DE2212822A1 - Tauchpumpe fuer korrosive fluessige Metalle - Google Patents

Description

GROUPMENT ATOMIQUE ALSACIENNE ATLANTIQUE 20, Avenue Edouard-Herriot, 92-Le Plessis-Robinson

Frankreich

TAUCHPUMPE FÜR KORROSIVE FLUSSIGE METALLE

Die Erfindung betrifft eine Tauchpumpe für korrosive flüssige Metalle wie Aluminium, Zink, Gusseisen oder Stahl, die unter Einwirkung einer magnetischen Induktion und eines zwischen zwei Elektroden durch das flüssige Metall fliessenden Stromes in Bewegung versetzt werden.

Derartige Pumpen werden bekanntlich Stromleitungs-

pumpen genannt im Gegensatz zu Induktionspumpen, in denen das flüssige Metall unter den gleichen Bedingungen wie in einem Linear-Motor von einem wandernden Magnetfeld entlang der Rohrwand ung in Bewegung versetzt wird.

Beim Eintauchen der Induktionspumpen in ein flüssiges 209840/0774

Metall treten zahlreiche Schwierigkeiten infolge des Vorhandenseins von Induktionsspulen längs des das flüssige Metall fördernden Rohres auf, wodurch die Kühlung der Spulen ernsthafte Probleme aufwirft.

Diese Gründe führten zu dem Wunsch, die Stromleitungspumpe für korrosive flüssige Metalle zum Eintauchen geeignet zu machen.

Bei der den Gegenstand einer anderen Patentanmeldung bildenden Pumpe wird der der Wirkung einer magnetischen Induktion und eines zu dieser senkrecht fliessenden Stromes ausgesetzte Strom des flüssigen Metalls auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von zwei Elektroden begrenzt, die dank geeigneter Mittel gegenüber den korrosiven Metallen beständig sind, und die beiden anderen Seiten bestehen aus einem hitzebeständigem Material, das als Teil der leitung bei der Herstellung der Pumpe vergossen oder bearbeitet worden ist.

Nach der erwähnten Patentanmeldung wird in H*dhe der leitenden Schleife der wirksame Teil der Pumpe von einer bestimmten Menge hitzebeständigen Materials gehalten, das einen Teil der Rohrleitung bildet.

Dank einer bestimmten Anzahl von Verbesserungen ist es nunmehr gelungen, eine solche Pumpe insbesondere für das Eintauchen in ein sehr korrosives flüssiges Metall geeignet zu machen.

So wurde insbesondere eine Vorrichtung entwickelt, die 209840/0 7 74 ../

einen ausgezeichneten elektrischen Übergang zwischen der Schleife und dem flüssigem Metall gewährleistet.

Vorteilhafterweise wird das zu fördernde Flüssigmetall selbst für die Stromschleife verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist eine Tauchpumpe für sehr korrosive flüssige Metalle, die durch Stromleitung betrieben wird und mindestens aus einer Leitung für'das flüssige Metall, einer mit zwei Elektroden elektrisch verbundenen leitenden Stromschleife, einem Magnetkreis und einem von einem Gehäuse geschützten Pumpenkörper besteht, und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schleife aus Flüssigmetall hergestellt ist.

Ein derartiger Aufbau der Tauchpumpen für flüssige, sehr korrosive Metalle weist offensichtlich zahlreiche Vorteile auf. Einer besteht in der Möglichkeit, ein und denselben Pumpentyp zum Pumpen verschiedener Metalle verwenden zu können.

Zur Herstellung der die Flüssig-Metallschleife begrenzenden Elektroden wird vorteilhafterweise ein Metall der sechsten Gruppe der Metalle des periodischen Systems der EIenento verwendetjdie Elektroden auf beiden Seiten sind duroh eino leitende Schicht aus einem von reaktionsfähigen Metallen nicht angegriffenem Stoff geschützt,

Das die leitende Schleife begrenzende Rohr ist aus hitzebeständigem Material hergestellt,und um dieses herum wird bei der Herstellung ein Block aus hitzebeständigem Material

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gegossen, in dem die übrigen Teile der Pumpe untergebracht sind.

Ein vrelteres Merkmal der erfindungsgemässen Pumpe besteht; darin, dass der Pumpenkörper von aussen die Form eines im wesentlichen zylindrischen oder vielflSchlgen Blocke aus hitzebeständigem Material aufweist, das um die die Pumpe bildenden Teile vergossen ist, um sie in einer vorbestimmten" Stellung eu halten und sie vor jedem unerwünschten Kontakt mit dem korrosiven flüssigen Metall su schütten.

Bei einer derartigen Tauchpumpe 1st nur der untere Teil des Pumpenkörpers eingetaucht« Xn diesem Teil befinden sich Insbesondere die leitende Schleife und swei senkrechte Leitungen, die dasu dienen, die Stromschleif· iu füllen* Vielfach sind diese beiden Leitungen durch Kanüle realisiert, die In die Pumpeaiuleitung münden« Wenn der Keramikwerkstoff nicht porös genug let, wird eine Leitung verwendet, die den oberen Teil der Schleife mit dem oberen Teil der Pumpe verbindet, damit beim ersten Füllen die Luft entweichen kann und die BiX* dung einer Gas- oder Dampfblase verhindert wird.

Der völlig aus hitiebest&ndigem Material baetehende Pumpenkörper schütet die einet Inen wirksamen Tille tier Pumpe einwandfrei vor dem korrosiven flüssigem Metall. Durch die Anordnung der Spulen der Magnetkreise über dem Pumpenkörper wird der Umfang des eingetauchten Teils der Pumpe beträchtlich ,> verringert und der Wärmeschutz erhöht. ><*&-

INSPECTS» (" ;.

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Wenn die Pumpe in einen Tiegel getaucht ist, der korrosives flüssiges Metall enthält, und selbst in einem Ofen untergebracht ist, unterliegen die Pumpenteile, die nicht von dem hitzebeständigem Material umgeben sind, insbesondere die Induktionsspulen, der korrodierenden Wirkung der dort entstehenden Dämpfe, wie z.B. heisse Kohlenwasserstoff-Dämpfe aus dem Ofen oder Metall- oder sonstige Dämpfe aus dem Tiegel. Zum Schutz dieser Teile wurde ein Gehäuse vorgesehen; es ist jedoch nicht einfach, ein Gehäuse aus massiven Metallteilen herzustellen und gleichzeitig die Starrheit der ganzen Vorrichtung, die Unbeweglichkeit der Spulen und einen wirksamen Schutz gegen Kohlenwasserstoff-Dämpfe zu gewährleisten. Es ist daher besonders vorteilhaft,.ein Gehäuse aus Aluminiumguss herzustellen, worin der Aluminium-Anteil zwischen 18 und 25$ beträgt. In einem solchen Gehäuse verringert sich der Elastizitäts-Modul nur um die Hälfte, wenn die Umgebungstemperatur auf 800° C ansteigt.

Vorteilhafterweise ist der obere Teil der Pumpe durch ein Aluminium-Gehäuse aus zwei im wesentlichen zylindrischen Teilen geschützt, die sich über einen Flansch aufeinander abstützen, wobei der untere Teil des Gehäuses den nicht eingetauchten Teil des Pumpenkörpers umgibt, während der obere Teil des Gehäuses die Spulen schützt. Im übrigen ist der obere Teil des Gehäuses mit einer Öffnung versehen, durch die das mit einer Wärmedämmung versehene Abflussrohr'für das Flüssigmetall hindurchgeht.

«*,_,, _. ORIGINAL INSPECTED

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Ein derartiges Gehäuse gewährleistet den Schutz der Induktionsspulen vor korrosiven Dämpfen sowie vor der Infrarotstrahlung, die sowohl im Ofen als auch im flüssigen Metall entsteht. Damit die Spulen jedoch eine Temperatur aufweisen, die die bekannten Isolierstoffe aushalten, wird es als zweckmässig erachtet, eine Vorrichtung zur Kühlung durch Zwangs-Umlauf eines Kühlmediums, wenn möglich Luft, vorzusehen.

Die erfindungsgemässe Pumpe wird an Hand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht der erfindungsgemässen Pumpe;

Fig. 2 zeigt den Pumpenkörper, bei dem die leitende Stromschleife aus zu pumpenden korrosiven flüssigen Metall (Aluminium) besteht«

In Fig, 1 ist mit 1 das das flüssige Metall enthaltende Rohr bezeichnet, das in Achsrichtung des Pumpenkörpers 2 angeordnet ist, der aussen von einem aus hitzebeständigen Material bestehenden vergossenen Zylinder umgeben ist, in dem der gesamte wirksame Teil der Pumpe untergebracht ist. An seinem oberen Ende weist der Pumpenkörper ein in der Zeichnung nicht gezeigtes Ansatzstück auf, auf dem sich das untere Gehäuse 3 abstützt. Dieses Gehäuse 3 ist von unten zunächst kegeüetunpfförmig und dann zylindrisch ausgebildet und weise an seinem oberen Ende einen Flansch 4 auf, dessen obere Fläche 5 gerichtet ist. Auf dieser stützt sich das im wesentlichen zylindrisch ausgebildete obere Gehäuse 6 ab, das an seinem unte-

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-7- . ■

ren Ende einen Flansch 7 aufweist, dessen untere Fläche 8 ebenfalls gerichtet ist, damit zwischen den beiden Gehäusen 4 und 6 eine im übrigen durch Muffen verstärkte einwandfreie Dichtheit gewährleistet ist. Der obere Teil des Gehäuses 6 besteht aus einer Scheibe 9 mit einer »iemlich breiten runden Öffnung 10, durch die das obere Ende des Rohrs 1 zur Förderung des flüssigen Metalls hindurchgeführt und von einem tfärmedämm-Mittel I¹ umgeben ist.

Auf dem Oberteil des Gehäuses befindet sich eine Öffnung 11, durch die ersichtlich ist» dass die beiden Induktionsspulen 12 und 13 auf den Magnetkreieen 14 bew. 15 angebracht sind» Fast die Gesamtheit der Magnetkreise mit Ausnahme des Teile in Nähe der Spulen 12 und 13 ist von dem den Pumpenkörper bildenden hiteebeständigen Material umgeben. Die Kühlung der Spulen erfolgt durch eine Kaltluftleitung 18, Die Warmluftleitung 19 kann mit der Kaltluftleitung 18 eine,Einheit bilden, wie dies in Fig. 1 geseIgt ist, sie kann jedoch auch auf der anderen Seite herausgeführt sein, beispielsweise auf der entgegengesetzten Seite des Ofens« Bei der erfindungsgemässen Pumpe sind in der Kaltluftleitung 18 die Kabel 16 und 17 sßur Stromversorgung der Pumpe untergebracht·

Bei diesem AusfÜhrungsbeiaplel besteht das Gehäuse aus einem 2 bis 3% Nickel, 19 bis 21$ Aluminium und 1% Silizium enthaltenden Guss von niedrigem Preis, und die Zusatzstoffe dienen zum erhöhten Schutz vor Kohlenwasserstoffen und erhöhen gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften bei hoher Tempera-

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tür. Das Gehäuse wird zunächst vergossen und bearbeitet und dann auf eine Temperatur von etwa 1100° C erhitzt, um eine stabile Verbindung mit der bei der Bearbeitung freigelegten Aluminium-Körnung herzustellen. Um die Bearbeitung zu erleichtern, wurde ferner der Legierung 0,5$ Zer und 1% Molybdän zugefügt. Bei der Herstellung des Gehäuses kann auch eine bestimmte Menge von Aluminium dem Nickel oder Chrom bzw." Nickol-Chromguss"zugesetzt werden, deren Preis höher ist. Die Spulen* und oberen Teile sind mit dem oberen Gehäuse verbunden, so dass deren Starrheit auf bekannte, nicht veranschaulichte Weise gewährleistet ist.

Fig. 2 zeigt den wirksamen Teil des Körpers einer zum Pumpen von Aluminium verwendeten Pumpe. Mit 14 und 15 sind die beiden Magnetkreise und mit 12 und 13 die beiden Spulen der Fig. 1 bezeichnet. Ferner ist das Austrittsrohr 1 des flüssigen Metalls mit dem Wärmemantel 1» gezeigt. Die im übrigen zylindrische Leitung besitzt in der Nähe der von dem korrosiven flüssigen Metall gebildeten Stromschleife 28 einen rechteckförmigen Querschnitt 29 ähnlich dem Abschnitt 30, wo der Flüssig-Metallstrom der vom Magnethauptkreis 14 erzeugten magnetischen Induktion und dem in der Schleife 28 induzierten Strom ausgesetzt ist, der in dem Flüssig-Metallstrom »wischen den Elektroden 21 und 22 fliesst.

Die in diesem Ausführungsbeispiel aus porösem hitiebeständigeη Material bestehenden Elektroden 21 und 22 werden zuvor mit dem zu pumpenden korrosiven flüssigen Metall, in diesem Fall Aluminium, durchtränkt.

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über eine Leitung 23 erfolgt beim Eintauchen der Purap« die Füllung der Schleife 23, Wie weiter oben gesagt, sind bestimmte Keramikstoffe nicht genügend porös, um während des Füllens die in der Windung 28 enthaltende Luft und die Oase entweichen zu lassen. Diese werden dann durch eine Leitung 24 nach oben abgeführt. Ferner sine? Befestigungsteile 25 und 26 vorhanden, mit denen die Magnetkreise beim Vergless.en mit hltzebeständigent Material gegenüber den verschiedenen Teilen des PumpenkÖrpera befestigt werden» Am oberen Teil des PurapenkBrpers ist ferner ein in Fig. 1 nicht sichtbarer Anaatz 2? vorhanden, auf dem sich das untere Gehäuseteil 3 nach Flg. 1 abatütit. Bei den verwendeten hitzebeständigen Stoffen handelt ea eich um verschiedene Arten von Aluminiumoxid und Zirkonium, Aluminium-Iitaimt biw. Magnesium-Titanat sowie verschiedene ZirkonatG. Als Bindemittel wurden vor allen silikat-, phosphat-, Mrkonat- baw. aluraintthaltige Stoffe verwendet, die sich in

{ e>r Mehrzahl der FSlIe vollkommen bewährt haben.

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Vor dem Qioaaen des PumpenkÖrpers sind verschiedene Torbereitende Maaanahmen erforderlich! die magnetischen Bauteile werden/ in Keramikfaser-Folien gewickelt, die von Glasfasern gehalten werden« Die Keramikfolie ermöglicht die Ausdehnung der Metallteile nach dem Vergiessen der Keramikmasse. Das Vergiessen dea hitaebeatändigen Materials entsprechend den Aussenabmes-•tingen der mit flüssigem Metall zu füllenden Stromschiene wird aehr einfach dadurch erzielt, dass ein Rohr geringer Stärke verwendet wird, das aus dem gleichen Metall besteht wie diejenige, das nach Inbetriebnahme zuerst gefördert werden soll.

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Dieses Rohr erhält die Aussenabmessungen der Schleife und

* wird bei der ersten Inbetriebaetiung der Pumpe geschmolaen und durch Entleeren der Windung abgeführt, wenn die Pumpe aus dem Bad herausgenommen wird·

Die hltsefest«n Stoffe werden in eine zweiteilige Form entsprechend der Pumpenform gegossen. Diese Form hat ein mittleres Teil, das ebenfalls aus swel Teilen entsprechend der Form der Pumpenleitung besteht· Vor dem völligen Erhärten der hitgebeständigen Stoff· wird der obere Teil der Form nach oben und der untere Teil der Form nach unten entfernt. Während des Vergiesaens der hitnbestSndigen Stoffe werden die magnetischen felle der beiden Magnetkreis· und das lur Bildung der Schleife dienend· Rohr «us hitaebeatfindigem Material in einer Torrichtung in boug auf die obere Ebene der Form ausgerichtet· Beim Vergiesitn der hiteeftaten Stoffe ist es mitunter vorteilhaft, die Form auf einem Rütteltisch zu rütteln, um den hitzefesten Stoff so gut wie möglich eindringen au lassen und au homogenisieren.

IHSPHCTED

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Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE

1.) Tauchpumpe für sehr korrosive Flüssigmetalle, die durch Stromleitung betrieben wird und mindestens aus einer Leitung für das Flüssigmetall, einer mit zwei Elektroden elektrisch verbundenen leitenden Stromschleife, einem Magnetkreis und einem von einem Geh&use geschützten Pumpenkörper besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Stromschleife (28) von flÜ&aigem Metall gebildet wird,

2 _Ψ Tauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu fördernde Flüssigmetall selbst die Stromschleife bildet.

3· Tauchpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkörper (2) aus einem Musserlich im wesentlichen vielflächig ausgebildeten Block aus hitzebest&idigem Material besteht, das um die die Pumpe bildende Teile vergossen ist, um diese in einer vorbestimmten Stellung zu halten und sie vor jedem unerwünschten Kontakt mit dem korrosiven flüssigen Metall zu schützen.

4· Tauchpumpe nach Anspruch 2 mit zwei Magnetkreisen, von denen der Hauptkreis in dem Flüssig-Metallstrom eine magnetische Induktion erzeugt und der zweite Magnetkreis einen Strom erzeugt, der durch den Flüssig-Metallstrom zwischen den beiden aus porösem, mit Flüssigmetall getrSnkten hitzefesten

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Stoff, gebildeten Elektroden in einer geschlossenen Stromschleife flüssigen Metalls fliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Stromschleife (28) mit dem zu f'drderndenFlUssigmetall durch mindestens eine Leitung (23) verbunden ist, die in den eingetauchten Teil des Pumpenkörpers mundet*

5. Tauchpumpe nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Schleife (28) mit der AussenatmoSphäre über eine Leitung (24) verbunden ist, die an der Oberfläche des Pumpenk'drpers (2) ausserhalb des eingetauchten Teils des Pumpenkörpers austritt,

6· Tauchpumpe nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichne t, dass der nicht eingetauchte Teil des Pumpenkörpers (2) durch ein unteres Gehäuse (3) geschützt wird, das sich auf einen Ansatz abstützt, der aus hitzebestandigem Stoff besteht und an seinem oberen Ende einen gerichteten Flansch aufweist, auf dem sich ein oberes Gehäuse (6) über einen ebenfalls gerichteten Flansch (4) abstützt, und dass beide Gehäuse (3»6) durch Muffen verschweisst oder verschraubt sind,

7» Tauchpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Gehäuse (6) in Axialrichtung eine Durchführung (10) für die mit einem Wärmeschutzmantel versehene Metallabflussleitung (1) sowie eine Frischluftzufuhrleitung (18) und eine Heissgasabfuhrleitung (19) aufweist.

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■ φ· Tauchpumpe nach den Ansprüchen 5 und 6,

.dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (3»6) aus einer Stahlgusslegi'erung mit 18 bis 25 f° Aluminium, 0,5 bis 1,5 f> Silizium und 1,5 bis 3» 5 $ Nickel hergestellt und danach auf eine Temperatur von etwa 1100° G erhitzt werden, um eine mit der bei der Bearbeitung freigelegten Aluminiumkörnung stabile Verbindung zu erzielen«

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