DE19756687C1 - Method and apparatus for separating nonmetal inclusions from metal melts - Google Patents

Method and apparatus for separating nonmetal inclusions from metal melts

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Abstract

The metal melt with suspended nonmetal inclusions is made to flow along a permanent circular of spiral path so that the inclusions separate out onto the walls of the spiral channel (5). The claimed apparatus is characterized in that the separator channels take the form of single or multiple spirals.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Abscheidung fester Teilchen aus Fluiden, speziell auf die Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse aus schmelzflüssigen Metallen.The invention relates to the separation of solid particles from fluids, especially for the deposition of non-metallic Inclusions from molten metals.

Zur Entfernung nichtmetallischer Einschlüsse aus schmelz­ flüssigen Metallen (Erhöhung des Reinheitsgrades der Metalle) werden in der Industrie im Wesentlichen drei Verfahren eingesetzt.To remove non-metallic inclusions from enamel liquid metals (increasing the degree of purity of the metals) are essentially three processes in industry used.

Das erste Verfahren basiert auf dem Einsatz keramischer Filter. Bei diesem Verfahren wird die gesamte Menge des schmelz­ flüssigen Metalls durch einen keramischen Filter geführt. Dabei scheiden sich die nichtmetallischen Verunreinigungen an den inneren Filterflächen ab.The first method is based on the use of ceramic filters. This process uses all of the melt liquid metal passed through a ceramic filter. Here the non-metallic impurities separate from the inner filter surfaces.

Die keramischen Filter erlauben zwar sehr hohe Abscheidegrade, haben aber eine Vielzahl von Nachteilen, die einem Einsatz beim Vergießen großer Mengen, z. B. beim Stranggießen, entgegenstehen.The ceramic filters allow very high degrees of separation, but have a number of disadvantages that a use in Pour large quantities, e.g. B. in continuous casting, oppose.

Die Hauptnachteile dieses Verfahrens sind:The main disadvantages of this procedure are:

  • - der hohe Strömungswiderstand der Filter; bei einer endlichen Triebkraft für die Strömung (ferrostatische Druckdifferenz) hat der hohe Strömungswiderstand eine starke Begrenzung der durchsetzbaren Mengen schmelzflüssigen Metalls zur Folge.- the high flow resistance of the filters; at a finite Driving force for the flow (ferrostatic pressure difference) the high flow resistance severely limits the enforceable amounts of molten metal.
  • - das Zusetzen der Filter; aufgrund ihrer geringen Aufnahmekapazität setzten sich die keramischen Filter sehr bald zu. Dies führt zu einem starken Anstieg des Strömungswiderstandes des Filters und damit zu einer starken Abnahme der realisierbaren Gießmengen.- clogging the filters; due to their low The ceramic filter set up absorption capacity very soon to. This leads to a sharp increase in Flow resistance of the filter and thus a strong one Decrease of the realizable casting quantities.
  • - die ungenügende thermische und mechanische Beständigkeit bei Langzeitbeanspruchung der Filter; beim Stranggießen führt die Langzeitbeanspruchung des Filters bei hohen Temperaturen zum Bruch oder zum Erweichen des keramischen Materials.- the insufficient thermal and mechanical resistance Long-term use of the filters; in continuous casting, this leads Long-term use of the filter at high temperatures Break or to soften the ceramic material.

Damit ist ein Einsatz von keramischen Filtern z. B. beim Stranggießen nur bedingt möglich.This is the use of ceramic filters such. B. at Continuous casting possible only to a limited extent.

Beschrieben wird ein Keramikfilter für Metallschmelzen in DE 43 18 309 A1. Es handelt sich hierbei um einen Keramikfilter mit integriertem, stückigem Behandlungsmittel. Der Siebkern aus feuerfestem keramischen Material besitzt wabenförmig angeordnete Lochungen bzw. eine offenporig schaumige Struktur. Er weist einseitig mindestens eine Vertiefung zur Aufnahme des stückigen Behandlungsmittels auf, das als Impf-, Entschwefelungs-, Nodulierungs- oder Legierungsmittel fungiert und in die Vertiefung eingepaßt oder eingeklebt ist.A ceramic filter for molten metals is described in DE 43 18 309 A1. It deals is a ceramic filter with integrated, lumpy treatment agent. Of the Sieve core made of refractory ceramic material has honeycomb arranged Perforations or an open-pored, foamy structure. It has at least one on one side Recess for receiving the lumpy treatment agent, which as a vaccine, Desulfurization, nodulation or alloying agent acts and in the well is fitted or glued.

Von L. Bechny, S. Vrabel, H. Hofmann: Einfluß auf die Qualität von Gußeisen durch Schmelzfiltration, Gießerei-Erfahrungsaustausch 11/97 wird u. a. ein Abriß über die verschiedenen bekannten Typen von keramischen Filtern und Siebkernen gegeben. Danach werden die bekannten keramischen Filter, abhängig von der Produktionsweise in 3 Gruppen eingeteilt, nämlich gepreßte Filter mit zylindrischen runden Öffnungen, extrudierte Filter mit zylindrischen, quadratischen Öffnungen und Filter mit retikularer, schaumiger Struktur.By L. Bechny, S. Vrabel, H. Hofmann: Influence on the quality of cast iron Melt filtration, foundry exchange 11/97 is u. a. an outline of the given various known types of ceramic filters and screen cores. After that the known ceramic filters, depending on the production method in 3 Divided into groups, namely pressed filters with cylindrical round openings, extruded filters with cylindrical, square openings and filters with reticular, frothy structure.

Das zweite Verfahren ist die Schwerkraftabscheidung.The second method is gravity separation.

Dieses Verfahren nutzt den Dichteunterschied zwischen flüssigem Metall (z. B. Stahl) und nichtmetallischer Verunreinigung. Im Schwerkraftfeld wirkt auf die Einschlüsse eine resultierende Kraft, die sich aus der Differenz von Schwerkraft und Auftrieb ergibt. Dadurch werden die spezifisch leichteren nichtmetallischen Verunreinigungen an die Oberfläche des flüssigen Metalls transportiert und dort in der Abdeckschlacke abgeschieden. Da die Verunreinigungen auf ihrem Weg durch die Schmelze einen Widerstand erfahren, findet der Transport an die Oberfläche der Schmelze in Abhängigkeit von der Teilchengröße nur sehr langsam statt. Das Verfahren wird im Stranggußverteiler (Tundish) realisiert und kann durch geeignete Strömungsführungen im Verteiler beeinflußt werden (EP 0376523A1).This method uses the difference in density between liquid Metal (e.g. steel) and non-metallic contamination. in the Gravity field acts on the inclusions resulting Force resulting from the difference between gravity and buoyancy results. This will make the specifically lighter ones non-metallic contaminants to the surface of the transported liquid metal and there in the cover slag deposited. Because the contaminants on their way through the Experiencing resistance, the transport takes place to the  Surface of the melt depending on the particle size only taking place very slowly. The procedure is in Continuous casting distributor (Tundish) realized and can by suitable flow guides in the distributor are influenced (EP 0376523A1).

Die Hauptnachteile dieses Verfahrens sind einmal die schlechte Abscheidung kleiner Teilchen und clusterförmiger Teilchenge­ bilde.The main disadvantages of this method are the bad ones Separation of small particles and cluster-shaped particle size educate.

Wegen ungünstiger Kräfteverhältnisse (Widerstand-Schwerkraft- Auftrieb) können sehr kleine Teilchen und clusterförmige Teilchengebilde nur bei sehr großen (technologisch unakzeptablen) Verweilzeiten der Schmelze im Verteiler abgeschieden werden.Because of unfavorable force relationships (resistance-gravity- Buoyancy) can be very small particles and cluster-shaped Particle structures only with very large (technological unacceptable) residence times of the melt in the distributor be deposited.

Zum anderen sind große Abmessungen der Verteiler erforderlich. Zur Realisierung hinreichend großer Verweilzeiten der Schmelze wären große Abmessungen der Verteiler erforderlich.On the other hand, large dimensions of the distributors are required. To achieve sufficiently long dwell times for the melt large distributors would be required.

Damit ist der Einsatz von Schwerkraftabscheidung im Stranggußverteiler hinsichtlich des Reinheitsgrades kaum beeinflußbar. Insbesondere besteht die Gefahr des Verbleibs von größeren clusterförmigen Einschlüssen, welche die Qualität des Stahles erheblich mindern.This means the use of gravity separation in the Hardly any continuous casting distributor with regard to the degree of purity influenceable. In particular, there is a risk that larger cluster-shaped inclusions, which the quality of the Reduce steel considerably.

Das dritte Verfahren, die Umlenkabscheidung, basiert auf einer konstruktiven Gestaltung des Abscheiders, welcher die Strömung des flüssigen Metalls mehrfach wechselseitig umlenkt. Im Gegensatz zu Filterabscheidern treten hier wegen geringer Druckverluste keine Probleme auf, die eine Begrenzung der Durchflußmenge bewirken würden.The third method, diverting, is based on one constructive design of the separator, which is the flow of the liquid metal is mutually deflected several times. in the Contrary to filter separators occur here because of less Pressure drops no problems that limit the Flow rate would cause.

Die Anordnung eines derartigen Umlenksystems kann an beliebiger Stelle des technologischen Prozesses schmelzflüssiger Metalle erfolgen, z. B. im Verteiler, im Eingußbereich des Verteilers als auch im Ausgußbereich des Verteilers.The arrangement of such a deflection system can be arbitrary Technological process of molten metals take place, e.g. B. in the distributor, in the pouring area of the distributor as well as in the pouring area of the distributor.

Mittels dieses Verfahrens soll es möglich sein, die vorher beschriebenen Nachteile zu vermeiden und beim Strangguß übliche Gießmengen mit guten Wirkungsgraden abzuscheiden. Die Entfernung der Teilchen aus der Schmelze erfolgt dabei nach zwei Wirkprinzipien:By means of this procedure it should be possible to do the previous to avoid disadvantages described and common in continuous casting Separate pouring quantities with good efficiencies. The The particles are then removed from the melt two principles of action:

Das erste Wirkprinzip nutzt die Tatsache, daß die nicht­ metallischen Teilchen in der turbulenten Strömung der Schmelze zufälligen Querbewegungen unterliegen und so in Kontakt mit der Filterwand kommen können. Die für diesen Effekt benötigte Turbulenz der Schmelze wird in der Erfindung mit einer i. a. mehrfachen Umlenkung der Schmelze <90 Grad durch die Filterwände erzeugt. Die Filterflächen sind dabei abwechselnd senkrecht oder abgewinkelt zur Strömungsrichtung angeordnet.The first principle of action takes advantage of the fact that they are not metallic particles in the turbulent flow of the melt subject to random transverse movements and so in contact with the Filter wall can come. The one needed for this effect Turbulence of the melt is in the invention with an i. a. multiple deflection of the melt <90 degrees through the Filter walls created. The filter areas are alternating arranged perpendicular or angled to the flow direction.

Das zweite Wirkprinzip beruht auf der schlechten Benetzbarkeit zwischen schmelzflüssigen Metallen und Keramiken wie Al2O3 oder ZrO2 u. a. Die sich im System Filterwand-Metallschmelze­ nichtmetallischer Einschluß einstellenden Benetzungswinkel sind <90 Grad. Die hohen Grenzflächenspannungen begünstigen die Abscheidung der nichtmetallischen Einschlüsse aus der Schmelze zur Filterwand, wo sie nach dem Kontakt mit dieser versintern. Das Verfahren ist im Patent EP 0376 523 A1 beschrieben.The second principle of action is based on the poor wettability between molten metals and ceramics such as Al 2 O 3 or ZrO 2 and others. The wetting angles that occur in the filter wall-metal melt system are non-metallic inclusion <90 degrees. The high interfacial tensions favor the separation of the non-metallic inclusions from the melt to the filter wall, where they sinter after contact with it. The method is described in patent EP 0376 523 A1.

Die Hauptnachteile dieses Verfahrens sind:The main disadvantages of this procedure are:

  • - Aufhebung von Trägheitswirkungen durch wechselnde Strömungsrichtung; die bei einer Umlenkung auftretende Trägheitswirkung der Schmelze und der suspendierten Teilchen (Einschlüsse) kann wegen der permanent wechselnden Strömungsrichtung nur gering wirken. Dies gilt insbesondere bei Berücksichtigung des die Bewegung der Teilchen hemmenden Widerstandes.- Cancellation of inertia effects by changing Flow direction; the one that occurs during a redirection Inertia of the melt and the suspended particles (Inclusions) may change due to the constantly changing Flow direction only act slightly. This applies particularly to Consideration of the inhibiting the movement of the particles Resistance.
  • - begrenzte Turbulenzerzeugung; die die Abscheidung begünstigende Turbulenz der Schmelze läßt sich nicht unbegrenzt steigern.- limited turbulence generation; the the deposition Favorable turbulence of the melt cannot be unlimited increase.
  • - geringe Abscheidegrade; die erzielten Abscheidegrade solcher "Umlenkabscheider" sind gering. Nach bisherigen Untersuchungen liegen sie in der Größenordnung von 50%.- low degrees of separation; the degrees of separation achieved "Umlenkabscheider" are small. According to previous investigations they are of the order of 50%.
  • - Erosion der keramischen Leitflächen; hohe Strömungs­ geschwindigkeiten und senkrechte Anströmung von Leitflächen können zu einer beschleunigten Erosion dieser führen und so neue nichtmetallische Teilchen erzeugen.- erosion of the ceramic guide surfaces; high flow velocities and vertical flow to guide surfaces can lead to accelerated erosion of this and so create new non-metallic particles.

Damit kann mit derartigen Umlenkabscheidern keine hocheffektive Abscheidung erfolgen.This means that such deflection separators cannot be highly effective Separation.

Insgesamt existiert derzeit kein System oder Verfahren, mit dem eine Abscheidung von Einschlüssen aus Metallschmelzen mit hoher Effizienz und hohem Reinheitsgrad des Metalls realisiert werden kann.Overall, there is currently no system or procedure with which a separation of inclusions from molten metals with high Efficiency and high degree of purity of the metal can be realized can.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nichtmetallische Einschlüsse aus Metall- und Stahlschmelzen zuverlässig und kontinuierlich abzuscheiden.The present invention is based on the object non-metallic inclusions from molten metal and steel to deposit reliably and continuously.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Anspruch 1 vorgeschlagen, daß die gesamte Metallschmelze oder ein Teil dieser in einem spiralförmigen Kanal aus geeignetem feuerfesten Material und von beliebigem Querschnitt geführt wird und sich die nichtmetallischen Teilchen an den Innenwänden des Kanals abscheiden. Für die Abscheidung ist folgender Vorgang maßgebend:To solve the problem it is proposed according to the invention that all or part of the molten metal in one spiral channel made of suitable refractory material and of any cross-section and the non-metallic particles on the inner walls of the channel separate. The following process is for the deposition decisive:

Durch die Bewegung der Schmelze auf einer Kreisbahn baut sich im spiral- oder kreisförmigen Kanal durch die auf die Schmelze einwirkenden Trägheitskräfte ein Druckfeld auf, bei dem der Druck in der Schmelze radial nach außen zunimmt. Der Transport der in der Schmelze suspendierten Teilchen erfolgt nun unter dem Einfluß der Trägheit der Teilchen und unter dem Einfluß dieses Druckfeldes. Für Teilchen, welche gegenüber dem Fluid (der Schmelze) eine geringere Dichte (z. B. Al2O3) besitzen, entsteht so eine resultierende Kraft auf die Teilchen, die radial nach innen wirkt. Unter dem Einfluß dieser Kraft werden die Teilchen im Spiralkanal an die innere Wand transportiert. Dort werden sie wegen des Benetzungsverhaltens zwischen Keramikwand, nichtmetallischen Teilchen und Schmelze (Grenzflächenspannung) abgeschieden und versintern mit der Wand.Due to the movement of the melt on a circular path, a pressure field is built up in the spiral or circular channel due to the inertial forces acting on the melt, in which the pressure in the melt increases radially outward. The particles suspended in the melt are then transported under the influence of the inertia of the particles and under the influence of this pressure field. For particles which have a lower density than the fluid (the melt) (e.g. Al 2 O 3 ), a resulting force is created on the particles that acts radially inwards. Under the influence of this force, the particles are transported to the inner wall in the spiral channel. There they are deposited due to the wetting behavior between the ceramic wall, non-metallic particles and melt (interfacial tension) and sinter with the wall.

Der Spiralabscheider kann in die verschiedensten metallurgische Gefäße integriert werden. Dabei kann er an all jenen Stellen des technologischen Prozesses eingesetzt werden, an denen das Metall in schmelzflüssigem Zustand vorliegt. So ist sein Einsatz z. B. im Eingußbereich des Verteilers, im Verteiler selbst und auch im Ausgußbereich des Verteilers möglich. Insbesondere kann eine beliebige Kombination derartiger Anordnungen zur Erhöhung des Abscheideeffektes angewendet werden.The spiral separator can be used in a wide variety of metallurgical Vessels are integrated. He can do it in all those places of the technological process on which the Metal is in the molten state. So be it Use z. B. in the gate area of the distributor, in the distributor itself and also possible in the pouring area of the distributor. In particular, any combination of such Arrangements to increase the separation effect applied become.

Eine spezielle konservative Lösung der Ausflußsteuerung ist die Beibehaltung des herkömmlichen Tauchrohres im Zentrum des Ausgußsystems. An der Außenseite des Tauchrohres befinden sich die Windungen des Spiralabscheiders. Durch einen speziell gestalteten Stopfen mit Mittelzapfen kann der Ausguß sowohl über den außen befindlichen Spiralabscheider als auch über das innen befindliche Tauchrohr erfolgen. Diese Konstruktion bietet ein hohes Maß an Sicherheit bei einer möglichen Zusetzung des Spiralabscheiders.A special conservative solution to the flow control is Maintaining the conventional dip tube in the center of the Pouring system. Are on the outside of the dip tube the coils of the spiral separator. By a special Designed stopper with center spigot can both over the external spiral separator as well as over the immersion tube located inside. This construction offers a high level of security in the event of a possible addition of the Spiral separator.

Sie ermöglicht zugleich eine Beibehaltung der Gießmenge bei abnehmendem Flüssigkeitsspiegel im Verteiler.At the same time, it enables the casting quantity to be maintained decreasing liquid level in the distributor.

Weitere Lösungsvarianten sind aus beliebigen radialen Kombinationen von Spiralkanälen und geraden Kanälen (konventionelle Tauchrohre) ableitbar. So kann z. B. um ein zentrales Tauchrohr ein Spiralabscheider angeordnet werden, dem auf der radialen Außenseite nochmals ein gerader Ringkanal folgt. Zur Umschaltung zwischen den einzelnen Kanälen und zur Durchflußmengenregelung können spezielle Stopfenkonstruktionen eingesetzt werden, die entweder nach dem Hubprinzip oder nach dem Drehprinzip oder nach einer Kombination beider Prinzipien arbeiten.Other solution variants are from any radial Combinations of spiral channels and straight channels (conventional immersion tubes) derivable. So z. B. a central dip tube a spiral separator can be arranged, the Another straight ring channel on the radial outside follows. For switching between the individual channels and for Flow control can special plug designs are used, either according to the lifting principle or according to the rotation principle or a combination of both principles work.

Die Vorteile des neuen Spiralabscheiders sind:The advantages of the new spiral separator are:

  • - permanente radiale Kraftwirkung auf die Teilchen; durch die im überwiegenden Teil des Spiralabscheiders beibehaltene Krümmungsrichtung des Kanals existiert eine stets gleichgerichtete Kraftwirkung auf die Teilchen, die wiederum einen permanenten Transport der Teilchen zur Wand zur Folge haben.- permanent radial force on the particles; through the retained in the majority of the spiral separator The direction of curvature of the channel always exists rectified effect of force on the particles, which in turn permanent transport of the particles to the wall to have.
  • - geringer Turbulenzeinfluß; die im Spiralkanal auftretende Turbulenz der Schmelze ist für den Transport der Teilchen zur Wand nicht existentiell erforderlich. Ihr Einfluß auf den Teilchentransport ist gering gegen die o. g. aus der Trägheit von Fluid und Teilchen resultierende Kraftwirkung. - low turbulence; the one occurring in the spiral channel Turbulence of the melt is essential for the transport of the particles Wall not necessary for existence. Your influence on the Particle transport is low compared to the above. from inertia force effect resulting from fluid and particles.  
  • - hohe Abscheidegrade; die erzielten Abscheidegrade der neuen Spiralabscheider sind sehr hoch. Sie hängen wesentlich von der Länge des Spiralkanals und seiner gesamten geometrischen Auslegung sowie von der Ausflußgeschwindigkeit ab. Nach bisherigen Untersuchungen liegen sie weit oberhalb von 50% und damit deutlich über den Abscheidegraden anderer Techniken (Schwerkraftabscheidung, Umlenkabscheidung).- high degrees of separation; the degrees of separation achieved by the new ones Spiral separators are very high. They depend essentially on that Length of the spiral channel and its entire geometric Interpretation as well as on the outflow rate. After previous investigations, they are far above 50% and well above the separation efficiency of other technologies (Gravity separation, deflection separation).
  • - geringe oder keine Erosion der keramischen Leitflächen; da im Spiralabscheider keine Staupunktströmungen (senkrechte Anströmung von Leitflächen) auftreten, ist nur mit einer geringen Erosion des Kanals zu rechnen.- little or no erosion of the ceramic guide surfaces; there in Spiral separator no stagnation point flows (vertical Flow to the guide surfaces) is only possible with one low erosion of the channel.
  • - kein lokales Zusetzen des Spiralabscheiders; die Bewegung von Fluid und Teilchen auf einer gleichförmigen Spiralbahn und die leicht streuende Wirkung der Turbulenz der Strömung führen zu einer gleichmäßigen Ablagerung von Teilchen entlang der gesamten Spiralbahn des Spiralabscheiders. Insbesondere tritt keine lokal vermehrte Abscheidung auf, die ein Zusetzen des Abscheiders bewirkt.- no local clogging of the spiral separator; the movement of Fluid and particles on a uniform spiral path and the slightly scattering effect of the turbulence of the flow lead to an even deposition of particles along the entire spiral path of the spiral separator. In particular occurs no locally increased deposition that clogs the Separator causes.
  • - einfache Integration in bestehende Anlagen; setzt man den Spiralabscheider entsprechend dem Ausführungsbeispiel im Ausguß eines Verteilers ein, so ist einzig ein modifiziertes Ausgußsystem erforderlich, welches den Spiralabscheider und einen geeigneten Stopfen zur Mengensteuerung enthält. Die Hauptabmessungen des Verteilers und des Ausgußsystems sowie aller vor- und nachgeschalteten technologischen Anlagen können beibehalten werden.- easy integration into existing systems; you put that Spiral separator according to the embodiment in the spout of a distributor, there is only one modified Pouring system required, which the spiral separator and contains a suitable stopper for quantity control. The Main dimensions of the distributor and the pouring system as well of all upstream and downstream technological systems to be kept.
  • - kein Priming zu Gießbeginn; wegen der hinreichend großen Querschnitte des Spiralabscheiders ist der auftretende Druckabfall gering (insbesondere im Vergleich zu Schaumfiltern). Ein Zusetzen des Spiralabscheiders zu Gießbeginn mit teilweiser Erstarrung des Metalls (sogenanntes Priming) erfolgt nicht.- no priming at the start of casting; because of the big enough Cross sections of the spiral separator is the one that occurs Low pressure drop (especially compared to Foam filters). Clogging of the spiral separator too Start of casting with partial solidification of the metal (so-called Priming) does not take place.
  • - hohe mechanische Festigkeit; die konstruktive Gestaltung des Spiralabscheiders mit innerem Tauchrohr und äußerem Spiralkanal führt zu einer sehr hohen mechanischen Stabilität. Ein bei Schaumfiltern oft beobachteter Filterbruch ist sehr unwahrscheinlich.- high mechanical strength; the constructive design of the Spiral separator with inner dip tube and outer spiral channel leads to a very high mechanical stability. A at Foam filters often observed filter break is very unlikely.
  • - hohe Sicherheit im Havariefall; eine sehr hohe Sicherheit gegen Betriebsstörungen (z. B. Erstarren der Schmelze im Spiralkanal) kann durch Kombination von klassischem Rohrausguß und Spiralabscheider erreicht werden. Dabei befindet sich im Kern des Spiralabscheiders ein Ausgußrohr klassischer Bauart. Auf dem äußeren Radius des Ausgußrohres können nun ein oder mehrere Spiralkanäle aufgebracht werden (radial geschachtelt oder mehrere Windungen oder beides). Mit einem geeignet geformten Verschlußmechanismus (Stopfen) kann entweder das konventionelle Ausgußrohr oder der Spiralabscheider oder beide durchströmt werden. - high security in the event of an accident; a very high level of security against malfunctions (e.g. solidification of the melt in the Spiral channel) can be combined with a classic pipe spout and spiral separators can be reached. It is located in The core of the spiral separator is a pouring pipe of a classic design. On the outer radius of the pouring spout can now be a or several spiral channels are applied (radially nested or more turns or both). Suitable with one shaped locking mechanism (plug) can either do that conventional pouring spout or the spiral separator or both be flowed through.  
  • - beliebige Gießmengen einstellbar; durch eine Parallel­ schaltung von zwei oder mehreren Spiralabscheidern kann der Nachteil des gegenüber dem einfachen Tauchrohr höheren Druckverlustes (geringere Gießmengen) leicht kompensiert werden.- adjustable casting quantities; through a parallel the switching of two or more spiral separators Disadvantage of the higher compared to the simple dip tube Pressure loss (lower casting quantities) easily compensated become.
  • - Erhöhung der Abscheidewirkung durch radiale Schachtelung mehrerer Spiralkanäle; durch Verlängerung des Spiralkanals kann auf einfache Weise eine Erhöhung der Abscheidewirkung erreicht werden. Bei mangelnder Baufreiheit kann die einfache Verlängerung des Spiralkanals auch durch eine radiale Schachtelung mehrerer Spiralkanäle erreicht werden, die z. B. abwechselnd von oben nach unten und von unten nach oben durchflossen werden.- Increasing the separation effect through radial nesting several spiral channels; by extending the spiral channel achieved an increase in the separation effect in a simple manner become. If there is insufficient space, the simple Extension of the spiral channel also by a radial one Nesting of multiple spiral channels can be achieved z. B. alternately from top to bottom and from bottom to top be flowed through.
  • - Einsatz an mehreren Stellen des technologischen Prozesses möglich; das System Spiralabscheider kann an allen Stellen des metallurgischen Prozesses eingesetzt werden, an denen das Metall in flüssiger Form vorliegt. Spezielle Einsatzorte sind z. B. der Pfannen-Ausguß, der Verteiler-Einguß, innerhalb des Verteilers, der Verteiler-Ausguß. Es ist eine beliebige Kombination dieser Einsatzorte möglich.- Use at several points in the technological process possible; the spiral separator system can be used at all points of the metallurgical process are used, on which the Metal is in liquid form. Special locations are e.g. B. the pan spout, the distributor spout, within the Distributor, the distributor spout. It is arbitrary Combination of these locations possible.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Patentansprüche verwiesen.To further explain the invention reference is made to the Referred claims.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der zugehörigen Zeichnung zeigen in L schematischen Darstellungen:Details and advantages of the invention emerge also from the description below Embodiment. In the accompanying drawing, in L schematic representations:

Fig. 1: typische Benetzungswinkel im System flüssiges Metall­ nichtmetallischer Einschluß, Fig. 1: Typical wetting angle in the system liquid metal non-metallic inclusion,

Fig. 2: Bewegung von gegenüber dem Fluid spezifisch leichteren Einschlüssen im Spiralabscheider, Fig. 2: movement of the fluid relative to specifically lighter inclusions in the spiral separator,

Fig. 3: Spiralabscheider mit rundem Spiralkanal, Fig. 3: spiral separator with a round spiral channel,

Fig. 4: Spiralabscheider mit rechteckigem Spiralkanal, Fig. 4: spiral separator with a rectangular spiral channel,

Fig. 5: Spiralabscheider mit rechteckigem Spiralkanal und Tauchrohr, Fig. 5: spiral separator with a rectangular spiral channel, and the immersion tube,

Fig. 6: Spiralabscheider mit rundem Spiralkanal und Tauchrohr, Fig. 6: spiral separator with a round spiral channel and dip tube,

Fig. 7: Spiralabscheider mit rechteckigem Spiralkanal und Tauchrohr, Fig. 7: spiral separator with a rectangular spiral channel, and the immersion tube,

Fig. 8. Ausflußsteuerung, Fig. 8. Outflow control,

Fig. 1 veranschaulicht das Benetzungsverhalten zwischen Keramikwand 4 (als Wandung des Spiralkanals 5), nichtmetallischen Teilchen 2 und Metallschmelze 1. Die typischen Benetzungswinkel W sind größer als 90°. Die nichtmetallischen Einschlüsse 2 versintern mit der Wand 4 des Spiralkanals. Fig. 1, the wetting behavior between the ceramic wall 4 illustrates (as a wall of the spiral channel 5), non-metal particles 2 and the molten metal 1. The typical wetting angle W is greater than 90 °. The non-metallic inclusions 2 sinter with the wall 4 of the spiral channel.

In Fig. 2 ist das prinzipielle Wirkprinzip des Spiralabscheiders dargestellt.In FIG. 2, the basic operating principle of the Spiralabscheiders is illustrated.

Die gegenüber der Metallschmelze 1 spezifisch leichteren Einschlüsse 2 (z. B. Al2O3) bewegen sich auf einer Kreis- bzw. Spiralbahn 3 zwischen den Wänden 4 des Spiralabscheiders.The inclusions 2 (e.g. Al 2 O 3 ), which are specifically lighter than the molten metal 1, move on a circular or spiral path 3 between the walls 4 of the spiral separator.

Als spezielles Ausführungsbeispiel wird der Spiralabscheider im Verteiler-Ausguß beschrieben. Hier kann er den traditionellen Ausguß durch ein einfaches Rohr ersetzen oder mit diesem kombiniert werden. In diesem Fall verschmelzen Ausgußsystem und Abscheidesystem zu einem einzigen System - dem Ausguß- Spiralabscheider.As a special embodiment, the spiral separator in Distribution spout described. Here he can do the traditional Replace spout with a simple pipe or with this be combined. In this case, the pouring system and Separation system into a single system - the spout Spiral separator.

Bei der technischen Ausführung ist eine Version des Spiralabscheiders vorteilhaft, die im Zentrum ein einfaches Tauchrohr 6 enthält. Auf dem Außenradius des Tauchrohres 6 befindet sich dann der sogenannte Spiralkanal 5; s. Fig. 6 und Fig. 7.In the technical version, a version of the spiral separator is advantageous, which contains a simple dip tube 6 in the center. The so-called spiral channel 5 is then located on the outer radius of the dip tube 6 ; s. Fig. 6 and Fig. 7.

Durch diese Konstruktion können in Verbindung mit einem geeignet geformten Verschlußmechanismus (Stopfen 7 mit Mittelzapfen 7.1) entweder das konventionelle Tauchrohr 6 oder der Spiralabscheider oder beide durchströmt werden, s. Fig. 8. Die Darstellung in Fig. 8a, b, c bedeuten 8a: kein Ausfluß; 8b: Ausfluß durch Spiralabscheider; 8c: Ausfluß durch Spiralabscheider und Tauchrohr. Damit ist eine sehr hohe Sicherheit gegenüber Störfällen gegeben. Ferner kann der zeitweilige Ausguß durch das Tauchrohr 6 zum Aufheizen des Spiralkanals 5 genutzt werden. Schließlich kann bei abnehmendem Badspiegel im Verteiler durch beide Querschnitte (Tauchrohr 6 und Spiralkanal 5) ausgeströmt werden, wodurch eine Erhöhung der Gießmenge (Stahlmassestrom) erreicht wird. Am Ende des Spiralkanals 5 kann mit geringem konstruktiven Aufwand ein Ausströmen in beliebiger Richtung (axial, radial, tangential, ...) erreicht werden.Through this construction, in connection with a suitably shaped closure mechanism (plug 7 with center pin 7.1 ), either the conventional immersion tube 6 or the spiral separator or both can be flowed through, see FIG. Fig. 8. The representation in Fig. 8a, b, c mean 8a: no outflow; 8b: outflow through spiral separator; 8c: outflow through spiral separator and dip tube. This provides a very high level of security against accidents. Furthermore, the temporary spout through the immersion tube 6 can be used to heat the spiral channel 5 . Finally, when the bath level in the distributor decreases, flow can take place through both cross sections (immersion tube 6 and spiral channel 5 ), as a result of which an increase in the casting quantity (steel mass flow) is achieved. At the end of the spiral channel 5 , an outflow in any direction (axial, radial, tangential, ...) can be achieved with little design effort.

In Fig. 3 sowie Fig. 4 und 5 sind weitere Ausführungsbeispiele des Spiralabscheiders im Verteilerausguß dargestellt.In Fig. 3 and Fig. 4 and 5 show further embodiments of the Spiralabscheiders are shown in Verteilerausguß.

Für den Spiralabscheider können die folgenden Abmessungen vorgesehen werden: der Windungsdurchmesser des Spiralkanals 5 kann 20... 70 mm und die Länge des Tauchrohres 6 mit aufgebrachtem Spiralkanal 500... 1000 mm betragen; die Werte für den Durchmesser des Tauchrohres 6 liegen bei 30... 100 mm.The following dimensions can be provided for the spiral separator: the winding diameter of the spiral channel 5 can be 20 to 70 mm and the length of the immersion tube 6 with the spiral channel applied can be 500 to 1000 mm; the values for the diameter of the immersion tube 6 are 30 ... 100 mm.

BezugszeichenlisteReference list

11

Metallschmelze, Fluid
Molten metal, fluid

22nd

nichtmetallische Einschlüsse
non-metallic inclusions

33rd

Kreis- bzw. Spiralbahn
Circular or spiral path

44th

Wände des Spiralkanals
Walls of the spiral channel

55

Spiralkanal
Spiral channel

66

Tauchrohr
Dip tube

77

Stopfen
Plug

7.17.1

Mittelzapfen
Center pin

Claims (12)

1. Verfahren zum Führen der Metallschmelze durch oder an einem Abscheider, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abscheiden von nichtmetallischen Einschlüssen aus flüssigen Metallen die Metallschmelze (1) mit den suspendierten nichtmetallischen Einschlüssen (2) auf einer permanenten Kreis- bzw. Spiralbahn (3) geführt wird und sich die Einschlüsse (2) an den Wänden (4) des Spiralkanals (5) abscheiden.1. A method for guiding the molten metal through or on a separator, characterized in that for separating non-metallic inclusions from liquid metals, the molten metal ( 1 ) with the suspended non-metallic inclusions ( 2 ) is guided on a permanent circular or spiral path ( 3 ) and the inclusions ( 2 ) are deposited on the walls ( 4 ) of the spiral channel ( 5 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte flüssige Metall (1) oder Teile des flüssigen Metalls zwangsweise durch einen aus einer oder mehreren Windungen bestehenden ein- oder mehrgängigen Spiralkanal (5) strömt.2. The method according to claim 1, characterized in that the entire liquid metal ( 1 ) or parts of the liquid metal forcibly flows through a single-channel or multi-channel spiral channel ( 5 ) consisting of one or more turns. 3. Vorrichtung zum Abscheiden von nichtmetallischen Einschlüssen aus flüssigen Metallen, arbeitend nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal des Abscheiders die Form einer ein- oder mehrgängigen Spirale (5) besitzt.3. Device for separating non-metallic inclusions from liquid metals, working according to the method according to claim 1 and 2, characterized in that the channel of the separator has the shape of a single or multi-start spiral ( 5 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abscheider keramisches Material mit einem Benetzungswinkel W < 90 Grad gegenüber dem Metall vorgesehen ist.4. The device according to claim 3, characterized in that for the separator ceramic Material with a wetting angle W <90 degrees to that Metal is provided. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralabscheider eine oder mehrere Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweist.5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the spiral separator one or has several inlet and outlet openings. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als keramischer Spiralabscheider an mindestens einer Stelle des technologischen Prozesses angeordnet ist, an der das Metall in schmelzflüssiger Form vorliegt.6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that it is called ceramic Spiral separator at at least one point in the technological process is arranged on the metal in molten Form is present. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralabscheider im Pfannen- Ausguß angeordnet ist. 7. The device according to claim 6, characterized in that the spiral separator in the pan Spout is arranged.   8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralabscheider im Verteiler- Einguß angeordnet ist.8. The device according to claim 6, characterized in that the spiral separator in the distributor Sprue is arranged. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralabscheider im Verteiler angeordnet ist.9. The device according to claim 6, characterized in that the spiral separator in the distributor is arranged. 10 Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralabscheider im Verteiler- Ausguß angeordnet ist.10 Device according to claim 6, characterized in that the spiral separator in the distributor Spout is arranged. 11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Abscheideeffekts Spiralabscheider in beliebiger Kombination an mehreren Stellen des technologischen Prozesses einsetzbar sind.11. The device according to claim 6 to 10, characterized in that to increase the separation effect Spiral separator in any combination in several places of the technological process can be used. 12. Vorichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausflußsteuerung auf die Außenseite des im Zentrum des Ausgußsystems vorhandenen herkömmlichen Tauchrohres (6) der Spiralkanal (5) aufgebracht ist, wobei zum Verschließen von Spiralkanal (5) und/oder Tauchrohr (6) ein Stopfen (7) mit Mittelzapfen (7.1) vorgesehen ist.12. Device according to one of claims 3 to 11, characterized in that the outflow control on the outside of the existing in the center of the pouring system conventional dip tube ( 6 ) of the spiral channel ( 5 ) is applied, for closing the spiral channel ( 5 ) and / or Immersion tube ( 6 ) a plug ( 7 ) with a central pin ( 7.1 ) is provided.
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