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VORRICHTUNG ZUM BEHANDELN VON FLÜSSIGEM METALL IM VAKUUM Die Erfindung
betrifft Vorrichtungen zum Behandeln von flüssigem Metall im Vakuum.
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Es ist eine Vorrichtung zum Entgasen von flüssigem Metall in einer
Vakuumkammer bekannt, die eine Metallzuflußleitung, die in den Behälter mit dem
Ausgangsmetall ein taucht , und eine Metallabflußleitung, die in den Behälter mit
dem bearbeitetem Metall eintaucht sitzt (s. britischePatente . 968264 und 890467).
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Diese Vorrichtun dient ausschließlich zum Entgasen des Metalls. Beim
Entgasen wird das Metall nicht raffiniert und nicht ausreichend von schädlichen
Beimengungen, einschließlich Schwefel und nichtmetallischen Einschlüssen, befreit.
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Diese Vorrichtung ist nicht dasu geeignet, flüssigen Stahl mit Schlacke
zu raffinieren und von schädlichen Beimengungen, insbesondere Schwefel und nichtmetallischen
Einschlüssen, zu befreien. Die Metallabflußleitung besitzt <keinen> zu diesem
Zweck < > ausreichend hohen und breiten Hohlraum, der gewährleistet, daß in
der Metallabflußleitung eine Schlackensäule mit barometrischer Höhe während des
Zuflusses von tall in die Schlacke aufrechterhalten werden kann.
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Außerdem ist die ganze Innenfläche der Metallabflußleitung mit Mcuerfesten
Stoff ausgekleidet, mit dem die Schlacke in Reaktion tritt. Hierdurch werden die
Raffinierungseigenschaften der Schlacke vermindert.
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Beim Raffinieren von Metall mit Schlacke, das von Schwefel und nichtmetallischen
Einschlüssen zu befreien ist, wird das Metall durch Emulgieren von Schlacke und
Mitreißen von Schlackenteilchen durch Metall verunreinigt.
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Das Metall wird am wirksamsten bei allmählichem Anwachsen der Berührungsfläche
zwischen Metall und Schlacke wahrend des Wechselwirkungsprozesses raffiniert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Behandeln
von flüssigem Metall im Vakuum mit einer Metallabflußleitung zu schaffen, in der
unter Vakuum Metall in der Schlackensäule raffiniert und ein tropfenweises Herabfließen
des Metalls durch die Schlacke gewährleistet wird, wodurch die Berührungsfläche,
an der die Wechselwirkung stattfindet, vergrößert und ein Emulgieren von Schlackenteilchen
im Metall ausgeschlossen wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Behandeln von flüssigem
Metall im Vakuum gelöst, die eine Öffnung zum Zuführen des aus einem Behälter entnommenen
Ausgangsmetalls und eine rohrförmige Metallabflußleitung für das in einen Behälter
für behandeltes Metall ausfließende entgaste Metall besitzt, wobei erfindungsgeirjL:ß
die Metallabflußleitung einen Hohlraum mit einer Querschnittsfläche besitzt, die
ausreic':t , um in dieser leitung eine Schlackensäule während der Metallbehandlung
aufrechtzuerhalten, und die Leitung eine Wandstärke, welche das Vorha@densein eines
Überzugs an ihrer Innenfläche während des Betriebs gewährleistet, und eine Höhe,
die der barometrischen Höhe der Schlackensäule entspricht, @esitt.
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Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, Metall unter Vakuum mit darauffolgendem
Raffinieren in
einer Schlackensäule zu behandeln.
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Hierbei wird ein tropfenweises Herabfließen des Metalls durch die
Schlacke gewährleistet, die Beruhrungsflä.ehe. an ein der die Wechselwirkung stattfindet,
vergrößert und#Emulgieren von Schlackenteilchen im Metall aus.geschlossen.
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Die Vorrichtang kann mit einer rohrförmigen Metallzuflußleitung versehen
werden, die in den Behälter mit Aus-.
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gangsmetall ein # taucht.
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In diesem Falle kann der Behälter für das Ausgangsmetall niedriger
als die Vakuumkammer angeordnet werden.
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Die Behälter, in welche die Metallzuflußleitung bzw.
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-abflußleitung ein,-tauchen., können so ausgeführt werden, daß es
möglich ist, sie in senkrechter Richtung zu verschieben.
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dem Durch Verschieben des Behälters mit # Ausgangsmetall kann ein
gleichmäßiges Zufließen von Metall in die Vakuumkammer und durch Verschieben des
Behälters für bearbeitetes Metall kann eine vorgegebene Schlackensäulen-Höhe in
der Metallabflußleitung aufrechterhalten werden.
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Zweckmäßig wird die Innenfläche der Metallabflußleitung in der Zone,
in der der Schlackenspiegl schwankt> mit einem feuerfestem Stoff ausgekleidet,
der weder mit Metall noch mit Schlacke in chemische Wechselwirkung tritt.
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Eine solche Auskleidung verhindert, daß flüssiges Metall
beim
Sinken des Schlackensäulenspiegels während des Betriebs und beim Schmelzen des Überzugs
in dieser Zone mit der metallischen Metallabflüßleitung in Berührung ksxmt.
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Es ist vorteilhaft , die Metallabflußleitung mit einem ihren Hohlraum
überdeckenden Einsatz aus leichtschmel#-Metall zu versehen, der als eine gelochte
Platte ausgebildet ist und -in barometrischer Höhe des Schlacke-Metall-Gemischs
aufgesetzt wird.
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Der erwähnte Einsatz ermöglicht es, die Schlackensäule auf barometrischer
Höhe des Schlacke-Metall-Gemischs zu halten und zu verhüten, daß die Schlacke zu
Beginn des Betriebs der Vorrichtung, bevor sich der Prozeß eingespielt hat, über
ihre barometrische Höhe steigt.
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Nachstehend werden zur Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele
der Vorrichtung unter Hinweis auf beiliegende Zeichnungen beschrieben; es zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung, deren Vakuumkammer im oberen Teil eine Oeffnung zum Eingießen
des Ausgangsmetalls besitzt, und Fig. 2 eine Vorrichtung, an deren Vakuumkammer
im unteren Teil eine Metallzuflußleitung angeschlossen i4; die mit dem Behälter
für das Ausgangsmetall in Verbindung steht.
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Beispiel 1.
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Die Vorrichtung um Behandeln von flüssigem Metall
eine
einer besitzt Vakuumkammer 1 (Fig. 1) mit Öffnung 2 zum Zufühdem ren des Ausgangsmetalls
3 5 aus#Behälter 4 über die Austrittseines öffnung 5, welche mittels#Stopfens 6
geschlossen wird.
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Als Behälter 4 für das Ausgangsmetall 3 kann ein Schmelzaggeine ein
regat, Gießpfanne oder beliebiger anderer Sammelbehälter für tall verwendet werden.
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Am unteren Teil der Vakuumkammer 1 ist eine rohrförmige Metallabflußleitung
7 angeschlossen, die dazu dient, in dieser eine Schlackensäule 8 zu erzeugen und
unter akuum das Metall, welden ches weiter in#Behälter 9 geleitet wird, mit Schlacke
zu behandeln.
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Die Metallabflußleitung 7 besitzt einen Hohlraum, dessen Querschnittsfläche
ausreicht, um < > in der Leitung eine Schlackensäule 8 <beim Einfließen
von Metall>. aufrechtzuerhalten. Das untere Ende der Metallabflußleitung 7 ist
in den Behälter 9 eingetaucht, der teilweise mit Schlacke e füllt ist. Die Wandstärke
der Metallabflußleitung wird so gewählt, daß sich während des Betriebs an ibrer
nicht ausgekleideten, metallischen Innenseite ein Überzug bildet, welcher eine Berührung
der Metallabflußleitung 7 mit dem vakuumbehandelten Metall verhindert.
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Die Höhe der Metallabflußleitung 7 muß ausreichend groß sein, damit
beim Erzeugen eines Vakuums in der Vakuumkammer 1 die Schlacke aus dem Behälter
9 auf die barometrische Höhe des Schlacke-Metall-Gemischs steigen kann.
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Diese Höhe wird durch nachstehende Formel bestimmt:
wobei: Ho - barometrische Höhe der Schackensäule, m - Produktivität der Vorrichtung,
s - Querschnittsflache des Hohlraums der Metallabflußleitung 7, v - Metallflußgeschwindigkeit
in der Schlacke,
des Metalls bzw. der Schlacke ist.
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Die Auskleidung 10 der Vakuumkammer 1 und des oberen Teils der Metallabflußleitung
7 innerhalb der Zone, in der der Schlackenspiegel schwankt, besteht aus feuerfestem
Stoff, der mit Metall und Schlacke nicht in chemische Wechselwirkung tritt.
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In der ausgekleideten Zone der Metallabflußleitung 7 ist ein ihren
Hohlraum überdeckender Einsatz 11 vorgesehen, der als eine gelochte Platte aus leichtschmelzendem.
Metall ausgebildet ist. Diese Platte ist auf barometrischer Höhe des Schlacke-etall-Gemischs
montiert.
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Als Behälter 9 zur aufnahme des bearbeiteten metalls eine eine kann
eineGießpfanne, Blockform, Kokille oder eine Spezialaufnahmevorrichtung dienen.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.
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dem die Der Behälter 4 mit Ausgangsmetall 3 wird so auf Vakuumkammer
1 aufgesetzt, daß ihre tffnungen 2 und 5 fluchten und eine Abrijohtung der Vakuumkammer
1 während des Einströmens des aus dem Behälter 4 kommendem Metalls in diese Kammer
gewährleistet ist.
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Des untere Ende dr Metallabflußleitung 7 ist in den teilweise mit
Schlacke gefüllten Behälter 9 eingetaucht.
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Die Schlackenmenge im Behälter 9 soll so groß sein, daß der Hohlraum
der Metallabflußleitung auf barometrische Höhe mit Schlacke gefüllt und ein F'lüssig.keiverschluß
geschaffen wird, der das Ansaugen von Luft verhindert.
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In der Vakuumkammer 1 wird ein Vakuum erzeugt. Hierbei fließt die
Schlacke aus dem Behälter 9 in die Metallabflußleitung 7 und steigt in ihr bis zum
gelochten Einsatz 11.
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Auf die Innenfläche der Metallabflußleitung 7 wird durch Erstarren
ein Überzug aufgetragen.
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ei die Dann wird im Behälter 4 @@@ Stopfen 6 gehoben, der @@@ Öff-5
die nung 5 geschlossen hielt, und @@@ Metall 3 fließt durch Offnung 2 in die Vakuumkammer
1, Hierbei zerfällt das Metall zu einzelnen Tropfen uns wird entgast (aus dem Metall
werden die in ihm gelösten Gase ausgeschieden). Entgastes tropfenförmiges Metall
fließt in die Metallabflußleitung 7 und dem Einsatz 11 herab, passiert diesen und
gelangt in die Schlackensäule 8. Beim Durchgang durch die,
einetedeutende
Höhe besitzende Schlackensäule 8 gelangen die Metalltropfen in Wechselwirkung mit
der Schlacke und werden von schädlichen Beimengungen, z.B. Schwefel und nichtmetallischen
Einschlüssen, befreit. Das gereinigte und nicht mit der Außenluft in Berührung kommende
Metall sanmelt sich unter der Schlackenschicht im Behälter 9 an.
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Während des Zustroms von raffiniertem Metall in den Behälter 9 wird
dieser, um den Schlackensäulenspiegel in der NGetallabflußleitung 7 auf konstanter
Höhe zu halten, gesenkt, ohne daß drei die Dichtigkeit des Flüssigkeitsverschlusses
leidet.
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Beispiel 2, eine Die erSindungsgemäße Vorrichtung besitzt#Vakuumkammer
-einem einem 12 mitVDeckel 13 und @@@@@ Stutzen 14, der mit einer (aus der Zeichnung
nicht ersichtlichen) Vakuumanlage verbunden ist.
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Am unteren Teil der Vakuumkammer 12 ist die rohrförmige Metallzuflußleitung
15 angeschlossen, deren Innenseite mit feuerfestem Stoff 16 ausgekleidet ist, Die
Höhe dieser Leitung wird so gewählt, daß das Metall 3 beim Erzeugen eines Vakuums
in der Vakuumkammer 12 in diese hochgesau@t wird. Das untere Ende der Metallzuflußleitung
15 ist so tief in den Behälter 17 für das Ausgangsmetall 3 eingetaucht, daß dns
Entstehen eines Flüssigkeitsverschlusses sichergestellt ist. Der Behälter 17 kann
senkrecht verschoben werden, damit ständig ein Flüssigkeitsverschluß erhalten bleibt.
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Die Metallabflußleitung 7 und der Behälter 9 für das behandelte metall
sind ebenso wie . in. Beispiel 1 beschrieben ausgeführt.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.
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dem der Der Behälter 17 mitAusgangsmetall 3 wird unterMetallzuflußleitung
15 aufgestellt und soweit angehoben, daß das das untere Ende der Metallzuflußleitung
15 so tief inMetall das 3 eingetaucht ist, daß#Zuführen des metalls in die Vakuumdas
kammer 12 undVEntstehen eines Flüssigkeitsverschlusses gewährleistet wird.
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Der teilweise mit Schlacke gefüllte Behalter 9 wird so unter der
Metallabflußleitung 7 aufgestellt, daß ihr unteres Ende in die Schlacke eingetaucht
ist. Hierbei entsteht, wie dies in Beispiel 1 beschrieben wurde, ein Flüssigkeitsverschluß.
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Das Ausgangsmetall 3 steigt während der Evakuierung aus dem Behälter
17 in der Metallzuflußleitung 15 hoch und gelangt in die Vakuumkammer 12. In letzterer
wird das zu Tropfen zerlegte Metall entgast, welches dann in die mit Schlacke gefüllte
Metallabflußleitung 7 gelangt. Das entgaste metall wird ebenso, wie dies in Beispiel
1 beschrieben wurde, in der Schlackensäule raffiniert.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung kann die Metallzuflußleitung
15 senkrecht stehen.
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Die Vorrichtung braucht keinen Einsatz 11 zu enthalten,
wenn
die Höhenänderungen der Schlackensäule unbedeutend sind.
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Die Behälter 9 und 17 der Vorrichtung können ortsfest ausgeführt sein,
wenn der Schlackenspiegel im Behälter 9 und der Metallspiegel im Behälter 17 konstant
gehalten werden. Dies kann durch ununterbrochenes Zuführen von Schlacke und Ketall
in die Behälter urd kontinuierliches Ausfließen des raffinierten Metalls oder durch
Verschieben der Vakuumkamder der mer mit#Metallzufluß- und'IMetallabflußleitung
erreicht werden.
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Versuche haben gezeigt, daß die Vorrichtung betriebsdas sicher ist
und#Raffinieren des Metalls unter weitgehender Befreiung desselben von Gasen, schädlichen
Beimengungen und nichtmetallischen Einschlüssen gewährleistet.