DE1937303A1 - Einrichtung zum Verbessern des Reinheitsgrades von fluessigen und festen Metallen - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Verbessern des Reinheitsgrades von flüssigen und festen Metallen.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verbessern des Reinheitsgrades von flüssigen und festen Metallen und ist auf alle Aggregatzustände der Metalle vom geschmolzenen Zustand bis unterhalb den Erstarrungspunktes anwendbar. Dabei sollen die Metalle von Gasen, Oxyden, Sulfiden 8w. gereinigt werden, die sie gelöst enthalten, wobei es sich hauptsächlich um Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff handelt. Da diese Beimischungen eine erhebliche Behlerquelle und Ausschussursache in der Metall und Stahl erzeugenden Industrie darstellen, ist es notwendig, diese Stoffe aus den Metallen tu entfernen.
• Nach einer älteren anmeldung des einen der beiden Erfinder ist hierzu die Metallschmelze in einen elektrischen Beld. hoher Potentialdifferenz angeordnet, um eine Ladungsverteilung der in den Metallen ionisierten Gase zu erreichen.
• Aussetdem sind Mittel angeordiet, um gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolgend, einen Strom hoher Stärke durch die Schmelze hindurch zu schicken, um dadurch die Neutralisierung und Ausscheidung der ionisierten Gase zu erreichen.
• Dabei kann die Schmelze zur Erreichung der Ladungsverteilung zwischen der positiven und der negativen Platte eines Xondensators angebracht sein, die mit einer Stromquelle.hoher Spannung verbunden ist, wahrend für die Ausscheidung der Ionen zwei Elektroden angeordnet sind, von denen die Kathode an der Stelle angebracht ist, wo sich die positiven und die anode, wo sich die negativen Ionen ansammeln.
• Nach einer anderen Anmeldung des Erfinders wird die Ausscheidung der in den Metallen enthaltenen Gase und auch der Oxyde dadurch erreicht, dass unterhalb des zu reinigenden Metalls eine positive elektrische flächenladung erzeugt wird, die so stark ist, dass sie die erwähnten Beimischungen veranlasst, nach oben zu wandern und sich an der Oberflache zu tonzentrieren, bis diese Konzentration die Ioslichkeitsgrenze des metalls überschreitet.
• Dabei kann eine normale Stahlgusspfanne verwendet werden, in deren Boden eine isoliert eingebaute Eochspannungselektrode eingebracht, während eine in das Bad eintauchende Gegenelektrode mit der Erde verbunden ist.
• Bei der zuerst erwähnten Schutzrechtsanmeldung kann eine Hochspannungselektrode ja Prawienboden angeordnet sein, während die Gegenelektrode sich über den Bad befindet, es können aber auch beide Fochspannungselektroden gegenüberliegend in der Pfannenwand eingebaut sein.
• Bei der an zweiter Stelle erwähnten SchutErechtsanmeldung kann nur eine Rochspannungselektrode im Pfannenboden angebracht sein.
• Beiden Anordnungen ist gemeinsam, dass sich mindestens eine Elektrode in der feuerfesten Auskleidung der Pfanne befindet.
• Es liegt auf der Hand, dass für die beiden verschiedenen Einrichtungen die Voraussetzung für eine gute Ladungsverteilung darin besteht, dass die Feldlinien nicht verzerrt oder sonstwie nachteilig beeinflusst werden.
• Solche nachteiligen Beeinflussungen können zum Beispiel entstehen, wenn die Abstände von der Hochspannungsplatte zur Schmelze und der Abstand von der Hochspannungsplatte zum geerdeten Blech nicht das richtige Grössenverhältnis haben: Wenn die Pfanne aus Sicherheitsgründen geerdet ist, ergibt sich im Prinzip im Wandquerschnitt die Reihenfolge: Schmelze - feuerfestes Mauerwerk Hochspannungsplatte - feuerfestes Mauerwerk -Erde (Blech der Pfanne).
• Es ist für die Wirkung ausschlaggebend, dass der Abstand "Eochspannungsplatte - SchmelzeU so klein wie möglich und der Abstand "HochspAnnungsplatte -geerdetes Blech" so gross wie möglich gewählt ist.
• Dadurch wird erreicht, dass die meisten von der Hochspannungaplatte ausgehenden Feldlinien auf die Schmelze und nicht - was völlig nutzlos wäre - auf das Blech der Pfanne gerichtet sind.
• Nun muss aber aus Gründen der Wärmeisolation ein bestimmter Mindestabstand zwischen Rochspannungsplatte und Schmelze eingehalten werden, der keinesfalls unterschritten werden darf. Das würde aber zur Folge haben, dass der Abstand zwischen Hochspannungsplatte und Pfannenblech unverhältnismässig gross gewahlt werden müsste. Daraus würde wiederum ein Pfannenboden oder-eine Pfannenwand von sehr grosser Dicke resultieren, was ganz erhebliche Nachteile hat, weil nicht nur das Fassungsvermögen der Pfanne unzulässig verringert würde, sondern auch beim Ausgiessen grosse Schwierigkeiten entstehen würden, da sichader Ausguss bei Stahlpfannen im Boden befindet (Sto$pfenpfanne).
• Um die geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden, wird gemäss der Erfindung zwischen Hochspannllngsplatte und Pfannenblech ein zusätzlicher Leiter, beispielsweise in Form eines Bleches oder Netzes, angeordnet, und auf annähernd gleiches oder auch höheres elektrisches Potential gleicher Polarität gebracht wie die eigentliche Hochspannungsplatte.
• Dadurch wird die Hochspannungsplatte zum geerdeten Blech der Pfanne hin elektrisch vollständig abgeschirmt.
• Busserdem hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass man den Abstand "Hochspannungsplatte - geerdetes Blech" beliebig klein machen kann, ohne die Feldlinien zum Bad zu beeinträchtigen. Man hat dabei dann nur die elektrische Durchschlagfestigkeit der Zwischenschicht zu berücksichtigen, Nach einer zweGkmäßsigen Ausfiihrungsform der Erfindung ist die Hochspannungsplatte auch am Rande in sinngemäss gleicher Weise abgeschirmt, zum Beispiel durch Aufbiegen des Bleches oder Netzes.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Abschirmung separat mit Hochspannung gespeist werden, vorzugsweise jedoch derart, dass die Abschirmung über einen hochohmigen Widerstand direkt mit der Hochspannungsplatte verbunden wird.
• Eine weitere Beeinträchtigung der Feldlinien kann dadurch eintreten, dass die geerdete Pfanne als Elektrode wirkt und dadurch eine starke Feldverzerrung hervorruft Lnsbesondere geht am zylindrischen Umfang der Schmelze eine Vielzahl von Feldlinien durch das seitliche Mauerwerk zur Pf annenwand hin. Dadurch wird die Ladungsverteilung erschwert, bzw. es werden auch Ladungsträger in Gebiete gezogen und dort angereichert, wo dieses aus Gründen mangelnder Neutralisierung unerwünscht ist.
• Um diese Feldverzerrung zu vermeiden, wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung als Abschirmung eine Parallel-Influenz durchgeführt. Dieses geschieht nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durch Anordnung allseitig isolierter Stäbe, Bleche oder Netze in der Pfannenwand, deren Enden mit möglichst geringem Abstand auf Potentialträger gerichtet sind.
• Als Potentialträger dienen nach einer weiteren Äusfüuuungform der Erfindung nicht die eigentlichen Hochspannungsplatten, sondern deren Abschirmung, bzw., im Falle einer geerdeten Beld-Elektrode, ein mit der ebenfalls geerdeten Pfannenwand elektrisch leitend verbundener Ring.
• Durch die erfindungsgemässe Anordnung besteht zwischen der Ilbschirmung und der Schmelze ein praktisch feldfreier Raum, so dass sich das Arbeitsfeld wirklich parallel und ohne seitliche Beeinflussung ausbilden kann.
• Die erfindungsgemässe Massnahme führt also zu einem nahezu unverzerrten Feld und auch zur gewünschten Orientierung der Ladungsträger.
• Auch stellt die Stopfenstange, die den Verschluss der Pfanne bildet und an der geerdeten Pfanne befestigt ist, selbst eine Erde dar, die bis in die Nähe der unteren Uochspannungselektrode vordringt, dort als Elektrode wirkt und zu starken Feldverzerrungen führt.
• Diese Beeinträchtigungen der Feldlinien wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch vermieden, dass die Stopfenstange elektrisch isoLiert aufgehängt ist.
• Dadurch ist diese Stopfenstange lediglich der gleichen Influenz ausgesetzt wie die Schmelze selbst und kann zu keiner Feldverzerrung mehr führen.
• Zur Durchführung dieser Massnshme kann zum Beispiel der Stopfenstangentragarm durch einen Isolierstoff unterbrochen werden.
• Ausser der Beseitigungaler grösstmöglichen Verringerung der Beeinträchtigung der Feldlinien und ihrer Verzerrung werden noch Massnahmen durchgeführt, um eine möglichst weitgehende Erhöhung der Feldliniendichte zu erreichen.
• Gemäss der Erfindung wird dieses dadurch erreicht, dass die Rochspannungselektroden eike die Feldliniendichte erhöhende Ausführungsform erhalten.
• Gemäss der Erfindung werden die Hochspannungselektroden zur Erhöhung der Feldliniendichte mit einer Vielzahl von zur Schmelze hin gerichteten Spitzen bestückt.
• Hierbei wird der bekannte Spitzeneffekt ausgenützt.
• Wenn nämlich die Eochspanaungselektroden in der üblichen Form als Platten ausgebildet sind, so ist die Feldliniendichte durch den Abstand "Platte - Schmelze" und das diesen Abstand ausfüllende Medium bestimmt.
• Bei der erfindungsgemässen Ausführungsform der Hochspannungselektroden mit einer Vielzahl von Spitzen ist keine Veränderung des Abstandes Platzte - Schmelze'1 -notwendig. Es wird trotz Beibehalten dieses Abstandes eine ganz erhebliche Erhöhung der Feldliniendichte erreicht.
• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Fig. la zeigt einen Schnitt durch den Pfannenboden gemäss den älteren Schutzrechten des Erfinders.
• Fig. lb zeigt. einen Schnitt durch den gleiobltn Pfanne boden mit einer Abschirmung der gtchspannungsplatte gemäss der Erfindung.
• Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch eine Pfanne mit zwei Hochspannungsplatten und der eingezeichneten Abschirmung gemäss Fig. lb.
• Fig. 2b zeigt einen Schnitt durch die Pfanne gemäss der Erfindung.
• Fig. 3a, 3b und 3c zeigen-die Ausführungsform einer Hochspannungselektrode gemäss der Erfindung.
• Fig. 4 zeigt einen Stopfenstangentragarm gemäss der Erfindung im Schnitt.
• in Fig. la ist 1 der Pfannenboden aus feuerfestem Mauerwerk mit darin eingesetzter Hochspannungsplatte 2. Es ist ersichtlich, dass die Dicke des Pfannenbodens ausserordentlich stark gewählt worden ist, da der Abstand zwischen Hochspannungsplatte und Pfannenblech dieses erfordert.
• In Fig. lb ist ein Blech 3 als zusätzlicher Leiter zwischen Hochspannungsplatte 2 und Pfannenboden 4 eingebautedas auf ein annähernd gleiches oder auch höheres elektrisches Potential gleicher Polarität gebracht ist wie die eigentliche Hochspannungsplatte.
• Am Ende des Bleches 3 befindet sich eine Aufbiegung 3a, die zur Abschirmung des Randes der Hochspannungsplatte 2 dient.
• In Fig. 2a ist eine Pfanne mit zwei Elektroden 2 und 5 dargestellt, wovon sich die Elektrode 5 oberhalb der Schmelze befindet. Auf dieser Zeichnung sind deutlich die Feldlinien 6, die zur Pfannenwand hingehen, zu erkennen.
• In Fig. 2b sind entlang der Schmelze als Abschirmung in die Pfannenwand allseitig isolierte Stäbe 7 eingebracht,-die eine Parallel-Influenz bilden. Die Enden der Stäbe sind mit möglichst geringem Abstand auf Potentialträger gerichtet. Als Potentialträger ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ein mit der Pfannenwand elektrisch leitendeverbundener Ring 8 angeordnet.
• In Fig. 2b ist zwischen Abschirmung und Schmelze der feldfreie Raum 9 zu erkennen.
• Gemäss Fig. 3a ist die Hochspannungselektrode 2 mit einer Vielzahl von zur Schmelze gerichteten Spitzen 2a versehen, die mit einer guten Isolierung versehen sind.
• Die Fig. 3b zeigt die Feldlinienausbildung 10 an einer Hochspannungsplatte ohne Spitzen, während vergleichsweise in Fig.3c die Feldlinienausbildung lo an einer Spitze 2a gemäss der Ausbildung der Hochspannungsplatte nach Fig. 3a zeigt.
• Fig. 4 zeigt den Schnitt durch den Stopfenstangentragarm mit der eingebauten Isolierung. Der Stahl wird dabei durch die Schmelze hindurch von einer mit Schamottenhren und einem Schamottestopfen umkleideten Stange verschlossen.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Verbessern des Reinheitsgrades von flüssigen und festen Metallen, bei der die Schmelze bzw. die Metalle in ein elektrisches Feld hoher Potentialdifferenz eingebracht und gleichzeitig oder aufeinanderfolgend ein Strom hoher Stärke durch die Schmelze hindurchgeschickt wird oder bei dem durch die Anordnung einer positiven elektrischen Flächenladung unterhalb des zu reinigenden Metalls Beimischungen veranlasst werden, nach oben zu wandern und aus der Schmelze auszutreten, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hochspannungsplatte und Pfannenblech ein zusätzlicher Leiter, zum Beispiel in Form eines Bleches oder Netzes angeordnet ist und auf annähernd gleiches oder auch höheres elektrisches Potential gleicher Polarität wie die eigentliche Hochspannungsplatte gebracht wird.

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die HochspSnnungRplatte auch an ihrem Rande abgeschirmt wird, zum Beispiel durch Aufbiegen des Bleches oder Netzes.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Äbschirmung .separat jit Hochspannung gespeist wird, vorzugsweise jedoch derart, dass sie über einen hochohmigen Widerstand direkt mit der Hochspannungsplatte verbunden ist.

4. Einrichtung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschirmung eine Parallel-Influenz durchgeführt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass allseitig isolierte Stäbe, Bleche oder Netze in der Pfannenwand angeordnet werden, deren Enden mit möglichst geringem Abstand auf Potentialträger gerichtet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Potentialträger Abschirmungen dienen, bzw. im Falle einer geerdeten Feld-Elektrode, ein mit der ebenfalls geerdeten Pfannenwand elektrisch leitend verbundener Ring.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stopfenstange elektrisch isoliert aufgehängt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfenstangentragarm durch einen Isolierstoff unterbrochen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektroden eine die Feldliniendichte erhöhende Ausführungsform haben.

lo. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektroden zur Erhöhung der Feldliniendichte mit einer Vielzahl von zur Schmelze hin gerichteten Spitzen bestückt sind. Leerseite