DE2212804B2 - Leitende windung fuer konduktionspumpen fuer schmelzfluessige metalle - Google Patents

Description

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Überraschend löst die Erfindung das Problem einer leitenden Winduisg der eingangs genannten Art für sehr

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ist.

Die Erfindung betrifft eine leitende Windung für Konduktionspumpen für schmelzflüssige Metalle, die sich aus dem schmelzflüssigen Metall im aktiven Teil der Pumpe, zwei an dieses angrenzende Elektroden und einer die Elektroden miteinander verbindenden, mit

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korrosive Metalle dadurch, daß die Schleife durch eine Metallschicht zum Schutz gegen Oxydation abgedeckt ist und in einer hitzebeständigen, den Pumpenkörper bildenden Masse vergossen ist

Eine solche Windung ist hervorragend bei der Verwendung für Konduktionspumpen, speziell für korrosive Metalle geeignet. In der Praxis hat sich eine so ausgestattete Konduktionspumpe einwandfrei zur Umwälzung korrosiver flüssiger Metalle bei sehr kleinen Abmessungen bewährt.

Der Abschnitt des wirksamen Metallstroms, der von einem elektrischen Strom senkrecht zur Strömungsrichtung durchquert wird, wird also einer elektromagnetischen Kraft ausgesetzt, die unter der Einwirkung des Stroms und einer magnetischen Induktion entsteht und senkrecht zur Richtung des elektrischen Stroms und zur Richtung der flüssigen Metalls! r umung verläuft. Die Flächen der Elektroden, die in direktem Kontakt mit dem korrosiven flüssigen Metall stehen, können aus einem leitenden Keramikstoff bestehen.

Bei Verwendung von Kupfer zur Ausbildung der leitenden Schleife als Hülle wird zweckmäßig eine Schicht aus einer Nickellegierung vorgesehen, die gleichzeitig mit dem Leiter gezogen und gewalzt ist, wobei die Schleife an ihren Enden mittels einer Nickelschicht mit den Elektroden verschweißt ist.

Die erfi'ndungsgemäße Maßnahme macht es darüber hinaus möglich, die Spulen über dem Bad anzuordnen und sie so leichter gegen unerwünschte Temperatursteigerungen zu schützen. Somit bietet sich die leitende Windung für Konduktionspumpen zum Tauchpumpen von reaktionsfähigen flüssigen Metallen an. Derartige Pumpen gleichen ferner einen hohen statischen Druck des Metalls aus. Sie können daher auf dem Boden eines Tiegels oder einer Pfanne verwendet werden und zur Regelung des Metalldurchflusses in der Art eines Durchflußregulierventils verwendet werden, dessen mechanische Teile durch Änderung des Induktionsstromes ersetzt werden.
In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 perspektivisch eine Konduktionspumpe nach dem Stand der Technik, in der die erfindungsgemäße leitende Windung verwendet werden kann;

Fig.2 im Schnitt eine bespielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäß leitenden Windung.

In Fig. 1 ist das Prinzip einer bekannten Konduktionspumpe dargestellt. Sie ist mit einem Rohr 1 ausgerüstet, durch das das korrosive Flüssigmetall fließt. Eine Spule 7 erzeugt einerseits transformatorisch in der leitenden Windung Il einen starken Strom senkrecht zur Achse 4-4' des Rohrs 1 und somit senkrecht zur

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Strömungsrichtung des flüssigen Metalls, der über die Elektroden 5 und 6 das Flüssigmetall durchsetzt Die Spule 7 erzeugt andererseits in dem Flüssigmetall eine magnetische Induktion senkrecht zum elektrischen Strom und zur Strömungsrichtung des flüssigen Metalls S längs der Achse 4-4'. In dem von dem flüssigen Metall gebildeten ieitenden Medium entsteht dann bekanntlich eine Kraft senkrecht zur Richtung des Stmms und der magnetischen Induktion, die das flüssige Metall entlang der I eitung in der Richtung der Achse 4-4' in Umlauf versetzt.

F i g. 2 veranschaulicht in vergrößertem Maßstab die Lage und den Aufbau der leitenden Windung 11 und des Rohrs 1 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt Die Windung 11 durchsetzt zweimal den Hauptmagnetkreis 9, um die Ankerrückwirkung auszugleichen, wodurch der Luftspalt und auch die Reluktanz des Magnetkreises beträchtlich vergrößert werden. Bei anderen Ausführungsarten ist die leitende Schleife über bzw. unter dem Hauptmagnetkreis 9 geführt. Hierdurch wird der Luftspalt stark verkleinert Die Windung 11 weist Vorsprünge 13, 14, 15 und 16 auf, die senkrecht, also in Förderrichtung, entlang der gesamten leitenden Windung verlängert sind. Bei der leitenden Schleife kann es sich um einen Nickel- bzw. Kupferstab handeln. Ein Kupferstab muß durch eine nichtrostende Ummantelung, beispielsweise durch eine Hülle 20 aus einer Nickellegierung vor der Oxydation geschützt werden.

Ursprünglich wurde ein zylindrischer Kupferstab gewählt, der in einem Rohr aus einer Nickellegierung untergebracht wurde. Zur Erzielung eines flachen Leiters wurde die Anordnung gewalzt. Der Kupferleiter trug eine Oxydschicht beispielsweise Aluminiumoxydbzw. Magnesiumoxydschicht wodurch die Ausdehnung zwischen dem Kupfer und dem Inconel erleichtert wurde.

Die Elektroden 5 und 6 bestehen aus einem Metall mit im wesentlichen dem gleichen Ausdehnungskoeffizienten, wie ihn der hitzebeständige Stoff aufweist, von dem sie umgeben sind. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden aus einer Legierung von Metallen der Gruppe VI des Periodischen Systems, beispielsweise aus einer Molybdän-Wolframlegierung. Vor dem Verschweißen mit der Kupferschleife muß zunächst auf der angrenzenden Elektrodenfläche, ζ B. auf der Fläche 17 der Elektrode 6, eine Nickelschicht aufgebracht werden.

Die Elektrodenfläche, die mit dem korrosiven flüssigen Metall in Berührung gelangt z. B. die Fläche 18 der Elektrode 6, muß mit einer eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Schicht versehen werden, und sie muß darüber hinaus von dem flüssigen Metal! leicht benetzbar sein. Sie muß ferner ausgezeichnet an der Elektrode haften und gegenüber den verwendeten korrosiven flüssigen Metallen in hohem Grade unempfindlich sein. Eingehende Versuche haben ergeben, daß sich Verbindungen wie Molybdän-, Titan-, Zirkonium- und Wolfrarodiborid sowie Titan-Aluminid bewährt haben. Die übrige Oberfläche der Elektrode ist mit einer Schicht überzogen, durch die sie vor Oxydation an der Luft geschützt wird und die einen guten Kontakt mit dem hitzebeständigen Stoff gewährleistet Zu diesem Zweck kann man beispielsweise Nickel oder Titan-Aluminid verwenden.

Die Beschichtung der Flächen 17 und 18 der Elektrode kann entweder in der Gasphase oder in einem Plasmafließbett erfolgen. Die durch diese Weise hergestellten Teile werden dann in einer Masse aus hitzebeständigem Stoff 21 eingebettet der beispielsweise mit verschiedenen Keramikstoffen wie Aluminiumoxyd, Zirkonium, Magnesium, Aluminium- bzw. Magnesiumtitanat sowie verschiedenen Zirkonaten und Aluminaten hergestellt wird.

Die Elektroden können vorteilhafterweise auch aus einem porösen hitzebeständigen Stoff, z. B. einer geeigneten Sintermasse, hergestellt werden.

Zur Gewährleistung einer zufriedenstellenden Leitfähigkeit sowie einer einwandfreien Benetzbarkeit der Elektroden durch das flüssige Metall durchtränkt man die Elektroden zuvor mit dem von der Pumpe umzuwälzenden Metall oder aber zumindest mit einem Metall, das sich in der Folgezeit leicht im umzuwälzenden Metall auflöst. So hat man mit Erfolg eine Durchtränkung mit Aluminium, wenn es sich dabei um das zu fördernde Metall handelt, sowie eine Durchtränkung mit Zinn und Kupfer durchgeführt, die sich leicht mit den im flüssigen Zustand umzuwälzenden Metallen vermischen.

Das zur Durchtränkung einer derartigen Elektrode angewandte Verfahren ist folgendes: Man bringt den porösen Stoff in Vakuum und benetzt ihn danach bei erhöhter Temperatur mit dem flüssigen Metall. Es ist wichtig, eine sehr hohe, gerade unter der Verdampfungstemperatur des flüssigen Metalls liegenden Temperatur anzuwenden, damit das flüssige Metall sich in möglichst hochflüssigem Zustand befindet. Die Elektrode wird dann unter Druck mit dem flüssigen Metall durchtränkt.

Abschließend wird die leitende Schleife durch Vergießen mit hitzebeständigem Material eingebettet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Leitende Windung für Konduktionspumpen für schmelzflüssige Metalle, die sch aus dem schmelzflüssigen Metall im aktiven Teil der Punjpe, zwei an dieses angrenzende Elektroden und einer die Elektroden miteinander verbindenden, mit einem induzierenden magnetischen Kreis verketteten Schleife zusammensetzt dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife (Jl) durch eine Metallschicht (20) zum Schutz gegen Oxydation abgedeckt ist und in einer hitzebeständigen, den Pumpenkörper bildenden Masse vergossen ist

2. Leitende Windung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Kupfer zur Ausbildung der leitenden Schleife (11) als Hülle fine Schicht (20) aus einer Nickellegierung vorgesehen ist die gleichzeitig mit dem Leiter gezogen und gewalzt ist und daß die Schleife an ihren Enden mittels einer Nickelschicht mit den Elektroden verschweißt ist

3. Leitende Windung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Oberfläche (18) der Elektroden (5, 6). der in direkten Kontakt mit dem korrosiven Metallstrom kommt, durch eine leitende Keramik gebildet ist.

4. Leitende Windung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die leitende Keramik als leitende Diboridschicht eines Metalls der Gruppe IV des Periodischen Systems ausgebildet ist.

5. Leitende Windung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die leitende Keramik ein Aluminid der Metallgruppe IV des Periodischtn Systems ist.

6. Leitende Windung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (5,6), mit denen die Schleife (H) elektrisch verbunden ist aus einer Legierung von Metallen der Gruppe Vl des Periodischen Systems bestehen und mit einer Aluminidschicht eines Metalls der Gruppe IV auf den mit dem »chmelzflüssigen Metall in Berührung kommenden Seitenflächen überzogen sind.

7. Leitende Windung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (5,6) aus einem porösen keramischen Material gebildet sind, das durch ein von der Pumpe transportiertes korrosives flüssiges Metall imprägniert ist.

8. Leitende Windung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß das poröse, keramische, die Elektroden bildende Material ein feuerfestes, in poröser Form agglomeriertes Oxyd ist.

9. Leitende Windung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse keramische Material, aus dem die Elektroden gebildet sind, ein hochwarmfestesTitanat ist.

10. Leitende Windung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektroden bildende keramische Material ein hochwarmfestes Zirkonat i

einem induzierenden magnetischen Kreis verketteten Schleife zusammensetzt (Zeitschrift »Atomenergie«, io_: 1965, Seite 359).

Diese bekaimle leitende Windung war für sehr

korrosive Metalle wie Aluminium oder flüssiger Stahl

völlig ungeeignet Nicht nur auf dem Reaktorgebiet

besteht aber nun ein Bedarf für hierfür geeignete

leitende Windungen für Konduktionspumpen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine ίο leitende Windung für Konduktionspumpen speziell für korrosive Metalle zu scbaffea

Dem Stand der Technik ist aber e;ne Anregung hierfür nicht zu entnehmen; es finden sich auch keine Angaben, wie sehr korrosive Metalle zu behandeln