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Vorrichtung zum Vakuumentgasen von Metall-, insbesondere Stahlschmelzen
nach dem Umlaufentgasungsverfahren Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dient zur Vakuumentgasung von Flüssigkeiten, insbesondere Flüssigkeiten mit geringer
Dichte, die bei der Anwendung von Unterdruck eine große barometrische Steighöhe
von mehreren Metern oder darüber besitzen können, nach dem Umlaufentgasungsverfahren.
Die Vorrichtung eignet sich aber auch dazu, bei flüssigen Stoffen mit großer Dichte,
wie beispielsweise schmelzflüssigem Stahl, die Steighöhe wesentlich herabzusetzen.
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So kann die normalerweise benutzte volle barometrische Steighöhe von
Stahl, die rund 1,40 m beträgt, durch die Vorrichtung auf wenige Dezimeter herabgesetzt
werden, wodurch die benutzte Apparatur wesentlich kleiner sein kann. Bei Flüssigkeiten
mit geringer Dichte ist dieser Vorteil noch auffälliger. Gedacht ist hier beispielsweise
an Plastisole, organische Flüssigkeiten, wie z. B. Mineralöle mit einer Dichte von
etwa 0,8 und einer barometrischen Steighöhe von rund 12 m; es ist aber auch gedacht
an Metalle, wie Aluminium, mit einer Dichte von 2,7 und einer barometrischen Steighöhe
von rund 3,7 m.
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Das Umlaufentgasungsverfahren ist in letzter Zeit bei der Vakuumstahlentgasung
viel angewendet worden. Es wird in einem evakuierbaren Entgasungsgefäß mit zwei
etwa senkrecht nach unten gehenden Rohren durchgeführt, die von oben her in die
zu entgasende flüssige Stahlschmelze eintauchen. In das eine dieser Rohre wird ein
Fördergas eingeleitet, das infolge seiner wesentlich geringeren Dichte die Schmelze
in diesem Rohr nach oben mitreißt, so daß sie in den unter Unterdruck stehenden
Entgasungsraum gelangt. In diesem Raum werden durch den herrschenden Unterdruck
die in der Stahlschmelze enthaltenen Gase zusammen mit dem Fördergas abgeschieden.
Die entgaste Schmelze läuft durch das zweite Rohr zurück und vermischt sich mit
dem vorhandenen Rest der Schmelze. Die Schmelze selbst befindet sich üblicherweise
in einer Gießpfanne, deren obere Öffnung vollkommen frei ist, so daß die Schmelze
sich unter Atmosphärendruck befindet und nur von der Schlackenschicht bedeckt ist.
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Bei diesem bekannten Verfahren befindet sich also die zu entgasende
Schmelze unter normalem Atmosphärendruck und steigt in den beiden Rohren so weit
auf, wie es dem Druckunterschied zum Unterdruck, der im Entgasungsgefäß herrscht,
entspricht. Bei hohem Unterdruck steigt die Flüssigkeit also bis zur barometrischen
Steighöhe auf. Das spezifische Gewicht von Eisen und auch von Stahllegierungen beträgt
etwa 7,8, so daß die Steighöhe rund 1,4 m beträgt und dadurch die Apparatur durchaus
handliche Maße besitzt; diese können aber in gewissen Fällen zu groß sein, so daß
ihre Verkleinerung wünschenswert und vorteilhaft ist.
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Ein anderes bekanntes Verfahren benutzt z. B. zwei oder drei übereinandergestellte,
evakuierte Gießpfannen, hat also eine recht beträchtliche Bauhöhe, die nicht ohne
weiteres in jeder Betriebshalle vorhanden ist.
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Bei der Verwendung des bekannten Verfahrens zur Entgasung anderer
Flüssigkeiten mit wesentlich geringerer Dichte würde die Steighöhe entsprechend
größer sein. Eine Apparatur zur Entgasung solcher Flüssigkeiten würde also eine
sehr große Bauhöhe besitzen. Bei Flüssigkeiten, die bei höherer Temperatur entgast
werden sollen oder die wie z. B. Aluminium eine höhere Schmelztemperatur besitzen,
würde außerdem die starke Abkühlung in den entsprechend langen Ein- und Auslaufrohren
nachteilig wirken.
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Die Vermeidung dieser Nachteile ist Ziel der vorliegenden Erfindung.
Sie besteht in einer Vorrichtung zum Entgasen von vorzugsweise Metall-, insbesondere
Stahlschmelzen mit einem Umlaufentgasungsgefäß, das mit dem Ansaugstutzen und dem
Rücklaufstutzen in ein zur Aufnahme der Schmelze dienendes Entgasungsgefäß vakuumdicht
einmündet. Dabei wird eine Vakuumpumpe zwischen dem Absaugstutzen des Umlaufentgasungsgefäßes
und dem Absaugstutzen des die Schmelze aufnehmenden Gefäßes angeordnet und der ersten
Vakuumpumpe für das Entgasungsgefäß als zweite vorgeschaltet. Auch ist eine Fördergaszuleitung
mit dem Ansaugstutzen des Umlaufentgasungsgefäßes verbunden.
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Die zu entgasende Flüssigkeit befindet sich also nicht mehr unter
normalem Atmosphärendruck, sondenn
unter einem Unterdruck, dessen
Größe durch die Vorvakuumpumpe gegeben ist. Eine zweite Pumpe erzeugt die Druckdifferenz
zwischen dem Druck oberhalb der zu entgasenden Flüssigkeit und dem Unterdruck im
Entgasungsgefäß. Diese zweite Pumpe soll insbesondere eine Rootspumpe sein. Die
Steighöhe ist also nur noch gegeben durch die Druckdifferenz, die die Rootspumpe
erzeugt. Damit die Steighöhe verändert werden kann, wird die Rootspumpe entweder
mit einer Umwegleitung versehen, in der durch ein Regelventil die Druckdifferenz
geregelt werden kann, oder es wird in den Absaugestutzen des Behälters mit der zu
entgasenden Flüssigkeit ein Regelventil geschaltet, das ebenfalls die Steighöhe
zu verändern gestattet. Es können aber auch beide Maßnahmen gemeinsam benutzt werden.
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Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung.
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Die zu entgasende Flüssigkeit 1 befindet sich in dem Aufnahmebehälter
2, der durch den Deckel 3 abgeschlossen ist. Die Flüssigkeit kann durch den Rohrstutzen
4 eingefüllt und durch den Rohrstutzen 6 abgelassen werden. Durch den Deckel 3 gehen
die Rohre 8 und 9 hindurch, deren untere Enden bis in die Flüssigkeit 1 eintauchen
und deren obere Enden in das Entgasungsgefäß 10
einmünden. In das Einlaufrohr
8 wird mittels der Leitung 11 ein Fördergas eingeleitet. In diesem Rohr 8 bewegt
sich die Schmelze also aufwärts in Richtung des Pfeiles 12 in das Entgasungsgefäß
10 und läuft durch das Rohr 9 in Richtung des Pfeiles 13 wieder abwärts in den Aufnahmebehälter
2 zurück.
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Der Raum oberhalb der Schmelze 1 im Behälter 2 wird über den
Stutzen 15 durch die Vorvakuumpumpe 16 evakuiert. Das Entgasungsgefäß
10 wird über den Rohrstutzen 17 und einen Abscheider 18 für eventuelle
Dämpfe und Staubteilchen 18 durch die Rootspumpe 19 evakuiert. Diese erzeugt eine
Druckdifferenz zwischen dem Behälter 2 und dem Entgasungsgefäß
10.
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In gewissen Fällen kann die Steighöhe in den Rohren 8 und
9, die von der Förderleistung der Pumpe 19 und der durch sie erzeugten
Druckdifferenz abhängt, sehr groß sein. Um sie zu verkleinern, ist die Umwegleitung
20 in bekannter Weise mit dem Regelventil 21 versehen. Ist das Ventil voll
geöffnet, so arbeitet die Pumpe 19 praktisch so, daß sie die schon geförderten Gase
wieder durch die Leitung 20 ansaugt. Ist das Ventil 21 ganz geschlossen, so hat
diese Umwegleitung nur einen geringen Durchsatz, und zwischen dem Spiegel der Flüssigkeit
1 und dem Inneren des Entgasungsgefäßes 10 herrscht beinahe die volle
Druckdifferenz, die durch die Rootspumpe 19 erzeugt werden kann.
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An Stelle der Leitung 20 mit dem Regelventil 21 kann auch in der Leitung
15 ein Ventil 22 vorgesehen sein, das ebenfalls zum Regeln der Druckdifferenz benutzt
werden kann. Insbesondere kann man durch weitgehendes Schließen dieses Ventils die
Druckdifferenz wesentlich erhöhen, wenn eine größere Gasentwicklung aus dem Flüssigkeitsvorrat
1 stattfindet. Vorzugsweise wird man jedoch beide Maßnahmen gleichzeitig treffen,
so daß die Steighöhe je nach dem zu entgasenden Stoff und dem Gasanfall erhöht oder
erniedrigt werden kann.
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Im Entgasungsgefäß 10 sind vorzugsweise noch Leitbleche 25
oder ähnliche Einrichtungen angeordnet, auf denen die zu entgasende Flüssigkeit
in dünner Schicht herabströmen kann, so daß sie längere Zeit dem Unterdruck ausgesetzt
ist. In gewissen Fällen kann es auch sehr vorteilhaft sein, die obere Mündung des
Einlaufrohres 8 mit einer Düse 25 zu versehen, so daß die zu entgasende Flüssigkeit,
wie z. B. Mineralöl, etwa springbrunnenartig zerstäubt. Die Absaugestutzen 15 und
17 können noch mit Schutzeinrichtungen 30 versehen sein, die das unerwünschte Eindringen
von größeren Flüssigkeitstropfen usw. in die Absaugeeinrichtung verhindern.
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Zur Steuerung der Anlage sind Geräte 35 und 36 vorgesehen, die den
Unterdruck oberhalb der Flüssigkeit 1 bzw. im Evakuierungsgefäß
10 messen. Um die Druckdifferenz und also die Steighöhe genau zu kennen,
wird man meist noch einen Differenzdruckmesser einschalten, der unmittelbar die
Druckdifferenz zwischen den Räumen 2 und 10
mißt.
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Das beschriebene neue Verfahren bewirkt im Behälter 2 durch den dort
herrschenden Unterdruck in Verbindung mit dem ständigen Umwälzen infolge der Strömung
eine Vorentgasung der Flüssigkeit 1. Der im Entgasungsgefäß 10 herrschende hohe
Unterdruck wirkt als zweite Entgasungsstufe, die weitere wesentliche Teile der noch
verbliebenen Gase entfernt.