DE2265103A1

DE2265103A1 - Elektromagnetische konduktionspumpe fuer fluessige metalle

Info

Publication number: DE2265103A1
Application number: DE19722265103
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Alsacienne Atom
Current assignee: Alsacienne Atom
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1972-03-16
Publication date: 1976-04-01
Also published as: NO140023C; DE2265103C3; GB1373454A; CA946033A; NO140023B; DE2212822A1; DE2212822B2; US3809497A; IT950249B; DE2265103B2; CH560485A5; US3787143A; SU488435A3

Description

Elektromagnetische Konduktionspumpe für flüssige Metalle

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Konduktionspumpe für flüssige Metalle mit einem Förderrohr, mit zwei Kreisen und mit einer mit einem der magnetischen Kreise verketteten leitenden Windung.

Bei einer bekannten elektromagnetischen Induktions-Pumpe ( Deutsche Patentschrift 1 553 080 ) wird eine Pumpe für kaltes flüssiges Metall wie Quecksilber als Lösung für Induktionspumpen mit gleitendem Feld vorgeschlagen. Hier wird die leitende Stromschleife durch Stäbe gebildet; die Grenze für solche Lösungen liegt bei Temperaturen, bei denen es noch möglich ist, seitliche Stäbe zu kühlen, ohne daß das Metall , das sich gegebenenfalls in deren Nahe befindet, "einfriert¹.¹ Solche bekannten Lösungen führen, wenn sie überhaupt realisiert werden, zu schweren Pumpen mit ganz erheb^- lichem eintauchenden Volumen; eine Pumpe, die beispielsweise in eine Pfanne taucht, muß aber auch hinsichtlich ihres Volumens begrenzt sein.

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Im übrigen können solche Pumpen für flüssigen Stahl oder flüssiges Aluminitun aus praktischen Gründen nicht verwirklicht werden.

Eine Konduktionspumpe der eingangs genannten Art soll nun im Aufbau wesentlich vereinfacht für das Pumpen sehr korrosiver schmelzflüssiger Metalle geeignet gemacht werden.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß die leitende Stromschleife durch das flüssige Metall selbst gebildet wird.

Im Gegensatz zu bekannten Pumpen wird die leitende Windung also nicht mehr als fester Körper sondern aus Flüssigmetall gebildet .

Flüssigkeitskühlkreise in Höhe der flüssigen Windung oder Stromschleife oder in Höhe der Kontaktelektroden fallen also fort.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das zu fördernde flüssige Metall selbst die Stromschleife bilden.

Nach einer in der Praxis bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich eine Konduktionspumpe, bei der das zu fördernde Flüssigmetall selbst die Stromschleife bildet und üie im übrigen zwei Magnetkreise aufweist, von denen der Hauptkreis in dem Flüssig-Metallstrom eine magnetische Induktion erzeugt und der zweite Magnetkreis einen Strom erzeugt, der durch den Flüsaig-Metallstrom zwischen den beiden aus porösem, mit

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Flüssigmetall getränkten hitzefesten Stoff gebildeten Elektroden in einer geschlossenen Stromschleife flüssigen Metalls fließt, dadurch aus, daß die leitende Stromschleife mit dem zu fördernden Flüssigmetall durch mindestens eine Leitung verbunden ist, die in den eingetauchten Teil des Pumpenkörpers mündet.

Günstig ist es, wenn hierbei die Schleife mit der Außenatmosphäre über eine Leitung verbunden ist, die an der Oberfläche des Pumpenkörpers außerhalb des eingetauchten Teils des Pumpenkörpers austritt.

Die Pumpe ist hervorragend für das Eintauchen in sehr korrosives flüssiges Metall geeignet. Der elektrische Übergang zwischen Schleife und flüssigem Metall ist ausgezeichnet. Ein und der gleiche Pumpentyp kann nunmehr zum Pumpen verschiedener Metalle verwendet werden.

Zur Herstellung der die ITüssigmetallschleife begrenzenden Elektroden wird vorteilhafter Weise ein Metall der sechsten Gruppe der Metalle des Periodischen Systems der Elemente verwendet; die Elektroden auf beiden Seiten sind durch eine leitende Schicht aus einem von reaktionsfähigen Metallen nicht angegriffenem Stoff geschützt.

Das die leitende Schleife begrenzende Rohr ist aus hitzebeständigem Material hergestellt, um dieses herum wird bei der Herstellung ein Block aus hitzebeständigem Material gegossen, indem die übrigen Teile der Pumpe untergebracht sind.

Wenn die Pumpe in einen Tiegel taucht, der korrosives

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flüssiges Metall enthält, und selbt 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 Metalloder 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 Steifigkeit der ganzen
Vorrichtung, die ünbeweglichkeit 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 800⁰C
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 versehne Abflußrohr für
das Flüssigmetall hindurchgeht.

Ein derartiges Gehäuse gewährleistet den Schutz der
Induktionsspulen vor korrosiven Dämpfen sowie vor der Infrarotstrahlung, die sowohl im Ofen als auch im

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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 anhand der Zeichnung und eines AusfuhrungslDeispiels "beschrieben.

3?ig. 1 zeigt eine Gesamtansicht der erfindungs gemäß en Pumpe;

!ig. 2 zeigt den Pumpenkörper, "bei dem die leitende Stromschleife aus zu pumpendem 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 hitzebeständigeni 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 unter Gehäuse 3 abstützt. Dieses Gehäuse 3 ist von unten zunächst kegelstumpfförmig und dann zylindrisch ausgebildet und weist 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 ab, das an seinem unteren Ende einen Flansch 7 aufweist, dessen untere Fläche 8 ebenfalls gerichtet ist, damit zwischen den beiden Gehäusen 4 und 6 eine im übrigen

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durch Muffen verstärkte einwandfreie Dichtheit gewährleistet ist. Der obere Teil des Gehäuses 6 besteht aus einer Scheibe 9 mit einer ziemlich breiten runden Öffnung 10, durch die das obere Ende des Rohrs 1 zur Förderung des flüssigen Metalls hindurchgeführt und von einem Wärmedämm-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 Magnetkreisen 14 bzw. angebracht sind. Fast die Gesamtheit der Magnetkreise mit Ausnahme des Teils in Nähe der Spulen 12 und 13 ist von dem den Pumpenkörper bildenden hitzebeständigen 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 gezeigt 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 zur Stromversorgung der Pumpe untergebracht.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse aus einem 2 bis 3 # Nickel, 19 bis 21 $> Aluminium und 1 i» Silizium enthaltenden Guß von niedrigem Preis, und die Zusatzstoffe dienen zum erhöhten Schutz vor Kohlenwasserstoffen und erhöhen gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur. Das Gehäuse wird zunächst vergossen und bearbeitet und dann auf eine Tempera tur von etwa HOO⁰G 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 i» Molybdän zugefügt.

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Bei der Herstellung des Gehäuses kann auch eine "bestimmte Menge von Aluminium dem Nickel oder Chrom "bzw. Nickel-Chromguß zugesetzt werden, deren Preis höher ist. Die Spulen und oberen Teile sind mit dem oberen Gehäuse verbunden, so daß deren Steifigkeit 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 I¹ gezeigt. Die im übrigen zylindrische Leitung besitzt in der Nähe der von dem korrosiven flüssigen Metall gebildeten leitenden Windung 28 einen rechteckförmigen Querschnitt 29 ähnlich dem Abschnitt 30, wo der Flüssig-Metallstrom der vom Magnethauptkreis 14 erzeugten magnetischen Induktion und dem in der leitenden Windung 28 induzierten Strom ausgesetzt ist, der in dem Flüssig-Metallstrom zwischen den Elektroden 21 und 22 fließt.

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

Über eine Leitung 23 erfolgt beim Eintauchen der Pumpe die Fällung der Windung 28. Wie weiter oben gesagt, sind bestimmte Keramikstoffe nicht genügend porös, um während

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des Füllens die in der Windung 28 enthaltende Luft und die Gase entweichen zu lassen. Diese werden dann durch eine Leitung 24 nach oben abgeführt. Ferner sind Befestigungsteile 25 und 26 vorhanden, mit denen die Magnetkreise beim Vergießen mit hitzebeständigem Material gegenüber den verschiedenen Teilen des Pumpenkörpers befestigt werden. Am oberen Teil des Pumpenkörpers 1st ferner ein in Fig. 1 nicht sichtbarer Ansatz 27 vorhanden, auf dem sich das untere Gehäuseteil 3 nach Fig. 1 abstützt. Bei den verwendeten hitzebeständigen Stoffen handelt es sich um verschiedene Arten von Aluminiumoxid und Zirkonium, Aluminium-Titanat bzw. Magnesium-Titanat sowie verschiedene Zirkonate. Als Bindemittel wurden vor allem silikat-, phosphat-, zirkonat- bzw. aluminathaltige Stoffe verwendet, die sich in der Mehrzahl der Fälle vollkommen bewährt haben.

Vor dem Gießen des Pumpenkörpers sind verschiedene vorbereitende Maßnahmen 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 des hitzebeständigen Materials entsprechend den Außenabmessungen der mit flüssigem Metall zu füllenden Stromschleife wird sehr einfach dadurch erzielt, daß ein Rohr geringer Stärke verwendet wird, das aus dem gleichen Metall besteht wie dasjenige, das nach Inbetriebnahme zuerst gefördert werden soll.

Diese Rohr erhält die Außenabmessungen der Schleife und wird bei der ersten Inbetriebsetzung der Pumpe geschmolzen und durch Entleeren der Windung abgeführt, wenn die Pumpe aus dem Bad herausgenommen wird.

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Die hitzefesten Stoffe werden in eine zweiteilige Form entsprechend der Pumpenform gegossen. Diese Form hat ein mittleres Teil, das ebenfalls aus zwei Teilen entsprechend der Form der Pumpenleitung besteht. Vor dem völligen Erhärten der hitzebeständigen Stoffe wird der obere Teil der Form nach oben und der untere Teil der Form nach unten entfernt. Während des Vergießens der hitzebeständigen Stoffe werden die magnetischen Teile der beiden Magnetkreise und das zur Bildung der Schleife dienende Rohr aus hitzebeständigem Material in einer Vorrichtung in bezug auf die obere Ebene der Form ausgerichtet. Beim Vergießen der hitzefesten Stoffe ist es mitunter vorteilhaft, die Form auf einem Rütteltisch zu rütteln, um den hitzefesten Stoff so gut wie möglich eindringen zu lassen und zu homogenisieren.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektromagnetische Konduktionspumpe für flüssige Metalle mit einem Förderrohr, mit zwei Kreisen und mit einer mit einem der magnetischen Kreise verketteten leitenden Windung, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Stromschleife (28) durch flüssiges Metall gebildet ist.

2. Konduktionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschleife (28) durch das zu fördernde schmelzflüssige Metall gebildet ist.

5. Konduktionspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 getränkten hitzefesten Stoff gebildeten Elektroden in einer geschlossenen Stromschleife flüssigen Metalls fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Stromschleife (28) mit dem zu fördernden Flüssigmetall durch mindestens eine Leitung (23) verbunden ist, die in den eingetauchten Teil des Pumpenkörpers mündet.

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4. Konduktionspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife (28) mit der Außenatmosphäre über eine Leitung (24) verbunden ist, die an der Oberfläche des Pumpenkörpers (2) außerhalb des eingetauchten Teils des Pumpenkörpers austritt.

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