DD260520A5 - Vorrichtung zum entgasen vom geschmolzenen metallen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenen Metallen fuer die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor bei der Entgasung von geschmolzenem Metall mit einem Spuelgas. Die Duesenvorrichtung eliminiert Metalldurchtritte aus dem Reaktor im Bereich der Duesenspitze und Gasaustritte im Bereich der Spuelgaszufuhrleitung. Die erfindungsgemaesse Loesung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Duesenvorrichtung einen hohlen Duesensitz mit einer Bohrung mit einem ersten sich verjuengenden Abschnitt und einen zweiten sich verjuengenden Abschnitt enthaelt, die durch einen Absatz verbunden sind, aufweist, und ein hohler Duesenspitzenkonus dichtend in diesem zweiten sich verjuengenden Abschnitt eingesetzt ist und eine Duesenspitze, die im ersten sich verjuengenden Abschnitt montiert ist und an den Absatzteil des hohlen Duesensitzes anschliesst, wobei die Duesenspitze hohl ist, mit einer Schulter versehen ist, einen zylindrischen Schulterteil und einen sich verjuengenden Spitzenteil aufweist und im hohlen Duesensitz derart eingepasst ist, dass der Schulterteil an eine Duesenspitzendichtung anpasst und die Duesenspitzendichtung zwischen dem Schulterteil der Duesenspitze und dem Absatz des Duesensitzes eingepasst ist und der sich verjuengende Spitzenteil dichtend in den Duesenspitzenkonus passt, und eine Gaszufuehrungsverrichtung in gasdichter Ausfuehrung mit der Duesenspitze verbunden ist, um das Gas derselben zuzufuehren und eine Isolation, welche die Gasfuehrungsleitung im Bereich des hohlen Duesensitzes umgibt, vorgesehen ist. Fig. 2

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenen Metallen, insbesondere ein verbessertes Gaseinspritzdüsensystem für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor für die Entgasung von geschmolzenem Metall mit einem Spülgas.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für das Entgasen von geschmolzenem Metall ist in der US-PS 4 177 066 offenbart. Die US-PS offenbart das Entgasen von geschmolzenem Metall unter Verwendung einer Vorrichtung, bestehend aus ' einem Wirbeltankreaktor, wobei das geschmolzene Metall tangential in den Reaktor eingeleitet wird und in einer Wirbelbewegung vom Reaktoreinlaß zum Reaktorauslaß geführt wird. Um den gewünschten Strom des Metalle in einer Wirbelbewegung vom Metalleinlaß zum Metallauslaß zu erreichen ist es notwendig, daß der Metalleinlaß in bezug auf die Reaktorwand derart angeordnet ist, daß das geschmolzene Metall tangential in den Reaktor geleitet wird. In einer vorzugsweisen Ausführungsform der US-PS 4177 066 umfaßt der Wirbeltankreaktor dabei einen ersten, im wesentlichen mit einer zylindrischen Seitenwand ausgestatteten Teil und darunter, unter dem ersten, im wesentlichen zylindrischen Seitenwandteil einen zweiten, sich nach unten verengenden Seitenwandteil. Die Gaseinspritzdüsen für das Spülgas sind in den Wänden des sich verengenden Seitenwandteiles in verschiedenen hohen Positionen angeordnet, um die Blasenverteilung des Spülgases durch die ganze Schmelze hindurch während des Durchtrittes vom Reaktoreinlaß zum Reaktorauslaß zu optimieren. Durch die Anordnung der Sprühdüsen in verschiedenen Höhen des sich verengenden Wandteiles sind diese in verschiedenen Abständen von der zentralen Achse des Wirbeltankreaktors, womit eine maximale Gasblasenverteilung erreicht wird. Die Einzelheiten der verschiedenen Vorrichtungsteile des Wirbeltankreaktors und die Sprühdüsenanordnungen, wie in der US-PS 4 177 066 offenbart, können ebenso mit dem verbesserten Gaseinspritzdüsensystem nach vorliegender Erfindung zur Anwendung gelangen. .

Während der obenerwähnte Wirbeltankreaktor wie in der US-PS 4 177 066 beschrieben, gegenüber bekannten, zum Stande der Technik gehörenden Vorrichtungen, erhebliche Vorteile aufweist, ergeben sich jedoch noch eine Anzahl von Problemen mit dem Gaseinspritzdüsensystem. Im besonderen sind zu erwähnen, der beobachtete unerwünschte Durchtritt von Metall aus dem Reaktor im Bereich der Düsenspitze. Zusätzlich war man mit dem Problem konfrontiert, daß das Spülgas seinerseits aus dem Gasführungssystem selbst austrat. Schließlich wurde gefunden, daß die Gaseinspritzdüsen die Tendenz aufwiesen, zu brechen, wenn sie durch die Reaktorwand in den Tank eingesetzt wurden.

Die US-PS 4 392 636 beschreibt eine Gaseinleitungsdüse für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor gemäß der bereits genannten US-PS 4177 066. Das Gaseinleitungssystem umfaßt einen Düseneinsatz, der in der Wand des Wirbeltankreaktors gesichert eingesetzt ist und bündig mit der inneren Reaktorwand ist. Der Düseneinsatz ist mit einer Sitzoberfläche ausgerüstet, die ihrerseits zu einem Düsenspitzenkegel aus keramischem Material oder ähnlichem, passend geformt ist. Die Gaseinleitungsdüse stützt sich federbelastet gegen diesen Düsenspitzenkegel und der Düsenspitzenkegel entsprechend gegn den Düseneinsatz, so daß ein Metaildurchtritt aus dem Reaktor im Bereich der Gaseinleitungsdüse vermieden wird. Die Gaseinleitungsdüse ist gegenüber der Spülgaszuführung durch eine Schraubvorrichtung gesichert, unter Verwendung einer Dichtung zwischen dem Düsenschraubteil und der Spülgasdüse. Es wurde gefunden, daß sich die drehende Bewegung des Düsenschraubteils auf die Dichtung zwischen dem Düsenschraubteil und der Spülgasdüse ungünstig, insbesondere auf deren dichtende Wirkung auswirkt. In Anbetracht dessen, daß der Wirbeltankreaktor für die Entfernung von Wasserstoff und Erdkalimetallen aus geschmolzenem Aluminium vorgesehen ist und dazu aktive Gase wie Chlorgas oder ähnliches verwendet werden, war es zwingend, daß eine leckfreie Auslegung des Spülgaszuführungssystems entwickelt wurde. Die US-PS 4494 735 beschreibt eine Gaseinleitungsdüse für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor der oben beschriebenen Art. Das Gasdüsensystem umfaßt einen Düseneinsatz der an der Reaktorwand des Wirbeltankreaktors befestigt ist und bündig mit der inneren Wandbegrenzung ist. Der Düseneinsatz ist mit einer Aufnahmefläche versehen, die passend zur Aufnahme eines Düsenspitzenkonus aus keramischem oder ähnlichem Material, ausgestaltet ist. Die Spülgasdüse wird mit einer entsprechenden Kraft gegen den Düsenspitzenkonus gedruckt, um eine Dichtung der Spitze gegenüber dem Spitzenkonus und somit einem Metalldurchschnitt aus dem Reaktor im Bereich der Spülgasdüsen zu vermeiden. Die Spülgasdüse ist gegenüber der Spülgaszuführungsleitung durch eine Düsenschraubverbindung gesichert, welche eine Düsenspitzenschraube enthält, die den Düsenkörper aufnimmt. Die Düsenspitzenschraube hält in nicht drehender Weise eine Befestigungsplatte, die gegen eine Dichtung preßt, die zwischen der Befestigungsplatte und dem hinteren Ende des Düsenkörpers angeordnet ist. Ein Gewinde ist in der Düsenspitzenschraube eingeschraubt und stützt die Befestigungsplatte gegen die Dichtung und weiter gegen den Düsenkörper, um eine leckfreie Dichtung zu erzielen. Eine Federscheibe kann zwischen der Befestigungsplatte und dem Gewinde angeordnet sein, um die Befestigungsplatte stützen zu helfen. Die Düsenanordnung nach der US-PS 4 494 735 vermag anfänglich ohne Leckprobleme zu arbeiten, mit der Zeit ist jedoch ein Metalldurchtritt zu beobachten, da das Düsenspitzenkonusmaterial sich zersetzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenen Metallen zur Anwendung zu bringen, die hohe Gebrauchseigenschaften aufweist und vor allem einfach ur.d kostengünstig im Gebrauch ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenen Metallen, insbesondere ein verbessertes Gaseinspritzdüsensystem für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor für die Entgasung von geschmolzenem Metall mit einem Spülgas zu schaffen, bei der Leckprobleme vermieden werden und eine Gaseinspritzdüse für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor für die Entgasung von geschmolzenem Metall mit einem Spül gas zur Verfügung gestellt wird, wobei , der Gasaustritt im Bereich der Düsenspitze eliminiert ist.

" Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gaseinleitungsdüsenvorrichtung einen hohlen Düsensitz dessen" Bohrung einen ersten konisch zulaufenden Abschnitt und einen zweiten konisch zulaufenden Abschnitt, beide verbunden durch einen Schulterteil umfaßt. Weiterhin ist ein hohler Düsenspitzenkonus, dichtend eingepaßt im Bereich dieses zweiten konisch zulaufenden Abschnittes, um eine erste Dichtung zu bilden, weiteres eine Düsenspitzendichtung in besagtem ersten konisch zulaufenden Abschnit, die an den Schulterteil des hohlen Düsensitzes stößt, unter Ausbildung einer zweiten Dichtung und eine

hohle Düsenspitze mit einem zylindrischen Schulterteil und einem konisch zulaufenden Spitzenteil, angeordnet im Bereich des hohlen Düsensitzes, wobei die konisch zulaufende Düsenspitze in den hohlen Düsenspitzenkonus aufgenommen wird und der Schulterteil gegen die DOsenspitzendichtung gepreßt wird, wobei die Dichtung zwischen dem Schulterteil der Düsenspitze und dem Düsensitz dichtend eingepaßt wird, und eine Gaszuführungsdichtung, befestigt an der Düsenspitze zur Speisung von Gas, und weitere Isolationsmaterialien, welche die Leitung umgeben, um die Leitung im Bereich des hohlen Düsensitzes zu isolieren, vorgesehen sind. In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind eine Platte und ein Abstandsrohr um die Gaszuleitung vorgesehen, welche die Isolation um die Gaszuleitung festhalten. Die Isolation umfaßt eine erste und eine zweite Umwicklung aus keramischen Fasern.

Es ist im Sinne der Erfindung, daß ein hohler Düsensitz mit einer Bohrung mit einem ersten sich verjüngenden Abschnitt und einem zweiten sich verjüngenden Abschnitt vorgesehen ist, die durch einen Absatz verbunden sind, aufweist, und ein hohler Düsenspitzkonus dichtend an diesem zweiten sich verjüngenden Abschnitt eingesetzt ist und eine Düsenspitze, die im ersten sich verjüngenden Abschnitt montiert ist und an den Absatzteil des hohlen Düsensitzes anschließt, wobei die Düsenspitze hohl ist, mit einer Schulter versehen ist, einen zylindrischen Schulterteil und einen sich verjüngenden Spitzenteil aufweist und im hohlen Düsensitz derart eingepaßt ist, daß der Schulterteil an eine Düsenspitzendichtung zwischem dem Schulterteil der Düsenspitze und dem Absatz des Düsensitzes dichtend eingepaßt ist und der sich verjüngende Spitzenteil dichtend an den Düsenspitzenkonus angepaßt ist, und eine Gaszuführungsvorrichtung in gasdichter Ausführung mit der Düsenspitze verbunden ist, um das Gas derselben zuzuführen und eine Isolation, welche die Zuführungsleitung im Bereich des hohlen Düsensitzes umgibt, vorgesehen ist, wobei ein Distanzrohrum die Gaszuführung vorgesehen ist, um die Isolation am vorgesehenen Ort zu halten, worin die Isolation eine erste und eine zweite keramische Faserumhüllung enthält.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht einer vorzugsweisen Ausführungsform eines Wirbeltankreaktors entsprechend der

US-PS 4 177 066 mit der verbesserten Gaseinspritzdüsenvorrichtung nach der Erfindung, Fig.2: den schematischen Teilschnitt 2-2 der Gaseinspritzdüsenvorrichtung in Figur 3, Fig. 3: eine Vorderansicht der Gaseinspritzdüsenvorrichtung, angebracht am Wirbeltankreaktor, Fig.4: eine Explosionszeichnung der Teile der Gaseinspritzdüsenvorrichtung.

In Figur 1 ist die Spülgasdüse in einer vorzugsweisen Anordnung am einen Wirbeitankreaktor 10 gezeigt. Sie umfaßt einen ersten im wesentlichen zylindrischen Seitenwandteil 12 und einer zweiten nach unten sich verjüngenden Seitenwand 14, unterhalb des zylindrischen Seitenwandteils 12. Wie erläutert, können Spülgasdüsenvorrichtungen 66 gemäß vorliegender Erfindung in jeden der in der US-PS 4 177 066 beschriebenen Wirbeltankreaktor 10 eingefügt werden und auch die verschiedenen Ausführungsformen von Wirbeltankreaktoren werden hiermit umfaßt.

Eine Anzahl von Gasdüsenvorrichtungen 66 sind im sich verjüngenden Seitenwandteil 14 jeweils mittels eines Halterahmens 16 befestigt. Mit speziellem bezug auf den Figuren 2 bis 4 wird die Gasdüsenvorrichtung 66 und der Halterahmen 16 im Detail beschrieben. Insbesondere aus Fig. 2 wird der sich verjüngende Seitenwandteil 14 des Wirbeltankreaktors 10, welcher eine erste innere Wand 18, die aus geeignetem feuerfesten Material hergestellt wird, und eine zweite äußere Wand 20, die vorzugsweise aus Stahl hergestellt wird, und von der inneren Wand 18 einen Abstand aufweist, ersichtlich. Eine Isolationsfüllung 22 ist zwischen dem Raum der inneren Wand 18 und der äußeren Wand 20 angebracht. Die innere Wand 18 ist mit einer Anzahl von Öffnungen 24 versehen, die dafür vorgesehen sind, jeweils eine Spülgasdüsenvorrichtung nach vorliegender Erfindung aufzunehmen. In jeder der Öffnungen 24 ist ein hohler Düsensitz 26 angebracht, dessen Bohrung einen ersten sich verengenden Abschnitt 28 und einen zweiten sich verengenden Abschnitt 30 aufweist, die beide durch einen Schulterteil 32 verbunden sind.

Der Düsensitz kann aus jedem geeigneten keramischen Material hergestellt werden.

Ein hohler Düsenspitzenkonus 34 aus geeignetem keramischen Material ist dichtend im Bereich des zweiten sich verengenden Bohrung 30 des hohlen Düsensitzes 26 eingepaßt. Eine Düsenspitzendichtung 36 aus geeignetem keramischen Material liegt an und dichtet gegen das Schulterteil 32 des hohlen Düsensitzes 26. Eine mit einer Schulter versehene Düsenspitze 38 mit dem zylindrischen Schulterteil 40 und einem sich verjüngenden Spitzenteil 42 ist innerhalb des hohlen Düsensitzes 26 derart eingesetzt, daß der verjüngende Spitzenteil 42 in den hohlen Düsenspitzenkonus 34 paßt, um eine erste Dichtung gegen einen Metalldurchtritt zu bilden. Der Schulterteil 40 der hohlen Düsenspitze 38 preßt die Düsenspitzendichtung 36 gegen den Absatz in Teil 32 des Düsensitzes 26 unter Ausbildung einer zweiten Dichtung gegen einen Metalldurchtritt.

Eine Gaszuführungsleitung 44 ist in Vertiefung 46 im hohlen, mit einer Schulter versehenen Gasdüsenspitze 38 eingepreßt, keramisch gebunden oder dergleichen, um eine gasdichte Verbindung zu bilden. Die Gaszufül ,'ungsleitung 44 ist im Bereich des hohlen Düsensitzes 26 von einer Isolation aus keramischen Fasern 48 und einer konisch geformten Faserumhüllung 50 umgeben..

Die keramische Faserisolation 48 wird durch eine Platte 52, welche-die Gaszuführungsleitung 44 umgibt, gehalten. Die Platte 52 ist durch ein Distanzrohr 54, welches die Leitung 44 umgibt, befestigt.

Vorzugsweise ist die konisch geformte Faserumhüllung 50 aus wärmequellbarem Dichtungsmaterial hergestellt, das während des Aufheizens anquillt und eine dritte Dichtung gegen Metalldurchtritt bildet. Geeignetes Material ist ein bekanntes wärmequellbares keramisches Fasermaterial.

Insbesondere sichtbar in Fig. 4 ist ein Verbindungsstück 56, welches in die Gaszuführungsleitung 44 eingefügt ist, um gasdicht an eine Gasleitung 58, durch welche das Spülgas zugeführt wird, anzuschließen. Ein Rückhaltebügel 60 ist über dem Verbindungsstück 46 befestigt und mittels der Schraube 62 gesichert. Die Düsenvorrichtung ist am Wirbeltankreaktor 10 mittels eines kreuzförmigen Armes 64, welcher an der äußeren Wand 20 des Reaktors mit Bolzen und Muttern befestigt ist, angebracht. Der kreuzförmige Arm 64 wird vom Schild 68 und der Feder 70 an Ort gehalten, die sich ihrerseits am Rückhaltebügel 60 über die Rückhalteplatte 72 und Schrauben 74 abstützt. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung der Gaseinspritzdüse nach vorliegender Erfindung ein Metalldurchtritt verhindert wird.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht durch die Zeichnungen limitiert ist. Diese dienen der näheren Erläuterung und bestmöglichem Verständnis der Erfindung und lassen eine Modifikation der Form, der Größe, der Anordnung derTeile und Funktionsweisen zu. Die Erfindung umfaßt auch alle diese Modifikationen, die auch im Sinne und im Bereich der Ansprüche liegen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenen Metallen umfassend eine Kammer mit einem inneren, verlängerten Seitenwandteil mit einer zentralen Achse, mit einem Metalleinlaß in einer ersten Höhe, in bezug auf die Kammer tangential angeordnet, damit das schmelzflüssige Metall tangential in diese Kammer und in wirbeiförmigem Strom von diesem Metallauslaß, angeordnet in einer zweiten Höhe, unter der ersten Höhe liegend, um das Metall aus der Kammer auszubringen und wenigstens einen Spülgaseinlaß, angebracht im Bereich des zweiten sich nach unten verengenden Seitenwandteiles, unterhalb der ersten Höhe, um das Spülgas in die Kammer zu leiten, wobei der oder die Spülgaseinlässe eine Düsenvorrichtung umfassen, die dichtend in jeweils eine Öffnung eingepaßt ist, die ihrerseits in diesem zweiten sich nach unten verjüngenden Seitenwandteil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenvorrichtung (66) einen hohlen Düsensitz mit einer Bohrung mit einem ersten sich verjüngenden Abschnitt (28) und einen zweiten sich verjüngenden Abschnitt (30) enthält, die durch einen Absatz verbunden sind, aufweist, und ein hohler Düsenspitzenkonus (34) dichtend in diesem zweiten sich verjüngenden Abschnitt (30) eingesetzt ist und eine Düsenspitze (38) die im ersten sich verjüngenden Abschnitt (28) montiert ist und an den Absatzteil des hohlen Düsensitzes (26) anschließt, wobei die Düsenspitze (38) hohl ist, mit einer Schulter (32) versehen ist, einen zylindrischen Schulterteil und einen sich verjüngenden Spitzenteil (42) aufweist und im hohlen Düsensitz (26) derart angepaßt ist, daß der Schulterteil (32) an eine Düsenspitzendichtung (36) anpaßt und die Düsenspitzendichtung (36) zwischen dem Schulterteil (47) der Düsenspitze (38) und dem Absatz des Düsensitzes (26) eingepaßt ist und der sich verjüngende Spitzenteil (42) dichtend in den Düsenspitzenkonus (34) paßt, und eine Gaszuführungsvorrichtung in gasdichter Ausführung mit der Düsenspitze (38) verbunden ist, um das Gas derselben zuzuführen und eine Isolation, welche die Gasführungsleistung (44) im Bereich des hohlen Düsensitzes (26) umgibt, vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Platte (52) und ein Distanzrohr (54) um die Gasleitung vorgesehen sind, um die Isolation am Ort zu halten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Isolation eine erste und eine zweite Umhüllung aus keramischen Fasern enthält.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler Düsensitz (26) mit einer Bohrung mit einem ersten sich verjüngenden Abschnitt (28) und einem zweiten sich verjüngendem Abschnitt (30) vorgesehen ist, die durch einen Absatz verbunden sind, aufweist, und ein hohler Düsenspitzkonus (34) dichtend an diesem zweiten sich verjüngenden Abschnitt (30) eingesetzt ist und eine Düsenspitze (38), die im ersten sich verjüngenden Abschnitt (28) montiert ist und an den Absatzteil des hohlen Düsensitzes (26) anschließt, wobei die Düsenspitze (38) hohl ist, mit einer Schulter versehen ist, einen zylindrischen Schulterteil (40) und einen sich verjüngenden Spitzenteil (42) aufweist und im hohlen Düsensitz (26) derart eingepaßt ist, daß der Schulterteil (32) an eine Düsenspitzendichtung (36) zwischen dem Schulterteil (40) der Düsenspitze (38) und dem Absatz des Düsensitzes (26) dichtend eingepaßt ist und daß der sich verjüngende Spitzenteil (42) dichtend an den Düsenspitzenkonus (34) angepaßt ist, und eine Gaszuführungsvorrichtung in gasdichter Ausführung mit der Düsenspitze (38) verbunden ist, um das Gas derselben zuzuführen und eine Isolation, welche die Zuführungsleitung im Bereich des hohlen Düsensitzes (26) umgibt, vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (52) und ein Distanzrohr (54) um die Gaszuführung vorgesehen ist, um die Isolation am vorgesehenen Ort zu halten.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation eine erste und eine zweite keramische Faserumhüllung enthält.