DE1542357C3 - - Google Patents

Description

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beteiligte Führungsanordnung in gewünschter Art zu abgewandelten Ausführungsform der Pumpvorrich-

beeinflussen. Bei den allgemeinen Schwierigkeiten, tung.

die bei Flüssigkeiten hoher Temperatur hinsichtlich Der in F i g. 1 mit 1 bezeichnete Tiegel ist bis zur

Temperaturbeständigkeit und chemischer Beständig- Niveaulinie 2 mit einer Schmelze, z. B. mit einer

keit bestehen, sind solche Lösungen des Problems 5 Stahlschmelze, gefüllt. Über der Schmelze befindet

weniger geeignet. Eine besonders einfache Ausfüh- sich eine leichtere Schicht, z. B. eine Schlacken-

rungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen schicht 3. Zum Umwälzen der Schmelze dient ein

Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die hohler, kegelförmiger Rotationskörper 4 mit einem

Pumpvorrichtung aus einem Pumpenrohr besteht, das nach unten angesetzten Rohr 5. Der Körper 4 hat

oben durch ein konisches Gehäuse verschlossen ist, io einen zylindrischen Teil 6, in dem eine Reihe von

dessen oberer Teil durch einen zylindrischen Mantel Austrittsöffnungen 7 angebracht sind. Der Körper 4

mit Öffnungen gebildet wird, und aus sichelförmigen und das Rohr 5 bestehen aus einem feuerfesten kera-

Schaufeln, die über dem Deckel des Gehäuses auf mischen Material. Beide werden von einer Achse 8

der Antriebswelle der Pumpe befestigt sind. getragen, die von nicht dargestellten Anordnungen

Man kann erfindungsgemäß auch mit einer ein- 15 gehalten, gelagert und angetrieben wird und ange-

zigen Pumpe für das Umwälzen der Schmelze aus- hoben werden kann. Der Durchmesser des zylindri-

kommen. Die Austrittsöffnungen der Pumpe sind sehen Teils 6 ist in diesem Fall weniger als die Hälfte

dann so zum zentralen Ansaugrohr der Pumpe ge- des Behälterdurchmessers. Die Antriebsdrehzahl die-

neigt, daß beim Betrieb eine Art von Trichter in der ser Anordnung ist so gewählt, daß die durch das

schweren Schmelze gebildet wird, d. h. die Ausfluß- ao Rohr 5 angesaugte Schmelze durch die Öffnungen 7

rohre sind an dem von einer Welle angetriebenen radial mit einer Geschwindigkeit ausgeworfen wird,

■ \ Ansaugrohr schräg nach aufwärts gerichtet ange- die noch bis zu den Wandungen besteht; wegen dieser

bracht. Der Kreislauf in der leichteren Schicht wird Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung kann

dabei so geschaffen, daß ihr unterer Teil auf der an- diese auch als Pumpe bezeichnet werden. Die große

steigenden Trichterfläche der schwereren Flüssigkeit 25 Geschwindigkeit, mit der die schwere Schmelze in

gegen die Wandungen des Behälters getrieben wird, die Reaktionszone gepumpt wird, schafft dort eine

so daß der obere Teil dieser Schicht dann von dem reaktionsfördernde Turbulenz. Durch die Geschwin-

höchsten Stand selbst zur Mitte fließt, d. h. in Rieh- digkeit wird aber auch die leichtere obere Schicht

tung auf die Antriebsachse der Pumpe zufließt, um mitgerissen, sie würde aus der Reaktionszone entfernt

von hier aus wieder im Kreislauf nach außen bewegt 30 werden, wenn sie nicht von der Pumpanordnung 9 in

zu werden. den oberen Teil der Schicht zur Behältermitte zurück-

Die Bewegung der leichteren Schicht nach außen transportiert würde. Diese Anordnung besteht im

kann durch Anordnung von Schaufeln oder Rippen wesentlichen aus sichelförmigen Schaufeln 13, die an

auf der Oberfläche des Pumpenkörpers unterstützt einer Nabe 10 befestigt sind. Diese Schaufeln sind so

werden. 35 ausgeformt, daß eine zentripetale Bewegung geschaf-

Im Rahmen dieses Gedankenganges kann die Er- fen wird, so daß also Schlacke vom Umfang her in

findung in verschiedener Weise ausgeführt werden. Richtung auf die Drehachse zu gefördert wird. Die

Besonders soll betont werden, daß die Erfindung leichtere Schicht bewegt sich also im Kreislauf. Um

nicht an die Verwendung von Kreiselpumpen gebun- die zentripetale Bewegung sicherzustellen, müssen

den ist. Bei gegebenen geometrischen Verhältnissen 40 die Schaufeln ganz besonders ausgeformt sein. Die

der Pumpvorrichtung und des Behälters kann die Bedingung hierfür kann folgendermaßen mathema-

Pumpwirkung auch mit einem Rotationskörper ge- tisch ausgedrückt werden:

) schaffen werden der auch ohne Kanäle und Schau- u^ _{{ χ} c^

fein, wie bekannt, eine Pumpwirkung hat. Wesentlich K₁ c₂„ '

für die Erfindung ist also nicht die besondere Pum- 45 u₂ die Umlaufgeschwindigkeit in einem beliebigen

penkonstruktion, wie z. B. die Schaufeln, Kanäle, Punkt auf der Schaufel ist,

Ansaugrohr usw., sondern das Umwälzen der ge- U₁ die Umlaufgeschwindigkeit in einem Punkt auf

samten schweren Flüssigkeit mit einem Minimum der Schaufel, der zwischen dem ebengenannten Punkt

an führenden ganz oder teilweise geschlossenen Ka- und der Nabe liegt,

nälen, die zur Erzeugung des erforderlichen Pumpen- 50 c_lu die Projektion der absoluten Geschwindigkeit druckes erforderlich sind, oder der Winkel zwischen der Flüssigkeit in der Richtung der Umlaufgeschwinder Strömungsrichtung der leichteren und schwereren digkeit in dem Punkt, wo die Umlaufgeschwindigkeit Flüssigkeit im oberen Grenzbereich, der für das Zu- U₁ ist,

sammentreffen zwischen diesen beiden Flüssigkeiten c_2u die Projektion der absoluten Geschwindigkeit

vorteilhaft ist. Wesentlich ist weiter eine Reaktions- 55 der Flüssigkeit in der Richtung der Umlaufgeschwinzone, deren horizontaler Querschnitt wenigstens der digkeit in dem Punkt, wo diese Umlaufgeschwindig-

Hälfte des Behälterquerschnitts entspricht, und keit U₂ ist.

schließlich, daß direkt oder indirekt in der leichteren Im allgemeinen reicht diese einfache Anordnung oberen Flüssigkeit ein Kreislauf geschaffen wird. aus. Der Teil, der sich außerhalb der Schaufeln beZwei Ausführungsformen der Erfindung sind im 60 findet, wird erfahrungsgemäß mit angesaugt. In Fälfolgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. In len, wo die Materialbeanspruchung weniger groß ist, dieser zeigt können diese Schaufeln durch Scheiben 11 und 12 F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Schmelz- nach oben und besonders nach unten abgegrenzt und tiegel mit einer Pumpenanordnung gemäß der Erfin- für den Austritt der Schmelze eine öffnung 14 in der dung, 65 Nähe der Nabe vorgesehen werden. Die Figur gibt die F i g. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der F i g. 1 Größenordnung der Winkel zwischen der Strömungsund richtung der leichteren und schwereren Flüssigkeit F i g. 3 einen Schnitt durch einen Tiegel mit einer im oberen Grenzbereich angenähert an. Im kon-

kreten Fall wirken die besonderen hydrodynamischen Eigenschaften der jeweils vorliegenden Flüssigkeit auf die Wahl des Winkels ein, um den angegebenen Bedingungen gerecht zu werden.

Die F i g. 3 zeigt einen Weg, um die Kreisbewegung in der leichteren Schicht mit Hilfe einer sehr einfachen Pumpanordnung zu erzeugen. Die Pumpe besteht aus einem Ansaugrohr 16 mit einem hieran angesetzten Rotationskörper 17, der unter einem Winkel zur Achse des Rohres 16 nach oben geneigt angesetzt und von Kanälen durchsetzt ist. Die Pumpe ist wiederum von der Antriebswelle 8 getragen. Sie wird mit einer solchen Drehzahl angetrieben, daß die durch das Rohr 16 angesaugte Schmelze in Richtung der Pfeile nach außen und nach oben gefördert wird, so daß der Spiegel der Schmelze nach der Außenwand des Behälters hin ansteigt. Die dabei mitgerissene leichtere Schicht steigt zwar in ihrem unteren Teil an dem inneren Behältermantel zu derselben Höhe, fließt aber in ihren oberen Teil in Pfeilrichtung nach der Achse der Pumpe zu zurück.(Das zentrifugale Ausfließen der leichteren Schicht kann durch Rippen oder Schaufeln 15 unterstützt werden, die auf den Rohren 17 bzw. auf dem Rotationskörper (17) angeordnet sind. Bei günstigen geometrischen Verhältnissen und geeigneter Lage der Pumpe kann

ίο auch ohne Saugrohr gearbeitet werden.

Bei gewissen Geschwindigkeiten kann das Zurückfließen der Schlacke in der Oberfläche durch eine zu große Umlaufgeschwindigkeit, die sogar zu einer Wirbelbildung führen kann, gestört werden. Diese Störung wird durch einen bremsenden Körper 18 aus feuerfestem Material beseitigt. Der Körper 18 ist mit einem Träger 19 am Tiegel befestigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 PatentansDrüche· führte Umrührer verwenden kann, ist dies bei großen ^ ' Schmelzgewichten nicht mehr möglich. Hier verwen-

1. Verfahren zur Erhöhung der Reaktions- det man entweder elektromagnetische Umrührer oder geschwindigkeit in der Reaktionszone zwischen motorisch angetriebene Rührvorrichtungen. Besonzwei Flüssigkeiten wesentlich verschiedener spe- 5 ders vorteilhaft ist die Verwendung einer Pumpenzifischer Gewichte, die nur dadurch getrennt vorrichtung, die einen dicht unter der Schmelzobersind, daß die leichtere über der schwereren Flüs- fläche liegenden Rotationskörper mit oder ohne sigkeit schwimmt, insbesondere zur Verbesserung Schaufeln oder mit Pumpenkanälen hat und die der Reaktion zwischen- einer Metallschmelze und Schmelze aus ihrem unteren Teil ansaugt, und zwar einer darüber schwimmenden Schlacke, d a - ίο entweder durch ein in seiner Achse liegendes nach durch gekennzeichnet, daß beide Flüs- unten gerichtetes Ansaugrohr oder auch durch Emsigkeiten getrennt voneinander so umgepumpt wirkung der Druckunterschiede, die die Strömung werden, daß die spezifisch schwerere Flüssigkeit selbst schafft, indem sie verschiedene Schmelzhöhen in der Reaktionszone, deren horizontaler Quer- erzeugt. Der Flüssigkeitsstrom oder die einzelnen ■schnitt wenigstens der Hälfte des Behälterquer- 15 Flüssigkeitsstrahlen, die aus dem Pumpenkörper ausschnitte entspricht, von der Mitte des sie aufneh- treten oder von dem Pumpenkörper weggeschleudert menden Behälters¹ nach außen strömt, und daß werden, haben dann neben einer tangentialen Komdie spezifisch leichtere Flüssigkeit entweder von ponente eine im wesentlichen radiale Komponente,
außen zur Mitte zu oder umgekehrt strömt. Mit einer solchen mechanischen Pumpeinrichtung

2. Vorrichtung zur Durchführung des Ver- 20 kann innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit die gefahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- samte Menge der schwereren Phase angesaugt und net, daß die Pumpvorrichtung aus einem Pumpen- längs der Reaktionszone zwischen den beiden Phasen rohr (5) besteht, das oben durch ein konisches nach außen geführt werden. Es hat sich aber gezeigt, Gehäuse (4) verschlossen ist, dessen oberer Teil daß eine wesentliche Verkürzung der Reaktionszeit durch einen zylindrischen Mantel (6) mit Öffnun- 25 erreicht werden kann, wenn einmal, die Relativgen (7) gebildet wird, und aus sichelförmigen geschwindigkeit zwischen den Phasen erhöht und Schaufeln (13), die über dem Deckel des Gehäu- weiter dafür gesorgt wird, daß die Menge der einen ses (4) auf der Antriebswelle (8) der Pumpe be- Phase mit der gesamten Menge der anderen in Befestigt sind. rührung gebracht wird. Erwünscht ist dabei, daß eine

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- 30 turbulente Strömung von beiden Phasen in der Rekennzeichnet, daß die Schaufeln (13) zwischen aktionszone auftritt und daß die gesamte Menge der zwei Scheiben (11,12) angeordnet sind, die nahe verschiedenen Phasen in kurzer Zeit miteinander in der Antriebswelle (8) öffnungen (14) zum Aus- Berührung kommen.

tritt der spezifisch leichteren Flüssigkeit haben. Für die Reaktionsgeschwindigkeit ist aber auch die

4. Vorrichtung zur Durchführung des Ver- 35 Größe der Reaktionszone maßgebend. Wenn der fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Pumpenquerschnitt eine kreisförmige oder beinahe net, daß die Pumpenvorrichtung aus einem von kreisförmige Scheibe darstellt, wird eine diesem einer Welle (8) angetriebenen Pumpenrohr (16) Querschnitt entsprechende Fläche der Reaktionszone besteht, an dem schräg nach aufwärts gerichtete entzogen. Will man diese Verringerung der wirk-Rohre (17) angeschlossen sind. 40 samen Fläche klein halten und eine radiale Strömung

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- über die ganze Oberfläche aufrechthalten, so muß kennzeichnet, daß auf den Rohren (17) Rippen die Auslaufgeschwindigkeit aus der Pumpe hoch ge-(15) angebracht sind. halten werden. Besonders in dem Fall, wo es sich um

getrennte Strahlen handelt, ist diese hohe Geschwin-

• ■ 45 digkeit auch für die Umrührung und Turbulenz in der

Reaktionszone wesentlich. In dem oft vorkommenden Fall, wo es sich um eine verhältnismäßig dünne

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Schicht handelt, die einer wesentlich schwereren

richtung zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit Schicht überlagert ist, hat diese Arbeitsweise zur

in der Reaktionszone zwischen zwei Flüssigkeiten 50 Folge, daß die leichtere Schicht zum großen Teil

wesentlich verschiedener spezifischer Gewichte, die mitgerissen wird und sich an den Wänden des Be-

nur dadurch getrennt sind, daß die leichtere auf der hälters ansammelt. Erfindungsgemäß wird diese

schwereren Flüssigkeit schwimmt, insbesondere zur Schwierigkeit dadurch gelöst, daß beide Flüssigkeiten

Verbesserung der Reaktion zwischen einer Metall- getrennt voneinander so umgepumpt werden, daß die

schmelze und einer darüberschwimmenden Schlacke. 55 spezifisch schwerere Flüssigkeit in der Reaktionszone,

Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit in der deren horizontaler Querschnitt wenigstens der Hälfte

genannten Reaktionszone ist es bekannt, die Metall- des Behälterquerschnitts entspricht, von der Mitte

schmelze mechanisch oder elektromagnetisch umzu- des sie aufnehmenden Behälters aus nach außen

pumpen, um so eine Strömung zwischen der strömt, und daß die spezifisch leichtere Flüssigkeit

Schmelze und der sie bedeckenden Schlackenschicht 60 entweder von außen zur Mitte zu oder umgekehrt

zu erhalten. Je größer der Unterschied in dem spezi- strömt. In dieser Weise wird einmal eine ausreichende

fischen Gewicht zwischen der Metallschmelze und Reaktionszone und zum anderen sichergestellt, daß

der Schlacke ist, desto wichtiger ist es für die Er- die gesamte Menge beider Schichten an der Reak-

höhung der Reaktionsgeschwindigkeit, eine Strömung tion beteiligt wird.

in der Reaktionszone zu erzeugen. Hiermit wird er- 65 Zur Schaffung der gewünschten Strömung können

reicht, daß die Reaktion in einer kurzen Zeit vor sich an sich zwei verschiedene Pumpen verwendet wer-

geht und die gesamte Schmelze erfaßt. Während man den. In gewissen Fällen wäre es auch möglich, die

hierfür bei kleinen Schmelzgewichten von Hand ge- Strömung durch eine ortsfeste, an der Rotation nicht