DE1032553B

DE1032553B - Verfahren zur Entgasung von fluessigen Schmelzen und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1032553B
Application number: DEF20931A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Feichtinger
Original assignee: Georg Fischer AG
Current assignee: Georg Fischer AG
Priority date: 1955-08-09
Filing date: 1956-07-30
Publication date: 1958-06-19

Description

Verfahren zur Entgasung von flüssigen Schmelzen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgarung von flüssigen Schmelzen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Notwendigkeit, z. B. Metalle zu entgasen bzw. die in den Metallen entstehenden gasförmigen Produkte abzusaugen, ist gerade in den letzten Jahren immer deutlicher erkannt worden. Man kann Entgasungen von Schmelzen durchführen, indem man durch die Schmelze möglichst in feine Blasen zerteilte Spülgase durchleitet, die einen Teil der zu entfernenden Gase mitreißen. In der Regel führt man diese Gase mit Hilfe eines Rohres in die Schmelze ein, oder man drückt diese Gase durch eine poröse Wand, die für die Spülgase durchlässig ist, jedoch für die Schmelze undurchlässig ist. Andere Verfahren entgasen Schmelzen mit Hilfe eines Vakuums. Man führt dies im allgemeinen so durch, daß man Metalle in induktiv oder durch Widerstand erhitzte Tiegel, die sich in einem entsprechenden Vakuum befinden, zum Schmelzen bringt.
Auf diese Art ist also das ganze Metall samt Tiegel in einem Vakuumkessel, und das abgeschmolzene Metall kann daher nur schwierig aus dem Vakuumraum herausgeschleust werden. Im allgemeinen muß dazu das ganze Vakuum des Kessels zerstört werden. Vor allem läßt sich ein Verfahren nicht zu einem kontinuierlichen Verfahren ausbilden. Es gibt andere Verfahren, wo die Metalloberfläche selbst einem Reduktionsgas oder Schutzgas ausgesetzt wird und so die Metallqualität verbessert wird.
Es ist bekannt, zur Entgasung von flüssigen Schmelzen zwei Räume zu verwenden, die durch eine Wand voneinander getrennt sind, wobei die Wand einen Teil aufweist, der gasdurchlässig, aber für die flüssige Schmelze undurchlässig ist. Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung unterscheidet sich von bekannten Verfahren dadurch, daß man in dem einen Raum die Schmelze einbringt und im andern Raum ein Vakuum bzw. eine auf die Schmelze entgasend einwirkende Atmosphäre aufrechterhält, so daß die Gase aus der Schmelze durch die Wand heraustreten.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die sich von bekannten Vorrichtungen dadurch unterscheidet, daß die Wand die Gestalt eines Rohres hat und der gasdurchlässige Teil sich in demjenigen Raum befindet, in welchem die aus der Schmelze abzutrennenden Gase einzutreten bestimmt sind.
Diese Erfindung ermöglicht es, z. B. das flüssige Metall direkt den Einflüssen eines Schutzgases oder eines Vakuums auszusetzen, ohne daß dabei komplizierte Schleusen benötigt werden.
Bei einem bekannten Metallbad, wo also ein Schutz- gas oder ein Vakuum sich über demselben befindet, treten bereits verschiedene technische Schwierigkeiten auf. Vor allem muß dauernd der Metallspiegel in der Horizontale gehalten werden.
Die Durchleitung von Metallen z. B. durch gasdurchlässige Rohre gestattet es jedoch, diese Rohre beliebig anzuordnen; sie können senkrecht oder waagerecht geführt werden, sie können, wo es ratsam ist, aus einer Gasatmosphäre direkt in einen Vakuumraum geführt werden, oder dort, wo man das Verfahren zum Tiegelschmelzen verwendet, kann das Metall aus dem Tiegel genommen werden, ohne daß es unbediiigt notwendig ist, das Vakuum, das zur Entgasung des unteren Tiegelteiles dient, zu zerstören.
Das Verfahren ist somit von größter Wichtigkeit, um entsprechende kontinuierliche Metall-Entgasungsverfahren durchführen zu können. Ein weiterer Vorteil des vom Erfinder vorgeschlagenen Verfahrens ist es, daß man, wenn es notwendig erscheint, die Metalle unter normalem atmosphärischem Druck zusetzen kann und nach Durchfließen des Entgasungsteiles diese unter atmosphärischen Druckverhältnissen abfließen lassen kann. Dabei kann auf der Zugabeseite wie an der Abflußstelle der Metalle eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten werden. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, Zugabe- und Abflußstelle der Metalle gleichfalls unter einem Schutzvakuum zu halten, das nicht in kommunizierender Verbindung mit dem Entgasungsvakuum steht, das an den gasdurchlässigen Tiegelwandungen wirkt.
An Hand der Zeichnung werden das erfindungsgemäße Verfahren und einige erfindungsgemäße Vorrichtungen beispielsweise beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung, bei welcher sich die zu entgasende Schmelze in einem offenen Tiegel befindet, Fig. 2 eine ähnliche Vorrichtung mit abschließbarem Tiegel, Fig. 3 eine Vorrichtung, bei welcher die genannte Trennwand zu einem durchgehenden Rohr ausgebildet ist, Fig. 4 eine Vorrichtung, bei welcher die genannte Wand rohrförmig ist, und zwar so, daß die Schmelze einen kurzgeschlossenen Induktionsring bildet, und Fig. 5 eine Vorrichtung, bei welcher die genannte Wand zu einem geschlossenen Rohr ausgebildet ist, wobei sich die Schmelze außerhalb des Rohres befindet.
Fig. 1 zeigt die Durchführung des Verfahrens schematisch. Dile Trennwand 1 bildet einen Tiegel.
Der untere Teil der Trennwand2 ist aus solchem Material, daß die Gase leichter durchdringen als im oberen Teil. Im Innenraum befindet sich die Schmelze 3. In dem Raum 4 wird über die Leitung 5 ein Vakuum aufrechterhalten. Es ist auch möglich, im Raum 4 eine Gasatmosphäre aufrechtzuerhalten, die bewirkt, daß die aus dem Metall zu entfernenden Gase durch Diffusion durch diese Wand das flüssige Metall verlassen. Die Wandung 1 bzw. 2 kann aus dem gleichen Material sein. In vielen Fällen wird man für 1 ein weniger gasdurchlässiges Material wählen als für 2. Im allgemeinen werden allerdings die meisten Materialien in der Hitze für Gase mehr oder weniger durchlässig, im besonderen für den Wasserstoff.
Soweit also die Wände und 2 ganz aus Metall sind, wählt man hierfür ein solches Metall, das mit der Schmelze möglichst wenig reagiert bzw. möglichst keine Legierung bildet. Es ist auch möglich, die Wandungen 1 und 2 vor dem Angriff der Metallschmelze und Schlacken mit Hilfe eines Schutzüberzuges 6 zu schützen. Vor allem ist dieser Schutzüberzug meist notwendig, wenn für Wandungen 1 und 2 keramische Massen verwendet werden. 7 veranschaulicht einen Widerstandsheizleiter, der über die Vakuumdichteisolationen 8 an die zu erhitzende Wand gebracht wird. 9 ist ein Raum, der mit Kühlwasser gekühlt ist, welches über die Zuleitung 10 und Ableitung 11 diesen durchfließt.
Fig. 2 ist eine etwas andere Ausführung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Im Prinzip decken sich einige Bezeichnungen mit der vorher beschriebenen Figur. Der untere Teil der zu einem Tiegel ausgebildeten Wand 12 ist erweibert dargestellt, wobei das Metallbad induktiv mit Hilfe des Solenoids 13, das über die Zuleitungen 14 und 15 den Strom erhält, aufgeheizt wird. Bei 14 und 15 wird auch das zur Kühlung dies Solenoids notwendige Kühlwasser durchgeleitet. Der obere Teil der Metallschmelze 3 wird mit Hilfe eines Deckels 16 vor dem Einfluß der Luftatmosphäre geschützt. Im Raum 17 kann eine Schutzgasatmosphäre vorhanden sein oder ein Vakuum. Im Raum 4 befindet sich ein Vakuum, wenn die Metallschmelze entgast werden soll. In dem Raum 4 kann man auch eine Gasatmosphäre, die eine Entgasung der Metallscbmelze bewirkt, aufbauen.
Ober eine Zuleitung 36 kann in die Schmelze Sauer- stoff oder ein Spülgas eingeleitet werden, wodurch diese gerührt, aufoxydiert, zusätzlich erhitzt und gereinigt wird.
Eine derartige Anordnung, wie sie in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist, bietet gegenüber den in der Technik allgemein verwendeten Vakuumschmelzanlagen, wo der ganze die Schmelze enthaltende Tiegel sich in ein und demselben Vakuumraum befindet, erhebliche Vorteile. Die wichtigsten davon sind: Es ist möglich, durch Abheben des Deckels 16 schnell zur Schmelze 3 zu gelangen, ohne daß es unbedingt notwendig ist, das außerhalb der Wandung 1 und 12 befindliche Vakuum zu zerstören.
Der Raum 4 ist nicht unmittelbar der starken Verunreinigung ausgesetzt, wie diese durch die von der Metalloberfläche abgehenden Dämpfe bei Vakuumschmelzanlagen, wo sich der ganze Tiegel in ein und demselben Vakuumraum befindet, nicht zu verhindern ist. Eine solche Schmelzanlage, wo sich der ganze Tiegel nur in einem Vakuumraum befindet, verschmutzt sehr stark, vor allem werden die Windungen des Solenoids häufig kurzgeschlossen. Bei der Anordnung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es jedoch möglich, z. B. im Raum 4 eine Schutzgasatmosphäre aufrechtzuerhalten, die zwar eine Entgasung der Metalle durch die Wandung 12 bewirkt, jedoch eine zu starke Verdampfung der Metalle in dem Raum 4 verhindert. Dabei kann diese Schutzgasatmosphäre auch als Isolationsschicht zwischen den einzelnen Windungen des Solenoids dienen. In den Fällen, wo im Raum 4 ein hohes Vakuum gehalten wird, sind die Verhältnisse auch viel besser als bei normalen Vakuumschmelzanlagen, da die durch die Wandung 12 durchdringenden Metall dämpfe bei weitem nicht eine so große Verschmutzung des Raumes 4 bewirken, wie das bei Vakuumschmelzanlagen der Fall ist, wo die von der Oberfläche des Metallbades 3 abgehende intensive MetallverdampfÜng den ganzen Raum stark verunreinigt, der dann oft und umständlich gereinigt werden muß.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dagegen der Raum 17 leicht zu reinigen, da er eine unkomplizierte Oberfläche hat.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung ist der, daß eine Schmelzanlage viel kleiner auszuführen ist, als dies bisher der Fall war. So kann die Dichtung 18 einen viel kleineren Durchmesser erhalten, als dies bei den üblichen Vakuumschmelzanlagen der Fall ist. Während bei den üblichen Anlagen der Tiegel über von außen her kompliziert eingeführte Bewegungsorgane innerhalb des großen Vakuumkessels gekippt wird, ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, den Tiegel mitsamt der ganzen Einrichtung zu kippen, was einen bedeutend kleineren technischen Aufwand erfordert; man bedenke nur die komplizierten Abdichtungen, die notwendig sind, um einen größeren Tiegel von außen her durch die wassergekühlte Doppelwand der Anlage zu kippen, wobei die Kühlwasserzuleitungen zur Induktionsspule dicht bleiben nifissen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ohne weiteres möglich, die eine Stromleitung für die Induktionsspule ohne bewegliche Zwischenteile direkt über die wassergekühlte Gehäusewand zu führen, was im anderen Falle, wo die Kühlwasserzuleitungen beweglich sein müssen, viel komplizierv ter ist.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfxllrens, bei der die Wand 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, die das Metallbad von dem Raum trennt, in dem die aus der Schmelze abzusaugenden Gase einzutreten bestimmt sind, rohrförmig ausgebildet ist.
Dabei ist das Rohr durch verschiedene Räume durchgeleitet, in denen verschiedene Atmosphären vorherrschen können. Im Raum 26 würde nach der Figur ein Vorvakuum herrschen, das mit einer Vorpumpe 33 abgesaugt wird, wodurch das vorbeifließende Metall über den durchlässigen Teil der Wandung 20 vorentgast wird. Im Raum 27 wird mit Hilfe einer entsprechenden Pumpe, z. B. einem Rootsgebläse, ein entsprechend höheres Vorvakuum gebildet und im Raum 28 schließlich mit einer Diffusionspuinpe 35 ein Hochvakuum gehalten. Diese Anordnung gestattet es, die Schmelze stufenweise zu entgasen, so daß jede dieser Pumpen auf bester Leistung gehalten werden kann und das vorentgaste Metall der Einwirkung eines besseren Vakuums ausgesetzt wird, im Sinne des Gegenstromprinzips.
In Fig. 3 ist schematisch eine wassergekühlte Induktionsheizung 37 dargestellt. Die Erwärmung kann auch durch direkte Stromdurchleitung erfolgen, wobei der Strom über die Leitung 38 geführt wird.
Fig. 4 ist die schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher der Schmelzraum als geschlossener Ring eines Induktionsofens ausgebildet ist. Mit Hilfe eines Induktionskerns 41 und der Spule 42 wird die Schmelze3 induktiv aufgeheizt. Ein Kühlmantel 9 umschließt den Ofen und ist mit dessen oberem Rand gasdicht verbunden. Das Kühlmittel tritt bei der Öffnung 10 ein und verläßt den Kühlmantel durch die Öffnung 11. Der Raum 4 wird über die Öffnung 5 evakuiert oder mit einer entsprechenden Atmosphäre gefüllt.
Im oberen Teil des durch die Schmelze 3 ausgefüllten Ringraumes kann eine Wand 40 angeordnet werden, die aus stromdurchlässigem Material besteht, jedoch von der Schmelze nicht angegriffen wird. Diese Wand hat den Zweck, den Ringraum so zu unterteilen, daß zwei kommunizierende Hälften entstehen. Durch diese Anordnung ist es möglich, im kontinuierlichen Betrieb unbehandeltes Metall einzuführen und auf der andern Seite behandeltes Metall zu entnehmen.
Kühlung und Vakunmausbildung sind analog der Ausführung nach Fig. 2.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem die gasdurchlässige Wand als Tauchrohr 43, 44 ausgebildet ist, das in die Schmelze 3 eingetaucht ist. Im Innern des Rohres befindet sich ein Vakuum, das zeitweise durch eine entsprechende Gasatmosphäre ersetzt werden kann. Um die Gasabgabe von den gababgebenden Zonen zu begünstigen, ist in das Rohr eine Hochspannungselektrode 45, die auch als Glühkathode ausgeführt sein kann, isoliert eingeführt, die gegenüber der Schmelze bzw. der Wandung 44 ein so hohes Potential erhält, daß die Gasabgabe begünstigt wird Soweit eine zusätzliche Erwärmung der Wandung 44 bzw. der Metallschmelze3 erforderlich ist, kann dies mit Hilfe einer zusätzlichen Widerstandsheizung 46 erfolgen, die dann auf diese Weise durch das Vakuum oder das Schutzgas, das sich im Raum 47 befindet, gegen die störenden Einflüsse der Luftatmosphäre geschützt ist.
48 veranschaulicht die äußeren Wandungen des Tiegels, in dem sich die Schmelze 3 befindet.
Dieses an Hand der Fig. 1 bis 5 beschriebene Verfahren eignet sich für alle Arten von Schmelzen, die entgast werden sollen, auch z. B. Gasschmelzen.
Die gasdurchlässige Wand kann aus verschiedenen Stoffen bestehen, die verschiedene Gasdurchlässigkeit aufweisen. Sie kann auch aus nur einem einzigen Material bestehen, z. B. aus Metall. Praktisch die meisten Materialien haben die Eigenschaft, daß sie bei erhöhter Temperatur für Gase besser durchlässig werden, was insbesondere für den Wasserstoff gilt.
Durch z. B. gewöhnliche Stahlrohre dringt bereits bei 400° C Wasserstoff gut durch. Bei höheren Temperaturen wird die Durchlässigkeit für dieses und andere Gase immer größer. r'il t-NTNSPHOCIIE: 1. Verfahren zur Entgasung von flüssigen Schmelzen, bei welchem man mindestens zwei Räume verwendet, die durch eine Wand voneinander getrennt sind, wobei die Wand einen Teil aufweist, der gasdurchlässig, aber für die flüssige Schmelze undurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem einen Raum die Schmelze einbringt und im andern Raum ein Vakuum bzw. eine auf die Schmelze entgasend einwirkende Atmosphäre aufrechterhält, so daß die Gase aus der Schmelze durch die Wand heraustreten.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Wand, die die Form eines Rohres haben kann, zum Teil ein Vakuum, zum Teil eine Gasatmosphäre und auf einem weiteren Teil wieder ein Vakuum aufrechterhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Wand, die die Form eines Rohres haben kann, zeitweise ein Vakuum und zeitweise eine Gasatmosphäre aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze in einen Raum einbringt, der durch ein teilweise gasdurchlässiges Rohr gebildet wird, auf dessen Außenseite ein Vakuum aufrechterhalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze in einen Raum einbringt, der durch ein teilweise gasdurchlässiges Rohr gebildet wird, auf dessen Außenseite eine Gasatmosphäre aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze kontinuierlich durch das Rohr strömen läßt.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze diskontinuierlich durch das Rohr strömen läßt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zusätzlich aufgeheizt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Rohr sowie das durchfließende Metall selbst vom Strom durchflossen werden und auf diese Art die Aufheizung erfolgt.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr niederfrequent induktiv aufgeheizt wird.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr hochfrequent induktiv aufgeheizt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens zwei Räume angeordnet und durch eine Wand voneinander getrennt sind, wobei die letztere einen Teil aufweist, der gasdurchlässig, aber für die flüssige Schmelze undurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand die Gestalt eines Rohres hat und der gasdurchlässige Teil sich in demjenigen Raum befindet, in welchen die aus der Schmelze abzutrennenden Gase einzutreten bestimmt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr durch verschiedene Vakuumräume geführt ist.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr durch wenigstens einen Vakuumraum, wenigstens einen Gasraum und wieder durch wenigstens einen Vakuumraum geführt ist.

15. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen kurzgeschlossenen Induktionsring bildet.

16. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des mit der Schmelze (3) erfüllten Raumes eine elektrisch leitende Wand (40) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte gasdurchlässige Teil der Wand aus einem porösen Träger und einem Überzug besteht, der das Eindringen von flüssiger Schmelze in den Träger verhindert. v 18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand die Gestalt eines Gefäßes hat, dessen unterer Teil aus einem Material besteht, der stärker gas durchlässig ist als der obere Teil, aber für die flüssige Schmelze undurchlässig ist.

19. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil erweitert ist.

20. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß oben durch einen gegen die Außenatmosphäre dicht schließenden Deckel abgeschlossen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Wand Elektroden vorhanden sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Wand Glühkathoden angebracht sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Wand eine zusätzliche Heizung vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 900 391; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 726 983.