DE2262811A1

DE2262811A1 - Stromleitungspumpe fuer korrosives fluessigmetall

Info

Publication number: DE2262811A1
Application number: DE2262811A
Authority: DE
Inventors: Robert Borie; Henri Carbonnel
Original assignee: Alsacienne Atom
Current assignee: Alsacienne Atom
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1973-06-28
Also published as: SE378650B; CA954573A; US3829243A; CH574687A5; IT1046457B; NO140024C; GB1417150A; JPS552365A; FR2165224A6; AU467925B2; NO140024B; JPS573302B2; AU5024172A

Description

Dlpi.-ing. Dietrich

SMonchenUFurstenbergsfr^ _

1972

GROUPEHEUT ATOMIOUE ALSACIEME ATLAMIQUE 20, Avenue Edouard-Herriot, 93350 LE PLESSIS-ROBINSOE (Frankreich)

STROMLEITUHGSP.ÜKPE FÜR KORROSIVES FLÜSSIGMETALL (Zusatz zu P 22 12 622.9 vom 16.März 1972)

Die Erfindung "betrifft S tromlei tungspump en, die in ein Flüssigmetall eintauchen und zur Förderung von flüssigen korrosiven Metallen wie Aluminium, Zink, Gusseisen oder Stahl bestimmt sind.

Die Ver?/endung von Pumpen für Flüssigmetalle hat gleichzeitig mit der Entwicklung verschiedener Techniken zugenommen, die die Förderung von flüssigen Metallen, insbesondere für Giessereiarbeiten und Reinigungsverfahren für Metalle, erfordern.

Bei Stromleitungspumpen wird der Strom durch ein Querstück der Leitung und der Strömung des flüssigen Metalls geschickt, das in dieser enthalten ist, und zwar in Gegenwart eines senkrechten zum elektrischen Strom und zur Strömungsrichtung des flüssigen Metalls verlaufenden Magnetfelds, so im Flüssigmetall eine Kraft entsteht, die in Richtung·

309826/0A07

der dritten Achse des Orthogonal-Koordinaten-Systemes verläuft, deren erste beide Achsen in der Richtung des Magnetfeldes bzw. des Stroms verlaufen.

PUr aktive Metalle wie Aluminium, Zink, Gusseisen und Stahl wird der das Flüssigmetall fördernde Kanal aus hitzebeständigen Stoffen hergestellt, die in der Regel die Elektrizität schlecht leiten. Der elektrische Widerstand der Wände der Leitung aus Keramik verhindert dabei das Eindringen des Stroms in einen Querabschnitt des PlUssigmetallstroms. Aufgrund dieser Tatsache war während langer Zeit der Bau von Stromleitungspumpen für korrosive Flüssigmetalle nicht möglich.

Diese Schwierigkeit wird dadurch umgangen, dass an der betreffenden Stelle zwei gegenüberliegende Seiten der Flüssigkeitsleitung durch Elektroden ersetzt werden, die den elektrischen Strom hindurchlassen, während die anderen Seiten weiterhin aus dem die Leitung bildenden hitzebeständigem Stoff hergestellt, und zwar bei der Herstellung der Pumpe gegossen oder bearbeitet werden. Derartige Elektroden müssen sehr korrosiven Metallen widerstehen und gleichzeitig den hindurchfliessenden Strom gut leiten sowie die Dichtheit der Leitung gewährleisten. Die leitende Schleife selbst kann aus jedem leitenden Körper bestehen, beispielsweise aus einem herkömmlichen metallischen Leiter aus Kupfer oder Nickel oder aus einer dem geförderten korrosiven Flüssigmetall widerstehenden Leitung. In allen Fällen jedoch endet die Schleife in Nähe der senkrechten

309826/0407 ./.

Flüssigmetalle itung in Elektroden, die die erwähnten Eigenschaften aufweisen müssen. So muss die Elektrode aus einem Material bestehen, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der möglichst nahe an denjenigen des hitzebeständigen Materials herankommt, der zur Herstellung der senkrechten Leitung verwendet wird, so dass durch Ausdehnung zwischen den beiden Stoffen kein Zwischenraum entsteht. Ausserdem muss die Elektrode mit der leitenden Schleife elektrisch verbunden und von dem korrosiven Flüssigmetall benetzbar sein. Im übrigen muss sie der chemischen Wirkung des heissen, korrosiven Flüssigmetalls ohne Beschädigung widerstehen»

Derartige Pumpen weisen gegenüber der bekannten Technik zahlreiche Vorteile auf; insbesondere ist es möglich, derartige Pumpen in das Flüssigmetall einzutauchen und somit ohne Zündung von aussen in Betrieb zu setzen» Der "^umpenkörper hat ferner einen geringeren Querschnitt als beispielsweise derjenige von Induktionspump en, denn die Wicklungen können in ziemlicher Entfernung vom Pumpenk'orper oder ausserhalb des Flüssigmetalls angeordnet werden. Beim Tauchpumpen eines in einem Tiegel oder in einer Pfanne befindlichen Metalls nimmt beispielsweise die Pumpe bedeutend weniger Platz ein, und die KapazitätsVerluste des Nutzrauminhalts des Tiegels oder der Pfanne sind gering. Im übrigen sind die Spulen über dem flüssigen Metall angeordnet und daher leichter vor unerwünschter Temperatürerhöhung zu schützen.

309826/0407 ·/·

Es sind Verfahren bekannt, nach denen korrosionsbeständige Elektroden hergestellt werden, die den Stromdurchgang erleichtern und einen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der fast demjenigen von hitzebeständigen Stoffen gleich ist, die mindestens eine Seite der Leitung begrenzen, durch die das flüssige Metall strömt.

Sofern die Schleife, in der der elektrische Strom induziert wird, der durch die Elektroden und den Flüssigmetallstrom fliesst, von dem Kanal des zu fördernden korrosiven FlUssigmetails gebildet wird, müssen die Elektroden aus einem porösen, hitzebestäiidigen Stoff gefertigt sein, der mit dem zu fördernden korrosiven, flüssigen Metall durchtränkt ist.

Erfindungsgemäss wird daher die Herstellung bestimmter Teile der leitenden Schleife aus einer por'osen, leitenden Keramikmasse hergestellt, nachdem diese zur Erhöhung ihrer mechanischen Festigkeit einer Vorbehandlung ausgesetzt wurde.

Gegenstand der Erfindung ist eine Stromleitungspumpe für korrosive Flüssigmetalle, die eine leitende Schleife aufweist, in der der einen Abschnitt des PlUssigmetailstroms in senkrechter Richtung durchsetzende elektrische Strom induziert wird, wobei die Schleife zwei durch einen Leiterschleifenteil elektrisch verbundene Elektroden aufweist; sie ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Schleife aus einer por'osen, leitenden, getemperten und mit dem korrosiven Flüssigmetall durchtränkten Keramikmasse hergestellt ist.

309826/0407 ·/·

Für "bestimmte Anwendungsfälle wird die leitende Schleife, mit Elektroden aus poröser, leitender, mit dem zu fördernden korrosiven Flüssigmetall durchtränkter Keramikmasse hergestellt, ?/ährend der übrige Teil der Schleife von einem Kanal für das von der Pumpe zu fördende korrosive Flüssigmetall gebildet wird.

Die hierbei erzielten Leistungen sind besonders bemerkenswert, und das flüssige Metall benetzt die Elektroden vollkommen, sowohl auf der mit dem Flüssigmetallstrom während des Pumpens in Verbindung stehenden Seite als auch auf der Seite, die mit dem die Schleife schliessenden Flüssigmetallkanal verbunden ist. Der Ausdehnungskoeffizient der leitenden Keramikelektroden ist fast gleich demjenigen der hitzebeständigen Stoffe, die die übrigen Seiten der Flüssigmetalleitung begrenzen, und die Dichtigkeit ist leicht zu gewährleisten.

Bei anderen Ausführungsarten besteht die Schleife, die Elektroden und die Stromschleife aus poröser, leitender durchtränkter Keramikmasse. Auf diese Weise werden ohmische-Verluste infolge Berührung zwischen den -Elektroden und der Leiterschleife vermieden. Der Aufbau der Pumpe ist vereinfacht, und an dem aktiven Teil der Schleife ist eine einwandfreie Dichtheit gewährleistet.

Diese Verbesserungen sind aufgrund einer Behandlung möglich, durch die die Leitfähigkeit der Keramikstoffe sowie ihre mechanische Festigkeit verbessert werden.

Damit eine derartige, aus leitenden Körnern bestehende 309826/0407 ./.

Keramikmasse, beispielsweise aus Titan-Diborid, nach dem Vergiessen eine hohe Porösität aufweist, darf sie während des Sinterns keinem Druck ausgesetzt werden. Die mechanische Verbindung zwischen den Körnern weist nicht immer den gewünschten Wert auf. Durch Temperung in neutraler Atmosphäre kann die Kohäsion der leitenden Körner in bedeutendem Masse erhöht werden. Andererseits kann bei einer gegebenen mechanischen Festigkeit eine grössere Porösität zugelassen werden., sofern die Keramikmasse getempert wird. Auf diese Weise wird die Keramikmasse der Leitungsschleife besser benetzbar, und eine Verringerung ihres elektrischen Widerstands wird dadurch erzielt, dass die Schleife bzw. die Elektroden nach dem Vergiessen einer zusätzlichen Behandlung unterzogen werden, die verhältnismässig leicht im Werk durchzuführen ist.

Nach Herausnahme aus der Form wird die Schleife in neutraler Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1600° C getempert und anschliessend in einem Bad warmen, flüssigen Metalls gehärtet, dessen Temperatur um 50° C bis 250° C höher als dessen Schmelzpunkt ist und auf dem sich eine Schicht aus Alkalimetallfluoriden befindet.

In bestimmten Fällen, in denen eine bessere Benetzung durch das zu fördernde Flüssigmetall sowie ein besserer Schutz vor Oxydation erforderlich ist, genügt eine Härtung. Wenn das geförderte Flüssigmetall Eisen ist, wird durch das Härten ebenfalls eine Temperung erforderlich.

309826/0407 ·/.

2262810^

Die Härtung der Elektroden "bzw. der kompletten leitenden Schleife, insbesondere nach dem Tempern, kann durch eine Technik erfolgen, die sehr zufriedenstellende Ergebnisse ergibt und im weiteren an Hand der Fig. schematisch veranschaulicht ist.

Darin ist mit 1 ein Gefäss mit korrosivem flüssigen Metall 2 "bezeichnet, das eine Temperatur aufweist, die um 50° G bis 250° C dessen Schmelzpunkt übersteigt (850° C bei Aluminium). Das Metallgefäss ist bis auf seine halbe Tiefe durch eine Wand 3 in zwei Kammern 4 und 5 geteilt. In der Kammer 4 befindet sich über dem flüssigen Metall eine Schicht 6 aus Alkalimetall-Pluoriden bestimmter Stärke. .Zunächst wird die zu behandelnde Elektrode in die Kammer 4 des Gefässes und nach dem Herausziehen aus dieser in die Kammer 5 getaucht.

Die Alkalimetallfluoride, die auf der Oberfläche des flüssigen Metalls schwimmen, benetzen beim Eintauchen die Elektrode und gewährleisten ein besseres Haften des Metalls auf dem porösen Teil der leitenden Keramikmasse. Dies ergibt' eine bedeutend bessere Benetzung durch das flüssige Metall, wenn die Pumpe in Betrieb gesetzt wird, sowie eine bedeutende Erhöhung des Schutzes der Keramikmasse vor Oxydation.

Die nach dieser Technik gehärteten Teile eignen sich ganz besonders zur Verwendung, in der e rf indungsgemässen 3?umpe..

Im Rahmen der Erfindung kann die ganze leitende Schleife aus durchtränkter, poröser Keramik hergestellt werden; anderer- ■ seits bestehen nur deren beide mit dem zu fördernden Metall

309826/040?

in Berührung gelangende Enden aus durchtr'änkter, poröser Keramik, und der übrige Teil der Schleife wird von dem Flüssigmetallkanl gebildet.

-PatentansprUche-

309826/0407

Claims

■a»*-

PATENTANSPRÜCHE

/Iy Stromleitungspumpe für korrosive Flüssigmetalle, die eine leitende Schleife aufweist, in der der einen Abschnitt des FlüssigmetaIlstroms in senkrechter Richtung durchsetzende elektrische Strom induziert wird, wobei die Schleife zwei durch einen Leiterschleifenteil elektrisch verbundene Elektroden aufweist ,dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Schleife aus einer porösen, leitenden, getemperten und mit dem korrosiven Flüssigmetall durchtränkten Keramikmasse hergestellt ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chnet, dass die beiden den Flüssigmetalistrom begrenzenden Elektroden aus einer porösen Keramikmasse bestehen, die aus einem leitenden, getemperten und von dem korrosiven Flüssigmetall durchtränkten Material hergestellt wird.
3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chnet, dass die auf zwei gegenüberliegenden¹Seiten den Flüssigmetallstrom begrenzende Schleife aus einer porösen Keramikmasse besteht, die von einem leitenden, getemperten und von dem korrosiven Flüssigmetall durchtränkten Stoff gebildet wird.
4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperung der porösen,· leitenden Keramikmasse in neutraler Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa l600° C erfolgt.

./. 309826/0407
5. Pumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, dass das Tauchhärten der leitenden Keramikmasse in einem Bad (2) korrosiven flüssigen Metalls erfolgt, das eine Temperatur von mehr als 50 Ms 250° C über dessen Schmelzpunkt aufweist, wobei über dem Flüssigmetall eine Schicht (6) aus Alkalimetallfluoriden aufgebracht wird.

309826/0407