DE1508166B1

DE1508166B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Foerdern von Metallschmelzen,insbesondere Stahlschmelzen

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Publication number: DE1508166B1
Application number: DE19661508166
Authority: DE
Inventors: Erdelyi Frank F
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-04-02
Filing date: 1966-04-01
Publication date: 1970-06-18
Also published as: GB1113827A; CH436362A; DE1508166C2; US3606293A; DE1783113A1; US3508743A

Description

bestehend aus einer Unterdruckkammer, in deren Bo- io geführt wird, tritt noch ein weiterer Mangel auf, der den ein Rohrstutzen mit schräg aufwärts gerichteten darin zu sehen ist. daß der Unterdruck im Entgasungs-Kanälen zur Zuführung des Fördergases angeordnet
ist, der sich in einen Sehmelzenaufnahmebehäiter er

streckt.

Aufnahmebehälter befindliche Schmelze durch Einstellung eines Unterdruckes im Entgasuimsgefäß und

Schmelze eingetauchtem Stutzen- in seiner Höhenlage verstellt werden kann. In diesem Falle wird wohl der eine .Mangel, nämlich die stündige Änderung des Unterdruckes im Entgasungsgefäß, behoben, es verbleibt jedoch der Nachteil des Wärme Verlustes, der in diesem Fall nicht ersetzt wird.

Bei allen diesen bekannten Verfahren, gleichgültig, ob die Entgasung bzw. Reinigung mit ständigem Umlauf oder durch häuriues Heben und Senken der

gefäß zur Erzielung der Hub- und Senkbewegung ständig geändert werden muß. Um diesen Mangel zu beheben, sieht eine weiterhin bekannte Stahlentga-Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in 15 sungsanlage. bestehend aus einem Unterdi uckbehälgroßer Zahl bekannt. Bei dem obenerwähnten Ver- ter, der über einer die Stahlschmelze aufnehmenden fahren, von dem die Erfindung ausgeht, wird die im Gießpfanne angeordnet ist. in vertikaler und horizontaler Richtung beweglich und um mindestens eine horizontale Achse schwenkbar ist und mit mindestens durch Einleitung eines unter Überdruck stehenden 20 einem unteren Rohrstutzen in die mit der Schmelze Fördergases in dem den Sehmelzenaufnahmebehäiter gefüllte Gießpfanne eingetaucht werden kann, vor, und das Entgasungsgefäß verbindenden Rohrstutzen. daß der Unterdruckbehälter um eine oder zwei einder über dem Boden des Entgasungsgefäßes ausmün- ander parallele horizontale Drehachsen derart bewegdet, im Entgasungsgefäß zum Überlaufen an den lieh angeordnet ist, daß er um eine horizontale Achse Rohrstutzen gebracht und Förder- und Spülgas durch 25 geschwenkt und zusätzlich beim Entgasen mit in die den Unterdruck entfernt, wobei die Schmelze unmittelbar durch einen in den Boden des Entgasungsgefäßes einmündenden Rohrstutzen in ein Aufnahmegefäß für die so gereinigte Schmelze abgeführt wird.
Da bei diesem Verfahren praktisch keine Verweilzeit 30
für die Schmelze im Entgasungsgefäß vorgesehen ist,
kann die Reinigung nur sehr ungenügend sein.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die
Schmelze aus dem Sehmelzenaufnahmebehäiter durch
Einstellung eines Unterdruckes im Entgasungsgefäß 35 Schmelze erreicht werden soll, kann wohl die Ent- v.nd Einleitung eines Fördergases durch einen An- gasungszeit beliebig verlängert werden, jedoch ist nur saugstutzen in das Entgasungsgefäß gefördert und im oberen Teil der Schmelze eine wirksame Entgasung durch einen Rücklaufstutzen wieder in den Schmel- sichergestellt, da das Austreten des Fördergases im zenaufnahmebehälter zurückgefördert. Hierbei muß unteren Teil der Schmelze infolge des ferrostatischen die Schmelze im Kreislauf bewegt werden, bis eine 40 Druckes erschwert wird. Hierbei stellt die geringe ausreichende Reinigung erzielt ist. Auch in diesem Sehmelzenmenge. die im Entgasungsgefäß aufgenom-FaIl muß, trotzdem darüber nichts ausgesagt ist. ein
Wärmeausgleich stattfinden.

Um zu brauchbaren Resultaten zu kommen, müßte der Vorgang, wie ebenfalls bekannt, und an anderer Stelle beschrieben, mehrmals wiederholt werden, und zwar üblicherweise durch 25 bis 30 Hub- und Senkbewegungen der Schmelze zwischen dem Aufnahmebehälter und dem EntgasungsgefäS, was natürlich mit hohen Wärmeverlusten, die wieder ausgeglichen werden müßten, verbunden sein würde.

Eine bekannte Einrichtung zum Entgasen von
Stahlschmelzen, die aus einer Vakuumkammer besteht, von deren Boden sich ein sowohl als Ein- als
auch als Auslaßrohr dienender Rohrstutzen in das in 55 einem Entgasungsdurchgang würde somit eine Obereiner unter der Vakuumkammer stehende Pfanne be- fläche von etwa 15 ni- benötigt, was bei den vornehmfindliche Metall erstreckt, und bei der der Abstand
zwischen der Vakuumkammer und der das Metall
enthaltenden Pfanne entweder durch eine Höhenverstellung der Vakuumkammer oder der das Metall ent- 60
haltenden Pfanne zu verändern ist. die nach diesem
Verfahren eier häufig wiederholten Hub- und Senkbewegungen der Schmelze arbeitet, sieht einen Wärmeausgleich vor ^!.ind zeichnet sich dadurch aus. daß

die fe-ier^ft-:;zugfrei!te Vakuumkammer birnenförmig 65 dies Entgasungsgefäß müßte somit einen bei jedem ausgebildet ist, indem sie aus einem flachgekrümmten Entgasungsvorgang wechselnden Belastungszustand Herd, einem sich an den Herd anschließenden, sich von 0 bis 200 t ertragen. Es ist einleuchtend, daß geradlinig verengenden Mittelteil, einem auf letzterem diese hohe Beanspruchung sich sehr nachteilig auf

men werden kann, ein weiteres schwerwiegendes Problem dar, das einer wirksamen Entgasung in einer angemessenen Zeit entgegensteht.

Bei Atmosphärendruck beträgt die Schmelzensäule etwa ] ,35 m. Bei einer Montagehöhe der glockenartigen Unterdruckkammer von 0.8 m und einer Saughöhe von 0,3 m ist bei einer Füllhöhe von 25 cm bereits die Maximaihöhe von 1.35 m erreicht.

Schon bei niedrigeren Torr-Werten entsprechend einer Saughöhe von 0,8 bis 1.35 m würde zur wirksamen Entgasung je Tonne Schmelze eine Schmelzenoberfläche von etwa 0,5 m² erforderlich sein. Zur Ent- «asun« eines Abstiches von etwa 30 t Schmelze in

Hch mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildeten Entf;asun25gel"äßen erien Durchmesser von e':w?. 4.5 r.i erforderlich machen würde. Die gassichere Abdichtung eines Entgasiingsgefäßes mit einem derartigen Durchmesser ist praktisch undurchführbar. Zudem würde ein derartiges etwa 301 Schmelze aufnehmendes Entgasungsgefäß deckelseitig durch einen atmosphärischen Druck von etwa 200 t belastet. Ein sol-

ORiGINAL INSPECTED

die Ausmauerung des Entgasungsgefäßes auswirken würde.

Mit der Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, mit dessen Hilfe es möglich ist, bei Aufrechterhaltung des üblichen Unterdruckes im Entgasungsgefäß Schmelze in dasselbe bis zu einer Füllhöhe zu fördern, die weit über dem durch die Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck und dem Unterdruck im Entgasungsgefäß und die Einführung eines Fördergases bestimmten Spiegel liegt, um so, ohne den Querschnitt des Entgasungsgefäßes zu vergrößern, eine weitaus größere Schmelzenmenge im Entgasungsgefäß aufzunehmen und eine hoch wirksame Reinigung und Entgasung der großen Schmelzenmenge in wesentlich kürzerer Zeit zu erreichen, als dies bisher möglich war. Das Verfahren soll sowohl ein absatzweises als auch ein kontinuierliches Arbeiten gestatten. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens soll einfach im Aufbau sein, und es sollen auch keine über das übliche Maß hinausgehenden Anforderangen an die Festigkeit des Entgasungsgefäßes gestellt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung zeichnet sich das Verfahren nach der Erfindung dadurch aus, daß in dem gegen die Außenatmosphäre abgeschlossenen Schmelzenaufnahmebehälter durch Einleiten eines Gases ein Überdruck erzeugt wird.

Auf diese Weise kann im wesentlichen die ganze im Schmelzenaufnahmebehälter befindliche Schmelze in das Entgasungsgefäß gefördert werden, es können aber auch, falls sich dies als erwünscht ergeben sollte, Teilmengen der Schmelze aus dem Aufnahmebehälter in das Entgasungsgefäß gefördert und dieser Vorgang einige Mal wiederholt werden, bis der gewünschte Zustand der Schmelze erreicht ist, wobei dieses letztere Verfahren jedoch höchstens zwei- bis dreimal durchgeführt zu werden braucht, also gegenüber den bekannten Verfahren, die nicht mit Überdruck im Schmelzenaufnahmebehälter arbeiten und eine 25- bis 30malige Hub- und Senkbewegung der Schmelze erforderlich machen, einen ganz erheblichen Fortschritt darstellt.

Zweckmäßig wird beim Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung des Überdruckes in dem Schmelzenaufnahmebehälter ein Gas verwendet, das in seiner chemischen Zusammensetzung der des Fördergases entspricht.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann zum kontinuierlichen Fördern von Metallschmelzen in einem Vakuumbügel Anwendung finden, wobei nur der Ausgangsstutzen in den unter Überdruck stehenden Schmelzenaufnahmebehälter eintaucht.

Bei dieser Anwendung des Verfahrens wird der Abzug der entgasten Schmelze aus dem Entgasungsgefäß an einer Stelle, wo die Schmelze unter Über- druck steht, mit der Wirkung vorgenommen, daß neue Schmelze aus dem Aufnahmebehälter in dem Maße zufließt, wie entgaste Schmelze abgeführt wird. Durch Abführen einer gewissen Menge von entgaster Schmelze ist der Unterdruck in dem Entgasungsgefäß bestrebt, sich zu verringern, was sich also in einer Erhöhung des Torr-Wertes im Entgasungsgefäß auswirken würde. Da dieser Unterdruck im Entgasungsgefäß aber konstant gehalten wird, muß eine entsprechende Menge neuer ungereinigter Schmelze nachströmen.

Weiterhin ist es gemäß der Erfindung zweckmäßig, daß die in der Unterdruckkammer befindliche Schmelze in an sich bekannter Weise beheizt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäß vorgesehene Entgasung der Schmelze in andere Verfahren eingeschaltet werden kann und diese anderen Verfahren eine Unterbrechung der Entgasung der Schmelze erforderlich machen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des absatzweisen Verfahrens der Erfindung besteht in einer Unterdruckkammer, in deren Boden ein Rohrstutzen mit schräg aufwärts gerichteten Kanälen zur Zuführung des Fördergases angeordnet ist, der sich in einen Schmelzenaufnahmebehälter erstreckt, und zeichnet sich dadurch aus, daß der Schmelzenaufnahmebehälter gasdicht mit der Unterdruckkammer durch eine Haube verbunden ist, in die eine mit einer Uberdruckquelle verbundene Rohrleitung einmündet, und daß die Kanäle den Innenraum des Schmelzenaufnahmebehälters unmittelbar mit dem Innenraum des Rohrstutzens verbinden. Hierbei ist es zweckmäßig, daß eine Hebebühne vorgesehen ist, mit welcher der Schmelzenaufnahmebehälter relativ zur Unterdruckkammer senkrecht bewegbar ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die in den Schmelzenaufnahmebehälter weisenden Öffnungen der Kanäle zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Stand des Schmelzenspiegels in dem Schmelzenaufnahmebehälter liegen, da bei dieser Anordnung das Spülgas erst dann in die Schmelze eintritt, wenn die Füllhöhe in der Unterdruckkammer schon ein gewisses Maß erreicht hat, bei dem eine wirksame Reinigung möglich ist.

Bei der Anwendung der kontinuierlichen Arbeitsweise des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, daß die Unterdruckkammer einen durch ein Absperrorgan verschließbaren Auslaufstutzen aufweist, dessen Mündung in der Unterdruckkammer tiefer liegt als die Mündung des in den Schmelzenaufnahmebehälters führenden Rohrstutzens.

In vorteilhafter Ausgestaltung dieser Vorrichtung sieht die Erfindung vor, daß der Boden des Schmelzenaufnahmebehälters durch einen U-förmigen, gegebenenfalls beheizbaren Ansaugstutzen mit dem Boden der Unterdruckkammer verbunden ist, daß dieser Ansaugstutzen außerhalb des Schmelzenaufnahmebehälters im Bereich unterhalb der Unterdruckkammer schräg aufwärts gerichtete Kanäle zur Zuführung eines Fördergases aufweist, und daß die im Boden des Schmelzenaufnahmebehälters befindliche Eintrittsöffnung verschließbar ist.

Um den U-förmigen Kanal vollständig entleeren zu können, besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, daß der horizontal verlaufende Teil des U-förmigen Kanals einen durch ein Absperrorgan verschließbaren Auslaßstutzen aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sollen nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung einer absatzweisen Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung einer kontinuierlichen Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die gereinigte und nach Bedarf legierte Schmelze in Kokillen und/oder eine Gießpfanne abgegossen werden kann.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 besteht im wesentlichen aus einer mit einem Blechmantel 1, einer Aus-

mauerung 2 versehenen Unterdruckkammer 3 und einem unter der Unterdruckkammer angeordneten Schmelzenaufnahmebehälter 4. Die Unterdruckkammer 3 ist in ihrem unteren Bereich mit einer gasdichten Haube 5, z. B. aus Blech, ausgerüstet, welche eine ringsherumlaufende Randabdichtung 6 aufweist und den oberen Rand des Schmelzenaufnahmebehälters 4 übergreift. Der Schmelzenaufnahmebehälter 4 ist auf einer Hebebühne 7 abgesetzt und kann durch diese

Nunmehr wird über den Kanal 18 nach Öffnen des Ventils 20 mittels eines Verdichters 19 unter erhöhtem Druck stehendes Spülgas in den Druckraum 26 gefördert. Entsprechend dem Druckaufbau im Druckraum 26 wird weitere Schmelze durch den Kanal 13 des Rohrstutzens 11 in die Unterdruckkammer 3 gedrängt. Infolge der damit verbundenen Absenkung des Schmelzenspiegels im Aufnahmebehälter werden die in der unteren Hälfte des Rohrstutzens 11 ange-

mit einer an ihr vorgesehenen Randverstärkung 8 ge- ία ordneten Kanäle 14 frei. Aus dem Druckraum 26 gen die Randabdichtung 6 der Haube 5 gedrückt wer- strömt dann durch die Kanäle 14 Spülgas in die im den, wodurch eine gasdichte Verbindung zwischen Kanal 13 des Rohrstutzens 11 befindliche Schmelze der Unterdruckkammer 3 und dem Schmelzenauf- und bringt diese zum »Kochen«. Die Kanäle 14 haben nahmebehälter 4 entsteht. Die Unterdruckkammer 3 nur begrenzten Querschnitt. Die in die Schmelze einbesitzt im Bereich ihres Bodenteils 9 einen sich bis 15 tretende Spülgasmenge wird durch die mit dem Kanal

dicht über den Boden 10 des Aufnahmebehälters erstreckenden Rohrstutzen 11, der eine Ausmauerung 12 aufweist und einen Kanal 13 bildet. Im unteren Bereich des Rohrstutzens 11 sind zwischen dem Boden 10 des Aufnahmebehälters 4 und dem oberen Spiegel 0-0 der Schmelze Kanäle 14 angeordnet, die sich von außen schräg aufwärts in den Kanal 13 erstrecken.
Der Aufnahmebehälter 4 ist mit einer Ausmaue-

23 verbundene Unterdruckquelle 22 im wesentlichen unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 3 fortlaufend abgesaugt. Durch weitere Druckerhöhung im Druckraum 26 wird nahezu die gesamte Schmelze in die Unterdruckkammer gefördert und von dem fortgesetzt durch die Kanäle 14 einströmenden Spülgas durchströmt und daher wirksam entgast und gereinigt. Der Spülgasdruck im Druckraum 26 muß in dieser Verfahrensphase einer

rung 15 versehen, und an ihrem Blechmantel 16 sind 25 Säulenhöhe entsprechend H₁ proportional sein, wo-Zapfen 17-17 angeordnet, an denen nicht gezeigte bei mit 31 der Spiegel der Schmelze in der UnterTransport- und Kippeinrichtungen angreifen können.
In die die gasdichte Verbindung zwischen der Un

terdruckkammer 3 und dem Aufnahmebehälter 4 her-

druckkammer bezeichnet ist. In der Endphase des Verfahrens strömt Spülgas auch durch die Eingangsöffnung 27 des Kanals 13 des Rohrstutzens ein und

stellende Haube 5 mündet ein Kanal 18, der mit einem 30 führt so zu einer Verringerung des Unterdruckes in

Verdichter 19 zur Zuführung von Spülgas unter erhöhtem Druck in Verbindung steht und ein Ventil 20 zur Spülgasdruckregelung aufweist. In den Deckel 21 der Unterdruckkammer 3 mündet ein mit einer Unter-

dem mit Schmelze nicht angefüllten Teil des Innenraumes der Unterdruckkammer 3, wodurch eine begrenzte Rückströmiing der Schmelze bis zum Verschließen der EingangsöÖ'nung 27 des Kanals 13 ein

druckquelle 22, z. B. einer Vakuumpumpe oder einem 35 tritt. Die durch die Vakuumpumpe erneut herbei-

Strahl-Ejector, in Verbindung stehender Kanal 23, in dem eine Absperrvorrichtung 24 vorgesehen ist.

Der mit Schmelze 25 normalerweise bis zur Linie 0-0 gefüllte Aufnahmebehälter 4 wird vermittels der

geführte Evakuierung der Unterdruckkammer führt zu einem wiederholten Fördern der Schmelze in die Unterdruckkammer, wodurch eine wirksame Bewegung der Schmelze entsteht, und der vorbeschriebene

Hebebühne 7 mit ihrer Randverstärkung 8 gegen die 40 Vorgang verstärkt sich. Dieser Vorgang könnte belieder Randverstärkung angepaßte Dichtung 6 gedrückt. big lange aufrechterhalten werden. Es hat sich jedoch wodurch eine gasdichte Verbindung und somit ein
Druckraum 26 zwischen der im Aufnahmebehälter 4
befindlichen Schmelze 25 und dem Boden 9 der Unterdruckkammer 3 bzw. der radial
Haube 5 entsteht.

Nunmehr wird bei geschlossenem Ventil 20 durch
Inbetriebsetzung der über den Kanal 23 mit der Unterdruckkammer in Verbindung stehenden Unterdruckquelle 22 und durch Öffnen der Absperrvorrich- 5» Kanal 13 des RohiStutzens in den Aufnahmebehälter 4 tung 24 der Innenraum der Unterdruckkammer 3 eva- zurückfließt. Durch Aufhebung des Vakuums in der kuiert, z. B. auf 0,01 Torr. Der im Druckraum 26 ein- Unterdruckkammer wird der Rückfluß der Schmelze geschlossene atmosphärische Druck bewirkt einen aus der Unterdruckkammer und damit das erfindungs-Druckausgleich derart, daß durch die untere Öffnung gemäße Entgasungs-und Reinigungsverfahren beendet. 27 des Kanals 13 im Rohrstutzen 11 und die Öffnung 55 Die Vorratspfanne kann nunmehr mittels der Hebe

gezeigt, daß bereits die durch die Kanäle 14 in die Schmelze einströmende Spülgasmenge zu einer wirksamen Entgasung und Reinigung der Schmelze ausauskragenden 45 reicht. Demzufolge wird vorzugsweise unmittelbar, nachdem die gesamte Schmelze aus dem Aufnahmebehälter in die Unterdruckkammer 3 gedrängt ist. der Druck im Druckraum 26 reduziert, wodurch die Schmelze aus der Unterdruckkammer 3 durch den

27 im Boden 9 der Unterdruckkammer Schmelze aus dem Aufnahmebehälter in den Innenraum der Unterdruckkammer einströmt, bis vollständiger Druckausgleich zwischen der sich einstellenden Schmelzenbühne 7 mit der entgasten und gereinigten Schmelze abgesenkt werden.

Die Kanäle 14 für die Einführung des Spiilgases in die Schmelze liegen also in einem Bereich, wo die

säule H einschließlich des Unterdruckes in der Unter- 60 Schmelze unter Überdruck steht. Die Unterdruckdruckkammer und dem im Druckraum 26 vorbände- erzeugung in der Unterdruckkammer 3 und die Übernen Druck eintritt. Der neue Spiegel der Schmelze druckerzeugung im Druckraum 26 werden mittels der im Aufnahmebehälter ist mit 29 bezeichnet, während
der neue sich gleichzeitig in der Unterdruckkammer
einstellende Spiegel das Bezugszeichen 30 trägt. Hier- 65 im Hinblick auf die Ausmauerung nicht zu hohe Ströbei fällt bereits infolge der Evakuierung des über der mungsgeschwindigkeit der Schmelze ergibt. Schmelze befindlichen Innenraumes der Unterdruck- Der Querschnitt der Unterdruckkammer 3 ist in an kammer Gas aus der Schmelze aus. sich bekannter Weise wesentlich größer als der des

Ventile 20, 24 der Unterdruckquelle 22 und des Verdichters 19 derart geregelt, daß sich im Kanal 13 eine

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Kanals 13 gehalten. Da der Druck im Druckraum 26 Auslaß 34 c mit einem Absperrorgan 41 ausgerüstet, und damit die Schmelzenhöhe H₁ beliebig hoch ge- Unterhalb der Auslaßöffnung 34 c befindet sich eine wählt werden können, ergeben sich sehr kleine Quer- Gießpfanne 49.

schnitte sowohl für den Aufnahmebehälter 4 als auch Wird in den Schmelzenaufnahmebehälter 4 Schmelze

für die Unterdruckkammer 3, was in konstruktiver 5 eingeführt, so gelangt diese bei geöffnetem Absperr-Hinsicht von wesentlicher Bedeutung ist. organ 38, 39 durch den Ansaugstutzen 33 bis in den

Unter den zahlreichen Abwandlungsmöglichkeiten unteren Bereich der Unterdruckkammer 3. Es wird sei besonders die eine Möglichkeit erwähnt, daß die sich eine Gleichgewichtslage in dem U-förmig ausUnterdruckkammer fest und gasdicht mit dem Auf- gebildeten Ansaugstutzen 33 etwa entsprechend der nahmebehälter verbunden ist. Dann braucht nur der 10 Linie 0-0 einstellen. Wird nun in gleicher Weise wie Aufnahmebehälter mit absperrbaren Einrichtungen in F i g. 1 der Innenraum der Unterdruckkammer 3 für die Zuleitung der ungereinigten Schmelze und die durch eine mit einer Unterdruckquelle 50 verbundene Ableitung der gereinigten Schmelze versehen zu sein. Leitung 51 evakuiert, so entsteht zwischen dem In-Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht nur nenraum der Unterdruckkammer 3 und dem Aufein besonders einfaches und schnelles Füllen und Ent- 15 nahmebehälter 4, der unter atmosphärischem Druck leeren des Aufnahmebehälters, wobei unter Umstän- steht, eine Druckdifferenz, wodurch weitere Schmelze den mehrere Aufnahmebehälter nacheinander mit aus dem Aufnahmebehälter 4 in die Unterdruckeiner Unterdruckkammer zusammenarbeiten können. kammer bis zum Spiegel 52 gefördert wird. Bei einer

Die Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 2 Evakuierung der Unterdruckkammer auf z.B. etwa dient zur kontinuierlichen Durchführung des erfln- 20 0,01 Torr beträgt die Säulenhöhe H₃ einer in die Undungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung besteht terdruckkammer geförderten Stahlschmelze etwa im wesentlichen aus einer Unterdruckkammer 3, einem 1,35 m. Die Gleichgewichtslinie 0-0 befindet sich Ansaugstutzen 33, der die Unterdruckkammer 3 mit zweckmäßigerweise in einer Höhe H₂ größer oder einem Schmelzenaufnahmebehälter 4 verbindet, und gleich etwa 1,5 m über dem horizontal verlaufenden einer Auslauf einrichtung 34. Die Unterdruckkammer 3 25 Teil 33 b des Ansaugstutzens 33. Das Absperrorgan ist im wesentlichen ähnlich wie die Unterdruckkam- 45 des Auslaufkanals 34 d und auch schon die Öffmer 3 nach F i g. 1 ausgeführt. Der Ansaugstutzen 33 nung 43 im Boden 40 der Unterdruckkammer 3 sind ist nach Art eines kommunizierenden Rohres U-f or- tiefer als die Gleichgewichtslinie 0-0 angeordnet. Wird mig ausgebildet und besteht aus den beiden sich nach das um die Säulenhöhe H_i tiefer als die Gleichgeoben öffnenden Schenkeln 33 a, 33 c und einem im 30 wichtslinie 0-0 liegende Absperrorgan 43 geöffnet, so wesentlichen horizontal verlaufenden Teil 33 b. Der strömt die gereinigte und entgaste Schmelze entspre-Schenkel 33 c mündet mit einer Öffnung 33 d im un- chend der in F i g. 2 angedeuteten und mit Richtungsteren Drittel der Unterdruckkammer 3 etwa in Höhe pfeilen versehenen Linie aus der Unterdruckkammer 3 des unteren Schmelzespiegels 0-0 im Aufnahme- durch den Auslauf kanal 34 d über die Auslaßöffnung behälter 4. Der Ansaugstutzen 33 ist im Bereich eines 35 44 in den Auslauf kanal 34 α und in den Auslauf stutwaagerecht verlaufenden Teiles 33 b mit einem Aus- zen 34 b und wird entweder über die Abgußstutzen 42 laß 36 versehen, der durch ein Absperrorgan 37, 37« in die Kokillen 47 oder über die Auslauf öffnung 34 c verschließbar ist. Zur Unterbrechung der kontinuier- in die Gießpfanne 49 befördert. Zur Beschleunigung liehen Schmelzezuführung ist im Bereich des Auf- der Durchströmgeschwindigkeit können bei Kokillennahmebehälters 4 ein Absperrorgan 38,39 angeordnet. 40 abguß die Kokillen über die Unterdruckleitung 48 Die Auslaufeinrichtung 34 besteht im wesentlichen evakuiert werden.

aus einer Auslauföffnung 43 unterhalb des Bodens 40 Der von dem Schmelzenaufnahmebehälter 4 zu der

der Unterdruckkammer 3, die in einen Auslaufkanal Unterdruckkammer 3 strömenden Schmelze wird im 34 a und einen im wesentlichen horizontal verlaufen- aufsteigenden Schenkel 33 c des Ansaugstutzens 33 den Auslaufstutzen 34 & übergeht, dessen durch ein 45 und im Bereich der Säulenhöhe H₂, in dem die Absperrorgan 41 verschließbare Auslauföffnung 34 c Schmelze unter Überdruck steht, ein Spülgas über in einen Abgußstutzen 42 mündet. Eine im Boden 40 Kanäle 53 beschränkten Querschnittes zugeführt, die der Unterdruckkammer 3 vorgesehene Öffnung 43 ist mit einem Verdichter 54 über eine mittels eines Abin diesem Zusammenhang über einen nach unten ab- Sperrventils 55 absperrbare Leitung 56 in Verbindung fallenden Auslaufkanal 34 d mit der Auslauf öffnung 50 stehen.

44 verbunden, die mittels eines Absperrorgans 45 zur Das mit der Vorrichtung nach F i g. 2 durchzufüh-

Unterbrechung des normalerweise kontinuierlich aus rende Entgasungs- und Reinigungsverfahren läuft der Unterdruckkammer abfließenden Schmelze ab- zweckmäßigerweise kontinuierlich ab. Der Aufnahmesperrbar ist. Der sich von der Öffnung 43 bis zu der behälter 4 kann von mehreren Bessemer-, Martinmit dem Absperrorgan 45 versehenen Auslauföffnung 55 usw. -öfen versorgt werden. Das Verfahren läßt sich erstreckende Auslaufkanal 34 d ist unterhalb der so einrichten, daß die Entgasung eines Ofenabstriches Mündung 33 d des Ansaugstutzens 33 angeordnet, der in der Intervallzeit zwischen zwei Abstichen durchals kommunizierendes Rohr Schmelzenaufnahme- geführt wird. Mittels der Absperrorgane 39 und 45 behälter 4 mit der Unterdruckkammer 3 verbindet, sind Unterbrechungen des kontinuierlichen Ablaufs und verläuft von seiner Einlaßöffnung 43 bis zu der 60 möglich. Bei der Durchführung des Verfahrens strömt Auslaßöffnung 44 schräg abwärts. Die Abgußstutzen die über den Ansaugstutzen 33 der Unterdrackkam-42 am Auslaufstutzen 34 & sind gleichfalls mit Ab- mer 3 zugeführte Rohschmelze zunächst in der Untersperrorganen ausgerüstet (nicht dargestellt) und kön- druckkammer aufwärts, wird in der Nähe der Schmelnen mit durch Hebebühnen 46 bewegbaren Kokillen zeoberfläche 52 umgelenkt und strömt abwärts, worauf 47 gasdicht verbunden sein. An den Kokillen 47 kön- 65 ihr noch nicht entgaster Teil umgelenkt und wieder nen Kanäle 48 angeordnet sein, welche mit nicht ge- von der aus der Öffnung 33 d austretenden Schmelze zeigten Unterdruckquellen in absperrbarer Verbin- mit nach oben genommen wird. Der entgaste Teil der dung stehen. Der Auslauf stutzen 34 & ist an seinem Schmelze strömt über die Öffnung 43 und den Aus-

lauf 34 zu der mehr oder minder mittels des Absperrorgans 45 geöffneten Auslaßöffnimg 44. Der entgaste Teil der Schmelze ist spezifisch schwerer als der nicht entgaste, wodurch die beschriebene Strömung unterstützt wird. Die gesamte Schmelze wird somit in den oberen, der Oberfläche zugewandten Bereich geführt und ständig bewegt. Daher tritt eine wirksame Entgasung und Reinigung der gesamten Schmelze ein, und es ergibt sich keine Behinderung der Entgasung infolge nennenswerter ferrostatischen Druckes in der Schmelze. Die Zuführung von Spülgas verbessert die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und beschleunigt seinen Ablauf.

Die an Hand der F i g. 2 beschriebene Anlage wird in der Weise in Betrieb genommen, daß bei noch nicht unter Unterdruck stehendem Unterdruckraum die Schmelze in den Aufnahmebehälter eingefüllt wird. Wenn man das Absperrorgan 39 öffnet, steht dann die Schmelze in den Schenkeln des Ansaugstutzens auf der Höhe Η_Λ der F i g. 2, also auf der Höhe Null. Jetzt wird die Vakuumpumpe SO eingeschaltet, durch die die Schmelze im Unterdruckraum auf die Höhe H₃ steigt. Etwa gleichzeitig mit dem Einschalten der Vakuumpumpe wird das Spülgas zugeführt. Dann wird diese vorerst in dem Unterdruckraum stationär befindliche Menge entgast und durchgespült. Die Unterdruckpumpe 50 (der Unterdruckstrahler) saugt die jeweils zugeführte Spülgasmenge unter Konstanthaltung des Unterdruckes ab. Nachdem auf diese Weise die in dem Unterdruckraum befindliche Schmelze genügend entgast worden ist, wird das Auslaufventil derart geöffnet, daß sich wiederum in dem aufsteigenden Schenkel des Ansaugstutzens die jeweils für zweckmäßig angesehene Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 3 m/sec einstellt. Nun strömt fortlaufend die Schmelze durch die Einrichtung mit der genannten Geschwindigkeit hindurch, indem sie kontinuierlich gespült und entgast wird.

Die Säulenhöhe H₃ der Schmelze, vermehrt um die geringe Druckhöhe, die dem Überdruck in der Unterdruckkammer 3 entspricht, ist also gleich dem Gasdruck, der auf dem Spiegel der in dem Aufnahmebehälter befindlichen Schmelze ruht. Wenn dieser Gasdruck gleich dem atmosphärischen Druck ist, ist H₃ etwa gleich 1,35 m bei einer Stahlschmelze. Es ist aber auch erfindungsgemäß möglich, die in dem Aufnahmebehälter 4 befindliche Schmelze mittels eines Gases unter Überdruck zu setzen. Dann ist die Säuienhöhe H₃ entsprechend höher.

Unterhalb der Linie 0-0 steht die Schmelze unter einem Druck, der entsprechend der Säulenhöhe größer ist als der Druck, den die Schmelze auf der Linie 0-0 hat. Wenn also die Schmelze auf dieser Linie unter atmosphärischem Druck steht, steht sie unter der Linie 0-0 unter Überdruck. Bei einer Stahlschmelze von H₂ = etwa 1,4 m herrscht also in dem waagerechten Teil 33 b des Ansaugstutzens ein Überdruck von etwas über 1 kg/cm².

In dem Überdruckbereich der Säulenhöhe H müssen sowohl die Auslaßöffnung 44 mit dem Auslauf 34 der Unterdruckkammer 3 als auch die Öffnungen 53 für die Einführung des Spülgases angeordnet sein. Die Höhe H₂ = etwa 1,5 m (für eine Stahlschmelze) ist aus Sicherheitsgründen so hoch gewählt worden; sie könnte auch kleiner, muß aber immer positiv sein.

In dem horizontalen Teil 33 b des Ansaugstutzens 33, also an seiner tiefsten Stelle, ist eine Auslaßöffnung 37 vorgesehen, die mittels eines Absperrorgans 37a absperrbar ist und in eine Auslaßrinne 36 mündet. Die Auslaßöffnimg 37 ist vorgesehen, um die in dem Aufnahmebehälter 4 und dem Ansaugstutzen 33 befindliche Schmelze in eine unter die Auslaßrinne 36 gestellte Pfanne 57 abzulassen, wenn das Entgasungsverfahren unterbrochen werden soll. Statt dessen kann auch die im Ansaugstutzen 33 und dem Aufnahmebehälter 4 befindliche Schmelze mittels eines auf die Schmelze in dem Aufnahmebehälter 4 wirkeno den Gasüberdruckes zu der Auslaßöffnung 44 gedruckt werden.

Unter der Voraussetzimg, daß auf den Spiegel der im Aufnahmebehälter 4 befindlichen Schmelze atmosphärischer Druck lastet, daß also die Linie 0-0 den atmosphärischen Druck darstellt, steht die Schmelze an der Ausgußöffnung 44 unter dem Überdruck der Säulenhöhe von H₁. Wenn demgemäß die Schmelze an dieser Stelle — in Abweichung von der Darstellung der F i g. 2 — ins Freie strömte, würde ihre Aus-Strömgeschwindigkeit durch den Überdruck entsprechend der Säulenhöhe H₁ unter Berücksichtigung der Strömungsverluste insbesondere in der Auslaßöffnung t

44 bestimmt, die vor allem von der jeweiligen Stellung des Absperrorgans 45 abhängt.

Wenn entsprechend der Darstellung der F i g. 2 die entgaste Schmelze erst über die Auslaßöffnung 44, 34c abgenommen wird, ergibt sich ein höherer Überdruck der Schmelze an dieser Stelle entsprechend dem Abstand, den die Auslaßöffnung 44, 34c von der Gleichgewichtslinie 0-0 hat.

Bei der Ausströmgeschwindigkeit der Schmelze aus der Öffnung sind vor allem die Widerstände in den Kanälen 33, 34 und 42 und in den Ventilen 39 und

45 zu berücksichtigen, und zwar derart, daß sich in dem Ansaugstutzen 33 nicht eine Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze ergibt, die höher liegt als die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 3 m/sec.

Falls die Schmelze nach dem Durchtritt durch das Ventil 45 in die Kokillen 47 abgefüllt wird, die mit Hilfe des Kanals 48 unter Unterdruck gesetzt worden sind, erhöht dieser Unterdruck die Ausströmgeschwindigkeit der Schmelze, was ebenfalls für die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Ansaugstutzens 33 berücksichtigt werden muß.

Wie bereits in der Beschreibung betont, zeichnet sich die Erfindung nicht nur durch eine besonders hochwertige Entgasung aus. sondern auch dadurch, daß die zur Ausführung der Erfindung erforderlichen Vorrichtungen, insbesondere die Unterdruckkammern, äußerst klein gehalten werden können. Mit Hilfe der Erfindung ist es ohne weiteres möglich, als Reaktionszeit für die Entgasung mehrere Minuten zur Verfügung zu stellen. Es sei beispielsweise bei einer kontinuierlich arbeitenden Anlage, wie sie an Hand der Fig. 2 beschrieben worden ist, angenommen, daß zur vollständigen Entgasung einer Schmelze ein Zeitraum von 1 Minute erforderlich ist. Der Unterdruck in der Kammer 32 sei 0.1 Torr. Es sei eine Durchlaufmenge von 100 kg/min angenommen. Die Höhe H₄, mit der die Auslauföffnung unterhalb der Gleichgewichtslinie 0-0 liegt, sei 0,2 m. Dann hat die Schmelze in der Unterdruckkammer eine Höhe von etwa 1,6 m. Diese Menge an Schmelze ist durch Zufluß von noch nicht entgaster Schmelze binnen einer Minute voll auszutauschen. Zur Erfüllung dieser Forderung ist es notwendig, daß der Inhalt der Unterdruckkammer 3 bei einer Füllhöhe von 1,6 m = 100 kg

beträgt. Der Innendurchmesser der Unterdruckkammer 3 beträgt unter diesen Umständen nur etwa 0,33 m. Wenn man die Stärke der Ausmauerung mit 0,15 m ansetzt, ergibt sich also ein Außendurchmesser von 0,65 m für die Unterdruckkammer. Die Abdichtung einer Unterdruckkammer von derartig kleinem Durchmesser und die Befestigung des Mauerwerkes in einer derart kleinen Unterdruckkammer sind äußerst einfach. Diese an sich sehr hohe Leistung kann durch Erhöhung des Füllvolumens der Unterdruckkammer, also durch Vergrößerung ihres Durchmessers, oder auch durch Beschleunigung des Durchflusses noch weiter erhöht werden, indem zu diesem Zweck die Höhe i?₄ unter entsprechender Vergrößerung des Querschnittes des U-förmigen Kanals 33 erhöht wird.

Ähnlich günstige Verhältnisse ergeben sich für die Ausführungsform nach Fig. 1.

Die in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen, kontinuierlich ablaufenden Entgasungsund Reinigungsverfahrens können sämtlich zur Entgasung und Reinigung der Schmelze von mehreren Öfen verwendet werden. Mittels dieser Vorrichtungen ist der weitestgehend lunkerfreie Abguß selbst schwerer Gußteile aus entgastem Stahl möglich. Als Spülgas wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in an sich bekannter Weise Aktiv- oder Neutralgas verwendet.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht neben der besseren und schnelleren Entgasung und Reinigung der Schmelze in der Möglichkeit, das Verfahren kontinuierlich ablaufen zu lassen und in der beträchtlichen Verkleinerung und Verbilligung der Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Auf diese Art und Weise können auch nichtmetallische Rohstoffe entgast bzw. reduziert und legiert werden.

Claims

Patentansprüche: 40

1. Verfahren zum Fördern von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen in ein Entgasungsgefäß, von dessen Boden aus sich ein Rohrstutzen in einen unter dem Entgasungsgefäß befindlichen Schmelzenaufnahmebehälter erstreckt, durch Einstellung eines Unterdruckes in dem Entgasungsgefäß und Einleiten eines Fördergases in den Rohrstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gegen die Außenatmosphäre abgeschlossenen Schmelzenaufnahmebehälter durch Einleiten eines Gases ein Überdruck erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Überdrukkes in dem Schmelzenaufnahmebehälter ein Gas verwendet wird, das in seiner chemischen Zusammensetzung der des Fördergases entspricht.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zum kontinuierlichen Fördern von Metallschmelzen in einem Vakuumbügel, wobei nur der Ausgangsstutzen in den unter Überdruck stehenden Schmelzenaufnahmebehälter eintaucht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Unterdruckkammer befindliche Schmelze in an sich bekannter Weise beheizt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, "2 oder 4, bestehend aus einer Unterdruckkammer, in deren Boden ein Rohrstutzen mit schräg aufwärts gerichteten Kanälen zur Zuführung des Fördergases angeordnet ist, der sich in einen Schmelzenaufnahmebehälter erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenaufnahmebehälter (4) gasdicht mit der Unterdruckkammer (3) durch eine Haube (5) verbunden, in die eine mit einer Überdruckquelle (19) verbundene Rohrleitung (18) einmündet, und daß die Kanäle (14) den Innenraum des Schmelzenaufnahmebehälters (4) unmittelbar mit dem Innenraum des Rohrstutzens (11) verbinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hebebühne (7) vorgesehen ist, mit welcher der Schmelzenaufnahmebehälter (4) relativ zur Unterdruckkammer (3) senkrecht bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Schmelzenaufnahmebehälter (4) weisenden Öffnungen der Kanäle (14) zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Stand des Schmelzenspiegels in dem Schmelzenaufnahmebehälter (4) liegen.

8. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckkammer (3) einen durch ein Absperrorgan (45) verschließbaren Auslaufstutzen (34 b) aufweist, dessen Mündung in der Unterdruckkammer (3) tiefer liegt als die Mündung (33 d) des in den Schmelzenaufnahmebehälter (4) führenden Rohrstutzens (11).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Schmelzenaufnahmebehälters (4) durch einen U-förmigen, gegebenenfalls beheizbaren Ansaugstutzen (33) mit dem Boden der Unterdruckkammer (3) verbunden ist, daß dieser Ansaugstutzen (33) außerhalb des Schmelzenaufnahmebehälters (4) im Bereich unterhalb der Unterdruckkammer (3) schräg aufwärts gerichtete Kanäle (14) zur Zuführung eines Fördergases aufweist, und daß die im Boden des Schmelzenaufnahmebehälters (4) befindliche Eintrittsöffnung (38) verschließbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontal verlaufende Teil (33 b) des U-förmigen Kanals (33) einen durch ein Absperrorgan (37 a) verschließbaren Auslaßstutzen (36) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY