DE1190479B

DE1190479B - Device for accelerating physicochemical processes in metal melts

Info

Publication number: DE1190479B
Application number: DEA37798A
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik Oestberg; Sven Gynt; Lars Gynt; Ake Sahlberg
Original assignee: JAN ERIK OESTBERG
Current assignee: JAN ERIK OESTBERG
Priority date: 1960-07-07
Filing date: 1961-07-04
Publication date: 1965-04-08

Description

Vorrichtung zum Beschleunigen physikalischchemischer Vorgänge in Metallschmelzen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschleunigen physikalisch-chemischer Vorgänge in Metallschmelzen von über 800° C mit Hilfe einer mechanischen Rühr- und Pumpvorrichtung, bestehend aus einem rotierenden zentralen Rohr und einem pumpenartigen Kopf.Device for accelerating physicochemical processes in metal melts The invention relates to a device for accelerating physico-chemical Processes in metal melts of over 800 ° C with the help of a mechanical stirring and Pump device consisting of a rotating central tube and a pump-like one Head.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur Entgasung von Flüssigkeiten mit einem rotierenden kegelförmigen Körper, der in die Schmelze eintaucht. Am nach unten gekehrten spitzen Ende des kegelförmigen Körpers sind Zuflußöffnungen vorgesehen, durch die die Schmelze angesaugt wird. Die Schmelze klettert unter der Wirkung der Zentrifugalkraft an den Wänden entlang nach oben und tritt durch an der breitesten Stelle des kegelförmigen Körpers gelegene Austrittsöffnungen aus. Hierdurch soll die Oberfläche der Metallschmelze vergrößert und dadurch eine rasche Entgasung erzielt werden. Bei anderen bekannten Vorrichtungen wird zur Erzielung einer raschen Entgasung die Oberfläche durch fontänenartiges Versprühen der Schmelze vergrößert, wobei die Flüssigkeit infolge der Wirkung eines in dem Raum, in dem die Schmelze versprüht wird, herrschenden Vakuums in einem Steigrohr emporgefördert wird.A device for degassing liquids with a is known rotating conical body that is immersed in the melt. On the downward facing At the pointed end of the conical body, inflow openings are provided through which the melt is sucked in. The melt climbs under the action of centrifugal force up along the walls and enters through at the widest point of the cone-shaped Body-located outlet openings. This is intended to create the surface of the molten metal enlarged and thereby a rapid degassing can be achieved. With other well-known Devices are used to achieve rapid degassing of the surface through fountain-like Spraying of the melt enlarged, the liquid as a result of the action of a in the room in which the melt is sprayed, the prevailing vacuum in a riser pipe is promoted.

Zur Durchmischung von Metallschmelzen hat man bereits elektrodynamische Umrührer oder Rüttelpfannen verwendet. Bei diesen Einrichtungen muß die Schmelze, bevor sie behandelt werden kann, aus der Pfanne in den elektrodynamischen Umrührer oder in die Rüttelpfanne gegossen werden. Beim Umschütten tritt naturgemäß ein Temperaturverlust ein. Auch stellt das Umschütten im Verlauf eines Arbeitsprozesses einen unerwünschten zusätzlichen Arbeitsgang dar.Electrodynamic ones are already used to mix metal melts Stirrers or vibrating pans used. In these facilities, the melt, before it can be treated, from the pan into the electrodynamic agitator or poured into the vibrating pan. When pouring, there is naturally a loss of temperature a. Re-pouring in the course of a work process is also undesirable additional work step.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, Schmelzen in großen Pfannen so durcheinander zu mischen, daß damit ähnliche Erfolge wie mit elektrodynamischen Umrührern bzw. mit Rüttelpfannen erreicht werden.The invention is now based on the object of providing a device create that is suitable for mixing up melts in large pans so that that with it similar successes as with electrodynamic agitators or with vibrating pans can be achieved.

Die erfindungsgemäße Rührvorrichtung 2 der eingangs genannten Gattung besteht aus einem unteren Ansaugrohr und mindestens einem über dem Ansaugrohr seitlich angeordneten, im wesentlichen horizontalen Auslaufrohr 9. Eine solche Vorrichtung kann in einfacher Weise auf eine Pfanne aufgesetzt werden. Die Schmelze wird durch das untere Ansaugrohr infolge der Wirkung einer im Auslaufrohr 9 entstehenden Zentrifugalkraft angesaugt und auf diese Weise umgewälzt. Das Auslaufrohr 9 wirkt zugleich als Rührvorrichtung. Eine solche Wirkung wird mit den bekannten Entgasungsvorrichtungen nicht erreicht, da die dort verwendeten, in die Schmelze eintauchenden rotationssymmetrischen Körper wohl eine Pumpwirkung, nicht aber eine Rührwirkung haben.The stirring device 2 according to the invention of the type mentioned at the beginning consists of a lower suction pipe and at least one on the side above the suction pipe arranged, substantially horizontal outlet pipe 9. Such a device can be easily placed on a pan. The melt is through the lower suction pipe as a result of the effect of a centrifugal force arising in the outlet pipe 9 sucked in and circulated in this way. The outlet pipe 9 also acts as a stirring device. Such an effect is not achieved with the known degassing devices, because the rotationally symmetrical bodies used there and immersed in the melt probably have a pumping effect, but not a stirring effect.

Durch die Erfindung wird das bisher notwendige Umgießen in induktive Umrührer oder in Rüttelpfannen vermieden, wodurch zum einen kein Temperaturverlust eintritt und zum anderen der Verarbeitungsprozeß wegen des Wegfallens eines zusätzlichen Arbeitsganges vereinfacht wird.The invention turns the previously necessary casting into inductive Stirrers or in vibrating pans avoided, which means, on the one hand, no loss of temperature occurs and on the other hand the processing process because of the omission of an additional Operation is simplified.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Pumpenweg, der mindestens 1511/o der Summe aus mittlerer Tiefe und mittlerem Durchmesser des Schmelzbades beträgt. Erfahrungsgemäß werden bei einer solchen Bemessung der Vorrichtung die besten Ergebnisse erzielt.An advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized by a pump path that is at least 1511 / o the sum of the mean Depth and mean diameter of the weld pool. Experience has shown that achieved the best results with such a dimensioning of the device.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Aus der folgenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispieles gehen weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung hervor.In the drawing is an embodiment of the invention Device shown. From the following description of this embodiment provide further details and advantages of the invention.

In einem Behälter, in diesem Falle einer Pfanne 1, befindet sich eine mit Schlacken bedeckte Schmelze mit einer Temperatur über 800° C. In die Schmelze ist die erfindungsgemäße Rührvorrichtung 2 eingetaucht. Diese Vorrichtung besteht aus einem T-Rohr, das an einer Vertikalwelle 3 befestigt ist, die über ein Getriebe 4 von einem Motor 5 angetrieben wird. Der Motor und das Getriebe befinden sich auf einem Sockel, der seinerseits auf dem Deckel 6 der Pfanne 1 befestigt ist. Der Deckel ist bei 7 und 8 mit Dichtungen versehen. Wie aus der Figur hervorgeht, besteht die Rührvorrichtung 2 aus einem senkrechten Ansaugrohr und zwei daran befestigten horizontalen Auslaufrohren 9, die in der Regel kürzer sind als der unter dem betreffenden horizontalen Rohr befindliche Teil des vertikalen Ansaugrohres. Die Rührvorrichtung 2 soll mit einer Geschwindigkeit von höchstens 500 Umdr./Min. rotieren. Dieser Höchstwert kommt allerdings nur bei kleinen Pfannen in Betracht. Ferner soll die Summe des vertikalen Rohres und des horizontalen Rohres etwa 15 % der Summe des maximalen Mitteldurchmessers und der maximalen Mitteltiefe der Schmelze sein. Bei diesen Abmessungen der Rührvorrichtung 2 erhält man einen optimalen Reaktionsablauf, verbunden mit einem begrenzten Verschleiß der Rührvorrichtung. Bei verhältnismäßig geringer horizontaler Bewegung der Schmelze ist es vorteilhaft, eine vertikale Bewegung von wenigstens 25 % der maximalen Mitteltiefe der Schmelze vorzunehmen bzw. bei verhältnismäßig kurzer vertikaler Bewegung eine horizontale Bewegung von wenigstens 25 % des maximalen Mitteldurchmessers der Schmelze zu erzeugen. Da die Pumpe im Verhältnis zu der sie umgebenden Flüssigkeit ziemlich groß ist, genügen .auch mäßige Rotationsgeschwindigkeiten. Bei mäßigen Geschwindigkeiten werden in den Mündungen der horizontalen Rohre trotzdem noch so große Zentrifugalkräfte erzielt, daß die Anordnung wirksam als Pumpe arbeitet, d. h. die Flüssigkeit in die Öffnung des vertikalen Rohres saugt und sie durch die horizontalen Seitenrohre wieder herausdrückt.In a container, in this case a pan 1, there is a melt covered with slag and having a temperature above 800 ° C. The stirring device 2 according to the invention is immersed in the melt. This device consists of a T-tube which is attached to a vertical shaft 3 which is driven by a motor 5 via a gear 4. The motor and the gear are located on a base which in turn is fastened to the cover 6 of the pan 1. The lid is provided with seals at 7 and 8. As can be seen from the figure, the stirring device 2 consists of a vertical suction pipe and two horizontal outlet pipes 9 attached to it, which are usually shorter than the part of the vertical suction pipe located under the horizontal pipe in question. The stirring device 2 should be at a speed of at most 500 rev / min. rotate. However, this maximum value only comes into consideration for small pans. Furthermore, the sum of the vertical pipe and the horizontal pipe should be about 15% of the sum of the maximum mean diameter and the maximum mean depth of the melt. With these dimensions of the stirring device 2, an optimal reaction sequence is obtained, combined with limited wear and tear on the stirring device. With relatively little horizontal movement of the melt, it is advantageous to make a vertical movement of at least 25% of the maximum mean depth of the melt or, with a relatively short vertical movement, to generate a horizontal movement of at least 25% of the maximum mean diameter of the melt. Since the pump is quite large in relation to the liquid surrounding it, moderate speeds of rotation are also sufficient. At moderate speeds, centrifugal forces are still so great that the arrangement works effectively as a pump, ie sucks the liquid into the opening of the vertical tube and pushes it out again through the horizontal side tubes.

Es ist nicht notwendig, daß die Rotationsachse senkrecht steht. Die Eintrittsöffnung kann auch im oberen Teil des vertikalen Rohres angeordnet werden oder sowohl im oberen als auch im unteren Teil. Eintrittsöffnungen können auch in verschiedenen Abständen vom Boden oder von der Oberfläche der Schmelze vorhanden sein. Die Pumpe kann mehr oder weniger exzentrisch im Behälter angeordnet werden. Die Auslaufrohre können etwas nach oben oder nach unten gerichtet sein, sie können auch in verschiedener Höhe angebracht sein.It is not necessary that the axis of rotation be perpendicular. the The inlet opening can also be arranged in the upper part of the vertical tube or both in the upper and in the lower part. Inlets can also be in different distances from the bottom or from the surface of the melt be. The pump can be arranged more or less eccentrically in the container. The outlet pipes can be directed a little upwards or downwards, they can also be attached at different heights.

Mit der Vorrichtung können auch Zusätze flüssiger oder gasförmiger Stoffe in die Schmelze gebracht werden. Die Zusätze können so zugegeben werden, daß von ihnen nur der unmittelbar von der Pumpe geförderte Teil der Schmelze beeinflußt wird. Die in der Zeichnung gezeigte Rührvorrichtung 2 ist für eine mit einer Eisenschmelze gefüllte Pfanne mit einem Fassungsvermögen von z. B. 20 t konstruiert. Diese Rührvorrichtung 2 arbeitet mit einer Drehzahl von etwa 1 Umdr./sec., und ihre Fördermenge ist bei einem Innendurchmesser des Ansaugrohres von 150 mm so groß, daß die ganze Schmelze in einigen Minuten den vertikalen und horizontalen Teil der Pumpe passiert. Gleichzeitig wird die Schmelze während der Rotation der Rührvorrichtung 2 durch die horizontalen Auslaufrohre in Bewegung versetzt.The device can also be used to add liquid or gaseous substances to the melt. The additives can be added in such a way that only the part of the melt conveyed directly by the pump is influenced by them. The stirring device 2 shown in the drawing is for a pan filled with molten iron with a capacity of, for. B. 20 t constructed. This stirring device 2 operates at a speed of about 1 rev./sec., And its delivery rate is so large with an internal diameter of the suction pipe of 150 mm that the entire melt passes the vertical and horizontal part of the pump in a few minutes. At the same time, the melt is set in motion during the rotation of the stirring device 2 through the horizontal discharge pipes.

Diese einfache Bauart der Rührvorrichtung 2 ist für die Lösung der Aufgabe wesentlich, weil die thermische und chemische Beanspruchung besonders groß ist. Die einfache Form sowie die Wandstärke von mindestens 10 mm und die Krümmungsradien von mindestens 1.0 mm verleihen der Rührvorrichtung 2 eine ausreichende Festigkeit, um diesen Anforderungen während des Betriebes in Metall- oder Schlackenschmelzen gerecht zu werden. Deshalb soll auch die Rotationsgeschwindigkeit höchstens 500 Umdr./Min. und die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den horizontalen Auslaufrohren höchstens 5 m/sec. betragen.This simple design of the stirring device 2 is essential for the solution of the task, because the thermal and chemical stress is particularly great. The simple shape and the wall thickness of at least 10 mm and the radii of curvature of at least 1.0 mm give the stirring device 2 sufficient strength to meet these requirements during operation in metal or slag smelters. Therefore, the rotation speed should not exceed 500 rev / min. and the flow velocity of the liquid in the horizontal discharge pipes is at most 5 m / sec. be.

Die Rührvorrichtung kann auf irgendeine bekannte Weise hergestellt werden und muß aus einem in der betreffenden Schmelze beständigen Material bestehen. Für Eisenschmelzen ist häufig Graphit gut geeignet. Wenn der Kohlenstoffgehalt der Schmelze niedrig sein soll, z. B. bei Carmen Stahlschmelzen, kann als Werkstoff Schamotte bzw. bei hohen Temperaturen Spezialschamotte oder Silimanit verwendet werden. Diese Rührvorrichtung kann auch in Pfannen mit Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum angewendet werden.The agitation device can be manufactured in any known manner and must consist of a material that is stable in the relevant melt. Graphite is often well suited for iron melts. When the carbon content of the Melt should be low, e.g. B. at Carmen Stahlschmelzen, can be used as a material Fireclay or, at high temperatures, special fireclay or Silimanit are used will. This stirring device can also be used in pans with a protective gas atmosphere or can be applied under vacuum.

Claims

Claims: 1. Device for accelerating physical-chemical processes in metal melts of over 800 ° C with the help of a mechanical stirring and pumping device, consisting of a rotating central pipe and a pump-like head, marked by a lower suction pipe (2) and at least one A substantially horizontal outlet pipe (9) arranged laterally above the suction pipe (2).

2. Device according to claim 1, characterized by a pump path which is at least 15111o the sum of the mean depth and mean diameter of the melt pool. Documents considered: German Patent No. 1051008; U.S. Patent No. 2,893,860.