DD258952A5

DD258952A5 - Verfahren und vorrichtung zum eindruecken von substanzen in hochtemperatur-fluessigkeiten

Info

Publication number: DD258952A5
Application number: DD87300049A
Authority: DD
Inventors: Kenneth W Bates
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1986-02-20
Filing date: 1987-02-19
Publication date: 1988-08-10
Also published as: GB8604219D0; WO1987005051A1; DE3762431D1; YU25087A; KR880700860A; IN165468B; US4900357A; RO100361B1; ZA871210B; CN1009208B; ZW2787A1; AU7027287A; AU586741B2; NO874356L; ATE52280T1; FI874624A; PL264226A1; EP0234852A1; ES2015970B3; DK549287D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindruecken von Substanzen in Hochtemperatur-Fluessigkeiten, wie z. B. geschmolzene Schlacken und Metalle. Es koennen gasfoermige und nichtgasfoermige Substanzen, die teilchenfoermig oder ein massiver Strang sind, eingedrueckt werden. Das Eindruecken von Gas in eine Metallschmelze, gegebenenfalls begleitet durch pulverfoermige oder feste Behandlungssubstanzen erfolgt ueber eine Duese (14), die in die Wand (12) eines Schmelze enthaltenden Gefaesses (10) eingefuehrt ist. Die Duesenbohrung (18) weist urspruenglich einen Stopfen (20) an ihrem inneren Ende und ein Abgaberohr (24) kleiner als die Bohrung (18) auf und ist darin beweglich. Vor dem Eindruecken wird das Rohr (24) und die Bohrung (18) benachbart zu dem Stopfen (20) durch das Gas gekuehlt. Durch Treiben des Rohrs (24) gegen den Stopfen (20) unter ausreichendem Gasfluss und Gasdruck wird der Stopfen entfernt und das Gas wird in die Schmelze als ein Gasstrahl eingefuehrt, der das Rohr (24) mit einer Geschwindigkeit verlaesst, die gleich 0,5 Mach oder darueber betraegt. Die Schmelze tritt in den lichten Raum zwischen dem Rohr (24) und der Bohrung (18) ein. Aufgrund der vor dem Eindruecken erfolgten Kuehlung ergibt sich ein schnelles Erstarren, wodurch das Rohr sicher in der Bohrung befestigt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindrücken von Substanzen in Hochtemperatur-Flüssigkeiten, insbesondere das Eindrücken von Gasen entweder als solche oder in Kombination mit festen oder teilchenförmigen Substanzen in derartige Flüssigkeiten oder geschmolzene Materialien.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Vor oder während des Ausgießens beim Metallgußkann es notwendig oder zweckmäßig sein, Gas in das geschmolzene Metall in einem Behälter oder Gefäß einzuführen. Das Gas wird z.B. in den Boden des Gefäßes für verschiedene Zwecke eingedrückt. Hierzu gehören ein Spülen, Säubern der relativ kühlen Bodenfläche von verfestigen Produkten, um die aus der Nachbarschaft des Bodenauslasses des Gefäßes zu entfernen, von wo aus das Metall eingegossen werden kann. Ausbilden einer gleichmäßigen Temperatur in der gesamten Schmelze, sowie Rühren, umso eine einheitliche Verteilung der Legierungsbestandteile in der Schmelze zu unterstützen. Üblicherweise wird hierzu ein inertes Gas, wie Argon, angewandt. Reaktionsfähige Gase wie Sauerstoff, Kohlendioxid und Kohlenwässerstoffgase werden gelegentlich in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der Schmelze anstelle von Argon angewandt.

Bekannte Vorschläge für das Gaseindrücken haben poröse Steine in der feuerfesten Auskleidung eines Gefäßes, massive poröse Stopfen in Gießventilen mit Gleitvorrichtung und herkömmliche, sich verbrauchende Lanzen vorgesehen. Poröse Steine zeichnen sich durch ihre Einfachheit aus, können jedoch nur für das Gaseindrücken benutzt werden und weiterhin verlieren dieselben ihre Funktionstüchtigkeit, wenn Metallschlacken oder Metalloxide auf denselben erstarren, z. B. zwischen dem Entleeren des Gefäßes und dem erneuten Füllen desselben. Weiterhin können bei dem erneuten Füllen diese Steine beschädigt werden, wodurch sich gefährliche Folgeerscheinungen ergeben können, und zwar aufgrund des Aufschiagens des · geschmolzenen Metalls auf dieselben oder durch Wärmeschock.

Ventile mit Gleitverschlüssen für das Gaseindrücken können sicherer sein, wenn dieselben jedoch nicht übermäßig kompliziert sind, ergeben sie nicht die Möglichkeit des Gaseindrückens gleichzeitig mit einem Gießen. Herkömmliche Lanzen sind etwas beschwerlich in der Handhabung, kostspielig und nicht ohne Gefahren im Hinblick eines von ihnen verursachten Spritzens.

Auf dem Gebiet der Eisenmetallurgie muß die Schmelze oftmals desoxidiert und entschwefelt werden durch Einführen von Aluminium und Kalzium oder deren Legierungen. Die Steuerung der Zusammensetzung oder „Überwachung" wird üblicherweise dadurch ausgeführt, daß in der Schmelze massive oder pulverförmige Legierungsbestandteile aufgelöst werden. Es können zahlreiche Materialien den Schmelzen zugesetzt werden, um die nachteiligen Wirkungen von Verunreinigungen auszuräumen oderdie Schmelzen so zu beeinflussen, daß sich spezifische Zusammensetzungen ergeben. Es wird hier keine erschöpfende Aufzählung von möglichen Behandlungsmaterialien gegeben. Die Auswahl der Materialien hängt von den Schmelzen, deren Anfangs-und Endzusammensetzungen ab und der einschlägige Chemiker oder Metallurge ist sehr wohl in der Lage, in Abhängigkeit von den Gegebenheiten die entsprechenden Zusatzstoffe auszuwählen. Das Einführen von Zusätzen zu einer Stahlschmelze — das gilt auch für jede Metallschmelze — kann Schwierigkeiten machen, insbesondere wenn der Legierungsbestandteil leicht geschmolzen, oxidiert oder verdampft wird. So kann der Zusatz von Aluminium zu einer Stahlschmelze ein schwieriger Vorgang sein im Hinblick auf den niedrigen Schmelzpunkt des Aluminiums. Es würde keine wesentliche Desoxidation erreicht werden, wenn man das Aluminium einfach auf die Schmelze kippen würde, dasselbe muß vielmehr tief in die Schmelze eingebracht werden, so daß es Zeit hat zu schmelzen und sodann zu reagieren und nicht unwirksam auf der Oberfläche der Schmelze zu schwimmen. Kalziumanteile müssen tief in die Schmelze eingeführt werden. Zu vorbekannten Einführungsverfahren gehört das Anwenden einer Lanze oder verwickelter und kostspieliger Ausrüstung für das Einschließen des Legierungsbestandteils tief in der Schmelze. Das Einführen vermittels Lanzen ist scheinbar einfach, weist jedoch die weiter obenangegebenen Nachteile auf. ·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Betriebssicherheit zu erhöhen, die Anwendungsbreite zu erweitern und den technischökonomischen Aufwand zu senken. ·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Eindrücken von Substanzen in Hochtemperatur-Flüssigkeiten über einen Kanal, der sich durch die Wand eines die Schmelze enthaltenden Gefäßes erstreckt, wobei der Kanal ursprünglich einen lösbaren Stopfen aufweist, zu schaffen, das in der Lage ist, massive oder pulverisierte Substanzen zusammen mit Gasen einzuführen, insbesondere tief in die Hochtemperatur-Flüssigkeit, wobei ein ausreichender Schutz gegenüber der Flüssigkeit bis zum Zeitpuntk des Behandlungsbeginns gegeben ist und eine verbesserte Einführung massiver Stränge oder Drähte von Legierungsbestandteilen in die Schmelze ermöglicht

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gelöst:

a) von außerhalb des Gefäßes wird ein Abgaberohr in den Kanal eingeführt und das innere Ende des Rohrs benachbart zu dem Stopfen angeordnet, wobei das Rohr transversal kleiner als der Kanal um einen vorherbestimmten Betrag ist;

b) das Rohr und der Kanal benachbart zu dem Stopfen gekühlt werden, indem Gas längs des Rohrs geführt und dasselbe nach außerhalb des Gefäßes abgegeben wird;

c) unmittelbar bevor das Gas in die Schmelze eingedrückt wird, wird in dem Rohr ein Gasdruck und eine Fließgeschwindigkeit aufgebaut, die ausreichend sind, dergestalt, daß bei dem Eindrücken die Gasgeschwindigkeit bei Verlassen des Rohrs ausreichend groß ist, um sicherzustellen, daß das in die Schmelze eintretende Gas als ein Strahlstrom und nicht als Luftblasen vorliegt;

d) kraftvoll das Rohr an den Stopfen getrieben wird unter Überführen desselben in die Schmelze, wodurch das Eindrücken des Gases in die Schmelze beginnt;

e) während des nachfolgenden Eindrückens wird der Gasdruck und die Fließgeschwindigkeit praktisch unvermindert aufrechterhalten und

f) nachdem das Eindrücken zum Abschluß gekommen ist, wird der Gasdruck/Fließgeschwindigkeit verringert und man läßt Schmelze in das Rohr unter Absperren und somit Verschließen desselben eindringen, wobei der Betrag, in dem das Rohr kleiner als der Kanal istzwischen denselben einen Raum entstehen läßt, der ausreichend groß ist, so daß die Schmelze über eine begrenzte Entfernung vor dem Erstarren eintreten kann, sobald der Stopfen entfernt worden ist.

Günstigerweise führen der Gasdruck und die Fließgeschwindigkeit zu einer Gasgeschwindigkeit bei dem Verlassen des Rohrs von über 0,5 Mach, z. B. 0,5 bis 0,7 Mach.

Das Rohrund der Kanal besitzen einen kreisförmigen Querschnitt und das Rohr weist einen Durchmesser von etwa 80 bis etwa 90% des Kanaldurchmessers auf. Der Raum ist ringförmig und weist eine Breite von 0,5 bis 2 mm auf.

Das Rohr hat einen Innendurchmesser von 10 mm und der Raum besitzt eine Querschnittfläche von etwa 120 mm².

Das Rohr und der Kanal werden dadurch gekühlt, daß Gas intern längs des Rohrs in Richtung auf den Stopfen und sodann außerhalb zurück längs des Rohrs nach außerhalb geführt wird.

Zweckmäßigerwiese, jedoch ist dies nicht wesentlich, wird das einzudrückende Gas auch für die Abkühlung benutzt.

Das einzudrückende Gas wird für das Kühlen des Rohrs und des Kanals angewandt und der gleiche Druck und Fließgeschwindigkeit werden sowohl für das Kühlen als auch für das Eindrücken in die Schmelze angewandt. Es kann lediglich Gas eingedrückt werden. Es können auch eine nichtgasförmige und der Behandlung der Schmelze dienende Substanz in die Schmelze zusammen mit dem Gas eingedrückt werden, wobei die nicht gasförmigen Substanzen teilchenförmig oder ein massiver Strang sind. Ein massiver Strang liegt in Form eines Drahtes, Stabes oder röhrenförmigen Gebildes vor, das eine dichte Packung aus teilchenförmigen! Material einschließt.

Um das Eindrücken in besonders zweckmäßiger Weise abzuschließen, kann ein Verschlußmechanismus an dem äußeren Ende des Rohrs angeordnet werden, wobei dieser Mechanismus so betätigt werden kann, daß die Zuführung von Gas und/oder die Zuführung der nicht gasförmigen Substanz, die zusammen mit dem Gas eingedrückt worden ist, sofort unterbrochen werden kann. Bei dem Rohr und dem Verschlußmechanismus kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die in der GB-PS 2.171186 offenbart ist und auf diese besondere Offenbarung wird hiermit Bezug genommen.

Wenn Gas und ein massiver Strang eingedrückt werden sollen, kann es sich als zweckmäßig erweisen, ein Verschlußelement in dem Abgaberohran dessen unterem Ende anzubringen. BeispielefürVerschlußelementefinden sich in derGB-PS 2.171117, auf die insbesondere Bezug genommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann durchgeführt werden unter Anwenden einer Vorrichtung, die einen oder wahlweise mehr als einen Eindrückkanal besitzt. Zur flexiblen Durchführung des Verfahrens kann sich das Vorsehen von mehreren Eindrückkanälen als zweckmäßig erweisen. Die PCT-Anmeldung WO 84/02147 offenbart erfindungsgemäße Ausführungsformen, die leicht im Zusammenhang mit der Durchführung der vorliegenden Erfindung angewandt werden können, und auf diese Veröffentlichung wird hiermit Bezug genommen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so aufgebaut, daß sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, und dies gilt ebenfalls für Verfahren zum Herstellen von Metallen oder Legierungen, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird und gilt ebenfalls die sich ergebenden Metalle oder Legierungen als solche.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Schmelze eine Metallschmelze und das Gas bzw. das Gas und die Behandlungssubstanz werden eingedrückt, um die metallurgischen Eigenschaften des Metalls zu steuern, zu verändern oder anzupassen.

Die Erfindung sieht das Eindrücken von Substanzen durch die Wand eines Gefäßes an einer Stelle tief in die Flüssigkeit vor, wo der hydrostatische Druck erheblich ist. Aufgrund der vorherrschenden Drücke ist ein Lecken möglich, und die für die Abgabe der ausgewählten Substanz bzw. Substanzen in die Flüssigkeit vorgesehene Ausrüstung kann aus der Gefäßwand herausgedrückt werden, wenn nicht relativ umständliche Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Die zu behandelnden Flüssigkeiten werden üblicherweise bei derartig hohen Temperaturen vorliegen, daß dieselben als aggressiv oder gefährlich einzustufen sind.

Beispiele für zu behandelnde Flüssigkeiten sind geschmolzene Schlacken und Metalle. Bezüglich der Metalle können sowohl Eisen- als auch Nichteisenschmelzen für die verschiedensten Zwecke unter Anwenden der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewandt werden. Bezüglich Eisenschmelzen kann es sich um geschmolzenes Eisen oder Stahl handeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung können bei der Vakuumentgasung für das Einführen von Legierungsbestandteilen angewandt werden. Es können eine primäre und sekundäre Raffination, Desoxidation und Entschwefelung in vorteilhafter Weise vermittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Die Zusammensetzung von Stählen (und anderer Metalle) kann gesteuert oder modifiziert werden durch Einführen gasförmiger, fester oder pulverförmiger Substanzen zu jedem beliebigen Zeitpunkt vor dem Erstarren. So kann die Schmelze z.B. in dem Ofen, in Barrenformen sowie in Gefäßen wie für die Stahlherstellung, Gießpfannen verschiedenster Arten, Entgasungsvorrichtungen und dgl. angewandt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt im längsseitigen Querschnitt eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung, die hier in der Wand eines Gefäßes, wie einer Gießpfanne angeordnet ist.

In der Zeichnung stellt 10 eine Gießpfanne oderanderesGefäßfür die Aufnahme einer Metallschmelze dar. Das Gefäß 10 weist eine Metallumkleidung 11 auf, die mit feuerfestem Material 12 beschichtet ist. Die Umkleidung 11 besitzt eine Öffnung und in Übereinstimmunghiermit besitzt die feuerfeste Auskleidung 12 eine sich verjüngende Öffnung 13, die sich über deren Dicke hin erstreckt. Es ist ein feuerfester Düseneinsatz 14, der genau so wie die Öffnung 13 verjüngt zuläuft, darin von außerhalb des Gefäßes eingesetzt. Eine Spannplatte 16, die mit der Umkleidung 11 oder einer daran befestigen Adapterplatte (nicht gezeigt) über Bolzen verbunden ist, hält den Düseneinsatz 14 an Ort und Stelle in der Öffnung 13. Der Düseneinsatz 14 kann in der Öffnung mit Zement befestigt sein, um ein Lecken zu verhindern, wobei der Zement brüchig ist, um ein Entfernen des Einsatzes zwecks Austausch zu ermöglichen.

Von dem einen bis zu dem anderen Ende ist ein Eindrückkanal 18 durch den Düseneinsatz 14 geführt, und der Kanal 18 ist teilweise mit einer verstärkenden Metallhülse 19 versehen. An dem inneren Ende ist der Kanal 18 verbreitert und wird durch einen lösbaren feuerfesten Stopfen 20 geschlossen. Der Stopfen wird an Ort und Stelle durch einen schwachen Zement oder Kitt 21 gehalten. Aufgrund des Stopfens 20 kann die Schmelze nicht in den Kanal 18 vor dem Eindrücken eintreten. Für die Überführung von Gas oder Gas und einer pulverförmigen Substanz oder Gas und einer Festsubstanz in die Schmelze ist ein Abgaberohr 24 in dem Kanal 18 angeordnet. Bevor das Eindrücken beginnt, wird das Rohr 24 mit seinem inneren Ende ein kurzes Stück gegenüber dem benachbarten Ende des Stopfens 20 um z.B. 10 mm oder dgl. zurückgezogen. Das Rohr ist längsseitig beweglich in dem Kanal 18. Das Rohr 24 weist eine Bohrung von z.B. 10mm und eine Verbundstrukturt auf. Es liegen konzentrische innere und äußere Rohre vor, das äußere besteht aus Metall und das innere aus MuIMt und dazwischen liegt eine isolierende Packung z.B. aus Zement vor. Das Rohr 24 springt von dem Düseneinsatz 14 aus nach außen vor und ist mit einem Verschlußmechanismus 25 verschraubt, der eine zweiteilige Lanze oder Einlaßkopf 26 besitzt.

Der Einlaßkopf 26 kann die Merkmale aufweisen, wie sie im einzelnen in der GB-PS 2.171186 beschrieben sind. Der hier gezeigte spezielle Einlaßkopf 26 dient dem Eindrücken von Gas und Draht. Der Kopf 26 weist innere und äußere Kopfteile 27; 28 auf, die durch eine schwenkbare Bolzenanordnung 30 und ein scherbares Befestigungselement (nicht gezeigt) zusammengehalten werden. Zusammen stellen die Teile eine Hauptleitung 31 dar. An dem einen Ende steht die Leitung 31 in Verbindung mit dem Rohr 24 und an dem anderen Ende mit einer Drahtleitung 32, die an dem äußeren Kopfteil 28 befestigt ist. Der einzudrückende Draht 33 wird durch die Leitung 32 von einer Draht-Beschickungsvorrichtung 34 dem Einlaßkopf 26 zugeführt. Der Draht wird durch die Leitung 31 nach unten in das Rohr 24 geführt, und notwendigerweise ist der Draht kleiner als die Bohrung des Rohrs 24. Das andere Kopfteil 28 weist eine Verbindung für eine Gasleitung auf, die zu einer Gaszuführung 35 führt. Zweckmäßigerweise stellt die Verbindung einen Teil der Schwenkbolzenanordnung 30 dar, die eine geeignete Bohrung 36 aufweist, um das Gas einem Querkanal 37 in dem inneren Kopfteil 27 zuzuführen. Das Querteil 37 führt zu der Leitung 31 in dem inneren Kopfteil. Dichtungen 37 A, durch die der Draht gefädelt wird, verhindern, daß das von dem Querteil 37 in die Leitung 31 eintretende Gas in merklicher Menge hier auftritt. Die Schwenkverbindung der zwei Kopfteile 27; 28 ermöglicht eine Lageverschiebung des äußeren Kopfteiles 28 dergestalt, daß die Abschnitte der Leitung 31 in den zwei Teilen 27; 28 aus ihrer fluchtenden Ausrichtung bewegt werden können. Damit dies ermöglicht wird, muß der Draht 33 an der Grenzfläche der Teile 27; 28 abgetrennt werden, und somit weisen diese Teile der Grenzfläche zusammenwirkende Scherbuchsen 38 auf.

Der Einlaßkopf mit dem daran befestigten Rohr 24 befindet sich in einem an der Platte 16 befestigten Block.40. Der Block 40 weist ein Bauteil 41 auf, das gleitend das innere Kopfteil 27aufnimt. Bevor das Eindrücken beginnt, wird das innere Ende des Teils 27 im Abstandsverhältnis zu dem Boden 42 der Welle angeordnet, und wie weiter oben dargelegt, wird das Rohr 24 gegenüber dem Stopfen 20 zurückgezogen. Ein Betätigungsmittel 44, z. B. eine hydraulische Ramme, ist in geeigneterweise mit dem Einlaßkopf 26 verbunden, um denselben und das Rohr nach links zu stoßen, wie in der Zeichnung dargestellt. Die Betätigungsvorrichtung 44 wird inganggesetzt, sobald das Eindrücken beginnt, wodurch das Kopfteil 27 in dem Bauteil 41 bewegt wird, sowie das Rohr 24 sodann den Stopfen 20 aus dem Kanal 18 heraus und in die Schmelze zurückdrückt. Ein Sicherheitsanschlag, nicht gezeigt, verhindern: eine nicht beabsichtigte Verschiebung des Kopfes 26 und des Rohrs 24.

Wenn das Eindrücken aufhören soll, wird eine weitere Betätigungsvorrichtung 45 inganggesetzt, wodurch das äußere Kopfteil 28 um die Schwenkbolzenanordnung 30 relativ zu dem inneren Kopfteil 27 bewegt wird. Die Betätigungsvorrichtung 45 kann ebenfalls eine hydraulische Ramme sein. Bei der Betätigung erfolgt ein Scheren des Drahtes und die Bewegung desselben in Richtung auf die Schmelze hörtauf. Bei dieser Anordnung wird Gas weiterhin in das Rohr 24 nach dem Betätigen der Betätigungsvorrichtung 45 fließen, und somit wird ein Ventil (nicht gezeigt) geschlossen, um das Eindrücken des Gases zu beenden.

Wenn sich das Querteil 37 in dem äußeren Kopfteil 28 befindet, wird natürlich die Lageverschiebung desselben durch die Betätigungsvorrichtung 45 zu einer Beendigung sowohl des Zuführens des Gases als auch des Drahtes führen. Wenn lediglich Gas oder Gas und eine pulverförmige Substanz einzudrücken sind, kann eine einfachere Ausführung des Einlaßkopfes 26 angewandt werden. So kann der Kopf z.B. immernoch die schwenkbar miteinander verbundenen inneren und äußeren Kopfteile aufweisen, es wird sich jedoch lediglich eine Leitung ergeben, die von der Gas/Pulver-Leitung zu dem Rohr 24 führt. In diesem Fall würde die Betätigung der Betätigungsvorrichtung.44 dem gleichen Zweck wie weiter oben (Ingangsetzen des Eindrückens) dienen, und das Betätigen der Betätigungsvorrichtung 45 würde die Zuführung von Gas oder Gas und Pulver beenden, da das Teil der Leitung in dem äußeren Kopfteil aus der Ausrichtung mit dem entsprechenden Leitungsteil in dem inneren Kopfteil gebracht wird.

Bevor ein Eindrücken inganggesetzt wird, wird das Rohr wie weiter oben angegeben, zurückgezogen und dasselbe sowie der Kanal 18 in der Nachbarschaft des Stopfens werden vermittels Gas gekühlt, wobei es sich z. B. um das später einzudrückende Gas handelt. Das Rohr 24 weist einen kleineren Außendurchmesser als die Bohrung des Kanals 18 auf und es wird unter Druck stehendes Gas das Rohr hinuntergeführt und kann längs des Rohres zurückfließen unter Abgabe nach außerhalb des Gefäßes 10. Der Spalt oder lichter Abstand zwischen dem Rohr und dem Kanal wird zum Teil bestimmt durch die angestrebte Kühlung und wird zum Teil bedingt durch den Wunsch, daß die Schmelze späterhin in den Spalt eintritt und dort erstarrt. Die Kühlung wird optimiert, wenn der Querschnitt des Gasflusses nach.unten in dem Rohr kleiner ist als der Querschnitt des aus der Vorrichtung austretenden Gases zurück außerhalb des Rohres, da die sich ergebende Dekompression einen Kühleffekt besitzt. Bei der gezeigten Vorrichtung besitzt das Rohr eine Bohrung von 10 mm (Fläche 78,5 mm²), und der Querschnitt des lichten Abstandes beläuft sich auf etwa 120 mm², d.h. dieser letztere Querschnitt ist etwa 50% größer als der Querschnitt der Bohrung. Der Außendurchmesser des Rohres belauft sich auf etwa 80 bis etwa 90% des Kanaldurchmessers, und die Breite des Spaltes (radial

gemessen) liegt in dem Bereich von 0,5 bis 2 mm, z. B. bei 1,35 mm. Somit weist das Rohr 24 einen Außendurchmesser von 27 mm auf, und der Kanal 18 eine Bohrung von 29,7 mm. Die Erfindung ist nicht auf diese dimensionalen Charakteristika begrenzt, die hier nur im Zusammenhang mit dem erläuterten speziellen Ausführungsbeispiel angegeben werden. Die Dimensionen können geändert werden in Übereinstimmung mit dem Erreichen einer ausreichenden Kühlung und dem Erfordernis, daß die Schmelze in den genannten Spalt eintritt und dort erstarrt. Einige Schmelzen (z.B. Eisenschmelzen; sind beweglicher als andere (z.B. Stahlschmelzen) und je beweglicher eine Schmelze ist, um so kleiner der Spalt, in den sie erfolgreich eindringt. In dem Fall des Eindrückens von Draht wird die Kühlung vor dem Eindrücken dergestalt sein, daß sichergestellt ist, daß der Draht in dem Rohr 24 nicht schmelzen kann.

Die Fließgeschwindigkeit und der Druck des Gases für dieses Kühlen kann aufgrund von praktischen Erfahrungswerten ausgewählt werden. So können sich z. B. dieselben aufwerte belaufen, daß eine Fließgeschwindigkeit aus dem Rohr 24 von etwa 0,5 Mach oder darüber vorliegt. In dem Fall des Eindrückens von Draht wird das Gas zweckmäßigerweise inert oder nicht oxidierend sein, um so den Draht gegenüber einer Oxidation vor Beginn des Eindrückens zu schützen. Unmittelbar bevor das Eindrücken beginnt, kann ein anderes Gas an die Stelle des Kühlgases treten.

Unmittelbar bevor die Betätigungsvorrichtung 44 zwecks Beginn des Eindrückens inganggesetzt wird, wird die Fließgeschwindigkeit und der Druck des Gases auf derartige Werte eingestellt, daß das Gas als ein Strahlstrom und nicht perlend in die Schmelze eingeführt wird. Diese Werte werden während des Eindrückens praktisch unverändert aufrechterhalten. Das Eindrücken in Form eines Strahlstromes ist günstig insoweit, als hierdurch ein wirksames Vermischen des Gases und z. B. des durch dasselbe transportierten Pulvers mit der Schmelze sichergestellt wird. Ein Hindurchperlen des Gases ist ausgesprochen nachteilig, da Gasblasen an der Gefäßwand festhaften können und sich somit nicht ausreichend mit der Schmelze vermischen. Wenn eine Gasblase zusammenfällt, d. h. das Rohr 24 verläßt, kann sich weiterhin ein sofortiger Saugeffekt ergeben, wodurch die Schmelze in das Rohr 24 gesaugt und dasselbe blockieren kann.

Es wurde gefunden, daß die Fließgeschwindigkeit und der Druck dergestalt sein sollten, daß sich eine Gasgeschwindigkeit bei Austritt aus dem Rohr von 0,5 Mach oder darüber ergibt, z.B. 0,6 oder 0,7 Mach oder darüber. So kann sich beispielsweise der Gasdruck auf 2,4 bis 10,3 Bar und die Fließgeschwindigkeit auf 17 bis 111 m³/min. bei dem vorherrschenden Druck belaufen. Das Eindrücken beginnt, sobald die Betätigungsvorrichtung 44 den Einlaßkopf 26 und das Rohr 24 in Richtung der Schmelze unter Lösen des Stopfens 20 treibt. Sodann tritt Schmelze in den Spalt zwischen dem Kanal 18 und dem Rohr 24. Aufgrund der Kühlung vor dem Eindrücken erstarrt die in den Spalt eintretende Schmelze schnell. Das Erstarren der Schmelze in dem Spalt ist aus Sicherheitsgründen wichtig, da hierdurch das Rohr 24 an Ort und Stelle festgelegt wird. Sollte somit der Druck in der Betätigungsvorrichtung 44 aus irgendeinem Grund versagen, kann der statische Metalldruck an dem Düseneinsatz 14 nicht das verriegelte Rohr 24 aus dem Kanal 18 heraustreiben.

Es liegt natürlich ein abfallender Temperaturgradient von dem inneren zu dem äußeren Ende des Düseneinsatzes 14 vor. Dieser Gradient und die Wirksamkeit des Abkühlens vor dem Eindrücken bedingen, daß die Schmelzenviskosität und die Größe des Spaltes die wichtigsten Faktoren sind, die bestimmen, wieweit die Schmelze in den Spalt eindringt bevor dieselbe darin erstarrt. In der Praxis kann die Schmelze nur über eine begrenzte Entfernung eindringen, z.B. etwa 50 mm bevor dieselbe erstarrt. Somit ist keinerlei Gefahr gegeben, daß die Schmelze aus dem Gefäß 10 über den Spalt austritt.

Wenn das Eindrücken unterbrochen werden soll, wird die Betätigungsvorrichtung 45 betätigt unter Abscheren des Drahtes, und die Arbeitsweise der Beschickungsvorrichtung 34 wird unterbrochen. Sodann kann die Gaszuführung 35 abgeschaltet werden. Sobald der Gasdruck in dem Rohr 24 ausreichend abfällt, und zwar unter den statischen Metalldruck, wird die Schmelze in das Rohr 24 eintreten. Da das Rohr durch das fließende Gas kühl gehalten worden ist und im Hinblick auf den oben angegebenen Temperaturgradienten kann die Schmelze nicht aus dem Gefäß über das Rohr austreten. Nachdem die Schmelze über eine begrenzte Entfernung in das Rohr eingetreten ist, wird dieselbe darin erstarren und ein Austreten wird unmöglich. Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung weist einen Düseneinsatz 14 auf, durch den sich ein einziger Düsenkanal 18 erstreckt. Gegebenenfalls kann der Einsatz größer gemacht werden, um 2,3,4 oder mehr Eindrückkanäle aufzunehmen, deren jeder mit Stopfen und geeigneten Abgaberohren versehen ist. Außerhalb der Umkleidung 11 weist die Vorrichtung zusätzliche mechanische Teile und Betätigungsvorrichtungen 44; 45 auf, durch die das Eindrücken über die verschiedenen Rohre erleichtert wird. Gegebenenfalls kann die Anordnung so getroffen werdne, daß das Eindrücken gleichzeitig von einer Mehrzahl von Rohren > ausgeht. *

Der Erfindungsgegenstand ist anwendbar zur sicheren Einführung von Gasen inaggressive oder gefährliche Schmelzen, die sich bei hohen Temperaturen befinden, wie etwa geschmolzenen Metallen. Der Erfindungsgegenstand kann z. B. in der Eisenmetallurgie für das Einführen von Gasen in geschmolzenen Stahl oder Eisen für verschiedene Zwecke und gasförmiger Substanzen gleichzeitig mit einem Gas angewandt werden, wobei es sich bei diesen Substanzen z. B. um solche in Form eines Strangs oder Pulvers handelt. Der Erfindungsgegenstand ermöglicht es somit, die Gärungselemente einzuführen, insbesondere leicht verdampfbare Elemente wie Aluminium und potentiell gefährliche, verdampfbare Elemente wie Blei. In ähnlicher Weise können Substanzen eingeführt werden, die für die Kornstruktur-Raffination oder für die Steuerung der Karbidbildung angewandt werden. Der Erfindungsgegenstand kann weiterhin für das Einführen von Substanzen angewandt werden, z. B. zum Entschwefeln, zur Siliziumentfernung oder zum Entphosphosieren der Schmelze.

Claims

1. Verfahren zum Eindrücken von Substanzen in Hochtemperatur-Flüssigkeiten über einen Kanal, der sich durch die Wand eines die Schmelze enthaltenden Gefäßes erstreckt, wobei der Kanal
ursprünglich einen lösbaren Stopfen aufweist, der das innere Ende desselben verschließt,
gekennzeichnet durch die Kombination der nachfolgenden Verfahrensschritte:

a) von außerhalb des Gefäßes (10) wird.ein Abgaberohr(24) in den Kanal (18) eingeführt und das innere Ende des Rohrs benachbart zu dem Stopfen (20) angeordnet, wobei das Rohr transversal kleiner als der Kanal um einen vorherbestimmten Betrag ist;

b) das Rohr (24) und der Kanal (18) benachbart zu dem Stopfen (20) gekühlt werden, indem Gas
längs des Rohrs geführt und dasselbe nach außerhalb des Gefäßes (10) abgegeben wird;

c) unmittelbr bevor das Gas in die Schmelze eingedrückt wird, wird in dem Rohr (24) ein Gasdruck und eine Fließgeschwindigkeit aufgebaut, die ausreichend sind, dergestalt, daß bei dem
Eindrücken die Gasgeschwindigkeit bei Verlassen des Rohrs ausreichend groß ist, um
sicherzustellen, daß das in die Schmelze eintretende Gas als ein Strahlstrom und nicht als
Luftblasen vorliegt;

d) kraftvoll das Rohr (24) an den Stopfen (20) getrieben wird unter Überführen desselben in die
Schmelze, wodurch das Eindrücken des Gases in die Schmelze beginnt;

f) nachdem das Eindrücken zum Abschluß gekommen ist, wird der Gasdruck/
Fließgeschwindigkeit verringert und man läßt Schmelze in das Rohr (24) unter Absperren und somit Verschließen desselben eindringen, wobei der Betrag, in dem das Rohr (24) kleiner als
der Kanal (18) ist zwischen denselben einen Raum entstehen läßt, der ausreichend groß ist, so daß die Schmelze über eine begrenzte Entfernung vor dem Erstarren eintreten kann, sobald der Stopfen (20) entfernt worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasdruck und die
Fließgeschwindigkeit zu einer Gasgeschwindigkeit bei dem Verlassen des Rohrs von mehr als 0,5 Mach, z. B. 0,5 bis 0,7 Mach führen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Rohr (24) und der Kanal (18) kreisförmigen Querschnitt besitzen und das Rohr einen Durchmesser von etwa 80 bis etwa 90%
des Kanaldurchmessers aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Raum ringförmig ist und eine Breite von 0,5 bis 2 mm aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Rohr einen
Innendurchmesser von 10mm aufweist und der Raum eine Querschnittsfläche von etwa 120mm² besitzt. .

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Rohr (24) und der Kanal (18) dadurch gekühlt werden, daß Gas intern längs des Rohrs (24) in Richtung auf den
Stopfen (20) und sodann außerhalb zurück längs des Rohrs (24) nach außerhalb geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das einzudrückende

. Gas für das Kühlen des Rohrs (24) und des Kanals (18) angewandt wird und der gleiche Druck und Fließgeschwindigkeit sowohl für das Kühlen als auch für das Eindrücken in die Schmelze
angewandt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine nichtgasförmige und der Behandlung der Schmelze dienende Substanz in die Schmelze zusammen mit dem Gas
eingedrückt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Substanz teilchenförmig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Substanz in Form eines Drahtes
oder Stabes für das Auflösen in der Schmelze vorliegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß ein
Verschlußmechanismus (27; 28) an dem äußeren Ende des Rohrs (24) angeordnet ist und so
betätigt wird, daß die Zuführung des Gases und/oder der nichtgasförmigen, der
Schmelzenbehandlung dienenden Substanz zu dem Rohr sofort unterbrochen wird, wenn das
Eindrücken zum Abschluß kommen soll.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Schmelze eine
Metallschmelze ist und das Gas bzw. das Gas und die Behandlungssubstanz eingedrückt werden, um die metallurgischen Eigenschaften des Metalls zu steuern, zu verändern oder anzupassen.

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