 4 to 7, characterized in that the stylus (27) by means of an adjustment in the axial direction enabling the clamping element (29) on the lid (26) of the tube (30) is attached.

9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the organ for interrupting the connection between the device for generating the vacuum and the interior of the tube (30) is arranged in the region of the outlet of the outlet nozzle and a valve housing (36) which is connected both to the device for generating the vacuum and to that for generating the pressure pulses, wherein a throttle element (37) which is displaceable by the pressure pulses against the action of a spring (44) is arranged in the valve housing (36) , which in the shifted position interrupts the connection to the device for generating the vacuum (Fig. 8).