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Vorrichtung zum Entgasen von Metallschmelzen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Entgasen von Metallschmelzen mit einem die Schmelze
aufnehmenden Vakuumgefäß, an das ein vakuumdicht abschließbarer Behälter zur Aufnahme
von der Schmelze beizugebenden Zusatzstoffen angeschlossen ist. Dieser Behälter
wird zur Kammer des Vakuumgefäßes hin geöffnet, sobald die Schmelze in die Kammer
eingebracht worden ist. Dabei muß dafür gesorgt werden, daß die nach dem Öffnen
aus dem Behälter .in das Vakuumgefäß übertretende Menge an Zusatzstoffen der eingebrachten
Stahlmenge annähernd entspricht. Diese letztere Menge unterliegt von Charge zu Charge
gewissen Schwankungen, die sich unvermeidlicherweise aus dem Betrieb im Stahlwerk
ergeben.
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Um die richtige Menge an Zusatzstoffen einbringen zu können, kann
man in bekannter Weise (österreichische Patentschrift 213 431) zwischen dem die
Zusatzstoffe aufnehmenden Behälter und der Kammer des Vakuumgefäßes eine Regelvorrichtung
vorsehen, die man sich etwa in Form eines verstellbaren Abschlußschiebers vorstellen
könnte. Damit ist jedoch eine dosierte Beigabe nicht einwandfrei möglich, weil die
von einer solchen Regelvorrichtung in der Zeiteinheit durchgelassene Menge nicht
nur von der Größe der Schieberöffnung, sondern auch von anderen Faktoren abhängt,
beispielsweise der oberhalb des Schiebers lagernden Menge und der Wandreibung.
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Statt eines Schiebers könnte man auch einen Schneckenförderer zwischen
dem Behälter für die Zusatzstoffe und dem Vakuumgefäß anordnen. Solche Förderer
sind beispielsweise bei metallurgischen Ofen zur Herstellung von Barren aus in Pulverform
zufließendem schwerschmelzbarem Metall zur Förderung des Pulvers bekannt (USA.-Patentschrift
2 541764). Für den hier in Rede stehenden Zweck haben Schneckenförderer jedoch eine
Reihe von Nachteilen. Einmal arbeiten sie verhältnismäßig langsam, und zum anderen
besteht eine direkte Beziehung nur zwischen der Zahl der Schneckenumdrehungen und
dem geförderten Volumen, nicht aber dem geförderten Gewicht, so daß zunächst eine
Umrechnung notwendig ist. Hinzu kommt, daß eine Verstopfung am Eingang des Schneckengehäuses,
wie sie vor allem bei grobkörnigem Material auftreten kann, leicht unbemerkt bleibt.
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Diese Mängel fallen fort, wenn man den zur Aufnahme der Zusatzstoffe
dienenden Behälter in mehrere Kammern unterteilt, deren Inhalte während des Entgasens
in das Vakuumgefäß überführbar sind. Zu diesem Zweck besteht bei einer aus der schweizerischen
Patentschrift 279 686 bekannten Vorrichtung der Behälter aus einem Zellenrad, das
schrittweise gedreht wird, so daß die mit den Zusatzstoffen gefüllten Zellen nacheinander
mit einer Öffnung in Verbindung treten, durch die der Inhalt in die Kammer des Vakuumgefäßes
austritt. Der Austritt aus jeder so gebildeten Kammer geht schnell vonstatten, weil
er sich unter der Wirkung der Schwerkraft vollzieht, und aus dem gleichen Grund
besteht keine Gefahr einer Verstopfung. Die einzelnen Kammern können überdies leicht
mit bestimmten, vorher abgewogenen Mengen gefüllt werden. Diesen Vorteilen steht
jedoch der Nachteil gegenüber; daß zur Anpassung der Zusatzstoffmenge an die bei
,der jeweiligen Charge vom Vakuumgefäß aufgenommene Metallmenge selbst bei verhältnismäßig
geringen Anforderungen an die Genauigkeit eine große Anzahl von Kammern notwendig
ist. Dadurch wird nicht nur der Aufbau kompliziert, sondern es tritt erneut der
Nachteil ein, daß die Abgabe der Zusatzstoffe an die Schmelze unerwünscht viel Zeit
in Anspruch nimmt.
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Die Erfindung bedient sich zur Aufnahme der Zusatzstoffe gleichfalls
eines in mehrere Kammern geteilten Behälters, deren Inhalte während des Entgasens
in das Vakuumgefäß überführbar sind. Erfindungsgemäß besteht der Behälter aus einer
großen Hauptkammer und einer Anzahl kleinerer Hilfskammern, deren Volumina nach
einer geometrischen
Reihe gestaffelt sind und die unabhängig voneinander
in beliebiger Reihenfolge entleerbar sind. Wie nachstehend gezeigt werden wird,
ist es auf diese Weise möglich, die verlangte Anpassung der Zusatzstoffmenge an
.die Menge des zu entgasenden Metalls trotz guter Genauigkeit mit nur einer kleinen
Anzahl von Kammern zu erreichen.
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Die Hauptkammer sei so bemessen, daß ihr Volumen der kleinsten erfahrungsgemäß
austretenden Metallmenge entspricht, .die hier, um ein Zahlenbeispiel zu geben,
mit 160 t angenommen sei. Ferner sei angenommen, daß die erfahrungsgemäß größte
Metallmenge 195 t beträgt und die Genauigkeit, mit der die Menge an Zusatzstoffen
dem Metallgewicht angepaßt werden muß, einem Inkrement von 5 t entspricht. Dann
kommt man mit insgesamt drei Hilfskammern aus, von denen die erste so viel aufnimmt,
wie für 20 t, die zweite so viel, wie für 1.0 t und die dritte schließlich so viel,
wie für 5 t Schmelze nötig ist. Mit nur drei Hilfskammern kann man dann die verlangten
acht Stufen dadurch erhalten, daß man nach Entleeren der Hauptkammer entweder keine
oder eine oder zwei oder drei Hilfskammern entleert, wobei man die zu entleerenden
Hilfskammern so wählt bzw. so kombiniert, daß stets die verlangte Menge -herauskommt.
Dies ist auf Grund der geometrischen Staffelung in Verbindung mit der Tatsache,
daß die Entleerung der Hilfskammern an keine bestimmte Reihenfolge gebunden ist,
möglich: Besonders einfache und übersichtliche Verhältnisse ergeben sich, wenn man
eine geometrische Reihe wählt, die den Faktor 2 hat, wie es der bevorzugten Ausführung
.der Erfindung entspricht.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel.- zeigt . F
i g. 1 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Seitenansicht einer Vakuumanlage
mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß
gestalteten Füllbehälters oder -trichters, F i g. 3 eine Ansicht des Trichters nach
F i g. 2 von oben und F i g. 4 eine Auslöse- oder Freigabevorrichtung, wie sie bei
einer Anlage nach der Erfindung benutzt wird.
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Im wesentlichen besteht eine erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung
aus eimem hermetisch dichten Behälter zur Verwendung in Verbindung mit einem Vakuumentgasungsgefäß.
Dieser Behälter hat eine Hauptkammer und mehrere kleinere Hilfskammern, die in ihrem
Volumen in einer bestimmten Beziehung zueinander stehen, und zwar gemäß einer geometrischen
Reihe, die mit dem Faktor 2 wächst. Außerdem sind außerhalb des in dieser 'Weise
gestalteten Füllbehälters Mittel vorgesehen, durch die die Inhalte der Hilfskammern
in le Hauptkammer entleert werden können. _ Die in F i g. 1 dargestellte Vakuumentgasungsanlage
besteht aus einem Gefäß 10,' einer Pfanne 11, die geschmolzenes Metall 12 enthält,
und einer Hubvorrichtung 14, die das Vakuumgefäß trägt und es relativ zur Pfanne
11 vertikal zu bewegen vermag. Das Entgasungsgefäß 10 hat einen Stahlmantel
15,
der eine innere feuerfeste Auskleidung 16 umschließt. Zwischen dem Mante115
und der feuerfesten Auskleidung 1e befindet sich eine Schicht 18 aus wärmeisolierendem
Material, die bezweckt, die Menge der vom Gefäß 10 abgestrahlten Verlustwärme klein
zu halten. Der Stahlmantel 15 bildet die äußere Stütze und zugleich die hermetische
Abdichtung der Kammer 23, die von dem .relativ. porösen Material der feuerfesten
Auskleidung 16 umschlossen ist.
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An der Unterseite des Gefäßes 10 ist ein Stutzen 20 angebracht, dessen
zylindrische Bohrung 22 mit der von der feuerfesten Auskleidung 16 umschlosseneu
Kammer 23 in Verbindung steht. Die untere Mündung des Stutzens 20, die sich währenddes
Entgasungsprozesses bis unter den Spiegel der Schmelze 12 erstreckt, ist gleichfalls
an ihrer Außenseite mit feuerfestem Material umgeben, um zu verhindern, daß der
Metallmantel 15 mit dem geschmolzenen Metall 12 in Berührung kommt.
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Mit der Kammer 23 im Gefäß 10 ist ein Vakuumapparat
24 mittels einer Rohrleitung 26 verbunden, die vakuumdicht an den Mantel 15 angeschlossen
ist, und zwar. gegenüber einer Öffnung 28 in, der Oberwand 29 der feuerfesten Auskleidung
16. Ein Wagen 30, der unterhalb des Gefäßes 10 auf Schienten 32 ruht, bildet.den
Träger und das Transportmittel für die Pfanne 11. Die Hubvorrichtung 14 besteht
aus einer Plattform 34, auf der das Gefäß 10 befestigt ist, und aus mehreren zusammenwirkenden
hydraulischen Stempeln 36, mittels deren die Plattform 34 und das Gefäß 10 vertikal
bewegt werden können. Die hydraulischen Stempel werden durch einen Bedienungsmann
gesteuert, der seinen Platz an entfernter Stelle hat. Es entspricht der bevorzugten-Ausführung
der Erfindung, daß .das Gefäß 10 vertikal beweglich ist. Doch ist leicht einzusehen,
daß die Anlage grundsätzlich ebensowohl in der Weise betrieben werden könnte, daß
das Gefäß 10 stillsteht und die Pfanne 11 bewegt wird.
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Im Betrieb der Vakuumentgasungsanlage wird zunächst die Pfanne 11
mit der Stahlschmelze 12 unter das Gefäß 10 gefahren und dieses dann so weit gesenkt,
daß der Stutzen 20 in bestimmter Tiefe unter den Spiegel der Schmelze 12 taucht.
Die Evakuiervoxrichtung 24 wird hierauf eingeschaltet und erzeugt innerhalb
der Kammer 23 ein Teilvakuum. Durch die damit hergestellte Differenz zwischen dem
absoluten Druck in .der Kammer 23. und dem auf die Oberflüche der Schmelze 12 wirkenden,
atmosphärisc4en Druck wird' eine Teilmenge 12' der Schmelze durch den Stutzen 20
hindurch nach oben in die Kammer 23 gesaugt, und es werden die in ihr .gelösten
Gase unter :der Wirkung des in der Kammer herrschenden Teilvakuums abgesaugt. Ist
die Teilmenge 12' der Schmelze 12 für eine bestimmte Zeit dieser entgasenden Wirkung
unterworfen worden, so wird das Gefäß 10 angehoben. Dies hat zur Folge, daß die
Tellmenge 12' der Schmelze in die Pfanne 11 zurückkehrt, wobei sie die in der Pfanne
zurückgebliebene Schmelze 12 heftig aufwirbelt und durchrührt. Das untere Ende .des
Stutzens 20 bleibt jedoch hierbei unter dem Spiegel der Schmelze 12, so daß das
Teilvakuum in der Kammer 23 erhalten bleibt. Der ganze beschriebene Prozeß kann
sodann einmal oder mehrfach wiederholt werden, indem man das Gefäß 10 senkt und
hebt, bis der gewünschte Grad totaler Entgasung erreicht ist.
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Oben auf dem Stahlmantel 15 ist ein Fülltrichter 38 angebracht,
mittels dessen in die Kammer 23 legierende oder die Schmelze verfeinernde Zusatzstoffe
gegeben werden können. Zur Befestigung des Trichters 38 wird ein Flansch 39 mit
einem entsprechenden
Flansch 40 verschraubt, der am oberen Ende
eines kurzen Rohres 41 ausgebildet ist, das einen Bestandteil des Stallmantels 15
.darstellt und durch diesen hindurchragt. Durch eine Öffnung 42 in der Oberwand
29 der feuerfesten Auskleidung, die sich gegenüber dem unteren Ende des Rohres 41
befindet, steht der Trichter 38 mit dem Innern des Gefäßes 10 in Verbindung.
Ein von außen gesteuertes Ventil 43 wird betätigt, um den Inhalt des Trichters 38
in die Kammer 23 zu entleeren.
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Der Fülltrichter 38 besteht gemäß F i g. 2 und 3 aus einem äußeren
Gehäuse 44 und .einem Deckel 45. Das Gehäuse 44 hat die Form eines schiefen Kegelstumpfes,
der unten in .den Flansch 39 übergeht, während am oberen Ende eine kurze zylindrische
Wand 53 angeschlossen ist. An ihrem oberen Rand hat die zylindrische Wand 53 einen
nach innen ragenden Flansch 46 mit einer Ringnut 47 zur Aufnabme einer Dichtung
48. Außerdem ist .der Flansch mit einer Reihe von Gewindelöchern 49 versehen, die
1n radialer Richtung außerhalb der Dichtung 48 liegen. Entsprechend ist an der Unterseite
des Dekkels 45 ein Rand 50 ausgebildet, Tier mit dem Flansch 46 zusammenwirkt und
eine Anzahl von Löchern aufweist, die zu den Löchern 49 passen, wenn der Deckel
beim Schließen des Behälters aufgesetzt wird, so daß @er durch Bolzen
52 mit dem Gehäuse 44 verschraubt werden kann. Auf diese Weise wird
der Trichter 38 hermetisch geschlossen. Wie sich hieraus ergibt, kann weiteres Material
nach dem Schließen des Trichters nicht mehr eingebracht werden, .ohne die hermetische
Abdichtung aufzuheben, womit aber zugleich das Vakuum in der Kammer 23 aufgehoben
würde.
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Das Hauptgehäuse 44 des Trichters 38 ist in .eine Hauptkammer 54 und
drei Hilfe- oder Abstimmkammern 55, 55a und 55b geteilt. Hierzu dienen
mehrere vertikale Trennwände oder -bleche 58, die im oberen Bereich des Gehäuses
44 angeordnet sind und sich von der Achse des oberen zylindrischen Wandteils 53
aus radial nach außen zu der einen Seite dieses Wandteils erstrecken. Außerdem ist
ein Halteblech 60 vorgesehen, das sich von der geometrischen Schnittlinie
der Teilwände 58 zur entgegengesetzten Seite des zylindrischen Wandungsteils 53
erstreckt. Jeder Abstimmkammer ist .ein segmentförmiges Bodenblech 62 zugeordnet,
.das von der Innenkante des Flansches 46 abwärts in das Innere des Gehäuses 44 ragt.
Die einzelnen Bodenbleche sind mit ihren Seitenkanten an die benachbarten Teilwände
58 angeschlossen und gemäß F i g. 2 in Richtung auf die Mitte des Gehäuses 44 nach
unten geneigt, um die Entleerung der Zusatzstoffe von den einzelnen Hilfskammern
55, 55 a und 55 b in die Hauptkammer 54 zu erleichtern. Jedes Bodenblech
62 endet, wie insbesondere aus F i g. 3 hervorgeht, in einem Punkt, der in kurzem
Abstand von der Stelle liegt, wo die Teilwände 58 zusammentreffen. Dadurch entstehen
an den unteren Enden der einzelnen Kammern 55, 55 a und 55 b öffnungen,
die durch Türen oder Klappen 64, 64a und 64b geschlossen sind. Jede dieser Türen
kann unabhängig durch eine Steuerung 65, 65 a und 65 b in unten noch
zu beschreibender Weise betätigt werden.
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Um das jeweils gewünschte Volumen an Zusatzstoff zu erhalten, sind
die Kammern 55, 55 a und 55 b
in ihren Volumina nach einer geometrischen
Reihe gestaffelt, die mit dem Faktor 2 wächst. Es hat also, anders ausgedrückt,
die Kammer 55 .ein Volumen, das doppelt so groß ist wie das der Kammer
55 a,
und diese wiederum hat ein Volumen, das das Doppelte des Volumens der
Kammer 55 b beträgt. Nimmt man das Volumen der Kammer 55 b als Einheit, dann
betragen die Volumina der Kammer 55 a und 55 zwei bzw. vier Einheiten. Man kann
daher, .indem man die in den Kammern 55, 55 a und 55 b befindlichen
Mengen in geeigneter Weise kombiniert, zusätzliche Volumina erhalten, die eine,
zwei, drei, vier, fünf, sechs oder sieben Einleiten -betragen und der in der Hauptkammer
54 befindlichen Menge an zuzusetzendem Stoff hinzugefügt werden können.
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Ein Beispiel diene zur zäheren Fr1äuterung. Es sei angenommen, daß
in einer Serie von Pfannen 11 das Gewicht der zu entgasenden Schmelze 12 sich zwischen
160 und 195 t ändern kann. Dann wird die Hauptkammer 54 des Trichters 38 mit so
viel Zusatzstoff gefüllt, wie einem Pfanneninhalt von 160 t entspricht, während
die Kammern 55 b, 55 a und 55 mit einer, zwei und vier Einheiten an
Zusatzstoff gefüllt werden, wobei jede Einheit einem Teilgewicht der Schmelze von
5 t entspricht. Der Trichter 38 wird hierauf für den Entgasungsprozeß geschlossen,
Wenn dann beispielsweise vom ersten Schmelzofen eine Schmelze im Gewicht von 175
t geliefert worden ist, so werden ,die Steuerungen e5 a und 65
b betätigt und dadurch die Türen 64.a und 64b ,geöffnet, so daß drei Einheiten
des Zusatzstoffes aus den Abstimmkammern 55 a und 55 b in die Hauptkammer
54 entleert werden. Damit steht dann eine Menge an Zusatzstoff zur Verfügung, die
den 175 t der Schmelze entspricht. Liegt in einem anderen Fall das Gewicht der Schmelze
12 in der Pfanne 11 an der unteren Grenze, also bei 160 t, dann ist die in der Hauptkammer
54 befindliche Menge an Zusatzstoff allein ausreichend, und von den in den Hilfskammern
55 und 55 a und 55 b befindlichen Mengen wird kein Gebrauch gemacht.
Erreicht umgekehrt das in der Pfanne befindliche Gewicht den Maximalbetrag von 195
t, dann werden die in sämtlichen Hilfskammern befindlichen Mengen an Zusatzstoffen
in die Hauptkammer 54 entleert und schließlich der Schmelze beigegeben. Auf diese
Weise kann man sich jedem Schmelzengewicht zwischen 165 und 195 t durch geeignete
Kombination und der Inhalte der einzelnen Abstimmkammern anpassen, und zwar in Stufen
von 5 t. Will man eine feinere Abstufung erhalten, so kann die Zahl der Abstimmkammern
erhöht werden. Schon eine vierte Hilfskammer, die die Hälfte des Volumens der Kammer
55 b aufnimmt, erhöht die Zahl der Möglichkeiten von 7 auf 15 und liefert daher
mehr als eine Verdopplung der Feinheit der Abstufung.
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Die einzelnen Steuerungen 65, 65 a und 65 b stimmen überein, so daß
nur die in F i g. 4 dargestellte Steuerung 65 beschrieben wird. Die zugehörige Tür
64 ist an einer Welle 66 befestigt, die sich ,durch eine in der Wand des Gehäuses
44 des Trichters 38 befestigte Stopfbüchse erstreckt und im wesentlichen parallel
zur einen Seitenwand der Kammer 55 liegt. Eine Halteplatte 69 ist an :einem
Flansch 70 des äußeren Endes der Stopfbüchse 68 angebracht und trägt einen
Druckluftzylinder 72 und ein Klinkengetriebe 73, das einen Bestandteil der Steuerung
65 bildet. Dieses Getriebe enthält einen Schaltarm 74, der fest auf der Welle 66
sitzt und in seiner horizontalen Sperrstellung gemäß F i g. 4 durch eine
Klinke
75 gehalten wird. Die. Klinke 75 ist bei 77 zwischen zwei Haltearmen 78 gelagert,
die an einer die eine Stirnwand des Zylinders 72 bildenden Platte 79 befestigt sind.
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Der Druckluftzylinder 72 enthält einen Kolben 80,
der durch
eine Stange 81 mit der Klinke 75 gelenkig verbunden ist, und zwar an einem Punkt
zwischen dem Klinkenlager77 und dem freien Klinkenende76. $ine die Stange 81 umgebende
Feder 82 ist zwischen dem Kolben 80 und der Stirnplatte 79 angeordnet -und sucht
den Kolben, gesehen in F i g. 4, nach rechts gegen eine Anschlagbüchse 83 zu drücken.
Dadurch wird die Klinke 75 in Sperrstellung gehalten, in der sie den Arm 74 verriegelt
und daher die Tür 64 in ihrer horizontalen Schließstellung hält. Die rechte Kammer
des Druckluftzylinders 72 ist durch eine Leitung 84 über ein Kuppelstück
85 an eine Druckluftquelle angeschlossen. Soll der Inhalt der Abstimmkammer 55 in
die Hauptkammer 54 entleert werden, so wird Druckluft in -die rechte Kammer des
Zylinders 72 gegeben, so daß der Kolben 80 gegen die Wirkung der Feder nach links
gedrückt wird. Infolgedessen wird die Klinke 75 links herum geschwenkt und gibt
damit den Schaltarm 74 -frei, so daß die Tür 64 unter der Wirkung des auf ihr lastenden
Materials und ihres eigenen Gewichts rechtsdrehend herunterklappt und :den Inhalt
der Kammer 55 in-die Hauptkammer 54 abfließen läßt.
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Nach Entleerung der jeweils in Betracht kommenden Hilfs- oder Abstimmkammern
in die Hauptkammer enthält diese eine Zusatzstoffmenge, die das richtige Verhältnis
zum Gewicht der Schmelze 12 in der Pfanne 11 hat und zu einem späteren Zeitpunkt
in die Kammer 23 geleitet werden kann, nachdem die Entgasung für eine bestimmte
Zeit betrieben worden ist. Am einen Ende des Schaltarms 74 befindet sich ein Handgriff
86, -durch den der Arm in seine horizontale Stellung zurückgeführt und wieder verriegelt
werden kann, nachdem die Druckluft aus dem Zylinder 72 abgelassen worden ist. Damit
steht die .Steuerung für die nächste Betätigung bereit.