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Vorrichtung zum Durchmischen einer flüssigen Metallphase mit anderen
Phasen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1-angegebenen Merkmalen.
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In dem älteren Recht P 2 332 186 wird eine Vorrichtung beschrieben,
die eine Intensivierung des Durchmischungsvorganges von flüssigen Phasen mit anderen
flUssigen, festen und gasförmigen Phasen ermöglicht. Infolge des intensiven Vermengens
im Durchmischungsraum laufen die Stoffaustauschreaktionen wesentlich besser ab.
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Beim praktisch-technischen Einsatz hat sich gezeigt, dass die Trennung
der durchmischten Phasen Schwierigkeiten bereiten kann. Gasphasen scheiden sich
in der Regel gut aus der flüssigen Metallphase ab, wenn die Strömungen langsamer
werden und freie Oberflächen oder angrenzende poröse oder gasaufnehmende Phasen
vorhanden sind. Flüssige oder feste Schlackenphasen setzen sich in der Regel aufgrund
des grossen Dichteunterschiedes von flüssiger Metallphase und Schlackenphase bei
abklingender
Strömung gut ab. Schwierigkeiten treten allerdings
auf, wenn die entstehende Schlackenphase die Form einer teigigen oder festen Oxidphase
annimmt. So ergibt sich z. B. beim Entschwefeln von Roheisen in Torpedopfannen das
Problem, dass das entstehende Calciumsulfid mit der vorhandenen Schlacke unter Bildung
sogenannter fester Schollen reagiert.
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Die Entfernung dieser Schlackenansätze aus der Torpedopfanne bereitet
Schwierigkeiten.
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Ausgehend von diesen Problemen liegt der vorliegenden Anmeldung die
Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Durchmischen der eingangs genannten
Art zu entwickeln, bei welcher eine Schollenbildung weitgehend vermieden wird und
damit bessere Bedingungen für das Abschlacken geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Bei der beschriebenen Vorrichtung zum Durchmischen kann das Gaszufuhrrohr
durch ein zentral angeordnetes Rohr gegeben sein. In einer anderen zweckmässigen
Ausführungsform erfolgtfdie Gaszufuhr in einem koaxialen Ringraum zwischen dem innen
angeordneten RohrstUck für den Durchmischungsraum und einem koaxial hierzu aussen
angeordneten Gaszufuhrrohr.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das
weitere Rohrstück mit seinem einen Ende das überstehende Ende des Durchmischungsraumes
übersteht.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung so in der flüssigen Metallphase angeordnet,
dass die Austrittsöffnung des Gaszufuhrrohres gegen den Bad spiegel nach oben weist
und das überstehende Ende des Durchmischungsraumes oberhalb des Badspiegels liegt,
während das weitere Rohrstück mit seinem unteren Ende in den Badspiegel eintaucht.
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Die anmeldungsgemässe Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Einblasen
von Gas- und Feststoff-Gemischen in Metall -phasen, wobei das Entschwefeln von Stahl
mittels Calciumcarbid bevorzugtes Anwendungsgebiet ist.
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Im Normalfall ist die erfindungsgemässe Vorrichtung senkrecht in der
Metallschmelze angeordnet, so dass das Gas nebst evtl.
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mit-eingeblasenen Phasen von unten in den Durchmischungsraum eintritt
und nach der Durchmischung mit Metall oben wieder austritt. Das überstehende Ende
des Durchmischungsraumes liegt soweit oberhalb der Oberkantedes ruhend gedachten
Metallspiegels, dass das Gemenge von Gas und flüssigem Metall, sowie die Schlackenphasen,
durch den Mammutpumpeneffekt noch über den überstehenden Rand der Mischdüse gefördert
werden können. Das vorgesehene weitere Rohrstück, das den Durchmischungsraum mit
Abstand umgibt, lässt einen genügend breiten Ringspalt frei, wobei das weitere Rohrstück
einerseits in den Metallspiegel eintaucht und andererseits das überstehende Ende
des Durchmischungsraumes übersteht, so dass die vom Mammutpumpeneffekt mitgenommenen
Phasen die Oberkante des weiteren Rohrstückes nicht überfliessen können. Das weitere
Rohrstück kann nach Art eines Schwimmkragens ausgeführt sein, wobei der Abstand
zum Durchmischungsraum durch Abstandshalter gewährleistet ist. Beim Betrieb verbleiben
die spezifisch leichteren, nichtmetallischen Phasen innerhalb des Abscheideraumes
zwischen weiterem Rohrstück und Durchmischungsraum, sammeln sich dort und können
kontinuierlich oder intermittierend abgeführt werden.
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Die metallische Phase strömt durch den Ringspalt nach unten und vereinigt
sich wieder mit der übrigen Metallschmelze.
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Die Vorteile der genannten Vorrichtung bestehen darin, dass die leichteren,
nichtmetallischen Phasen, die im Durchmischungsraum und im Abscheideraum reagiert
haben, sich nicht über die gesamte Badoberfläche des Metallbades ausbreiten können.
Hierdurch wird auch verhindert, dass zwischen der im Abscheideraum entstehenden
Schlackenphase und der bereits auf dem Metallspiegel
vorhandenen
Schlackenphase Reaktionen entstehen, die zu schwer-entfernbaren Schollen führen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die entstehende Schlacke
sogut wie kein Metall enthält, da innerhalb des Abscheideraumes optimale Bedingungen
für ein Ausregnen der Metallphase aus der Schlackenphase gegeben sind. Die Abführung
der Metallphase28urch Abschöpfen, Absaugen oder andere geeignete Massnahmen erfolgen.
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Um Reaktionen zwischen der ursprünglich auf dem Metallbad vorhandenen
Schlacke und der beim Durohmischungsvorgang entstehenden Schlacke zu vermeiden,
kann es zweckmässig sein, den Abscheideraum beim Eintauchen in das Metallbad vor
einem Eindringen von Schlackenphase zu schützen. Dies kann durch einen dünnen Aluminiumring
oder Kegel am unteren Ende zwischen weiterem Rohrstück und Durchmischungsraum erfolgen,
der in der kurzen Zeit des Durchstossens der Metalloberfläche noch nicht aufschmilzt,
anschliessend aber keine weitere Behinderung darstellt (sogenannte selbstaufschmelzende
Verkleidungen).
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Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand von zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform.
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Figur 1 zeigt die erfindungsgemässe Vorrichtung, bei welcher koaxial
und mit Abstand voneinander von innen nach aussen das Gaszufuhrrohr 1 mit der Austrittsöffnung
3, das Rohrstück 2 und das Rohrstück 20 angeordnet sind. Das Rohrstück 2 bildet
in
Verlängerung des. Gasaustritts 3 den Durchmischungsraum 7, wobei die Metallphaseam
unteren Ende 2a eintritt und am oberen, überstehende Ende 2b, das oberhalb des ruhend
gedachten Spiegels 5 der Metallphase 4 angeordnet ist, übertritt.
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Dag überstehende Ende 2b des Durchmischungsraumes 7 ist mit Abstand
vom weiteren Rohrstück 20 umgeben, welches somit den Ringraum 8 (Abscheideraum)
bildet. Das weitere Rohrstück 20 Ubersteht mit seinem oberen Ende 20b das obere
Ende 2b des Rohrstückes 2 und taucht mit seinem unteren Ende 20a soweit in die Metallphase
4 ein, dass die gebildete Schlacke 6 nicht in die Metallphase 4 gefördert werden
kann. Die Dimension des Ringraumes 8 ist so gewählt, dass eine hinreichende Menge
von der entstehenden Schlackenphase aufgenommen werden kann. Die ursprünglich auf
der Metallphase 4 ruhende Schlackphase ist mit 6a bezeichnet. Ein Eindringen dieser
Schlackenphase 6a in den Ringraum 8 wird beim Eintauchen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
durch sogenannte selbstaufschmelzende Verkleidungen (z.B. Aluminiumring oder -kegel)
verhindert. Dies ist durch den gestrichelt-eingezeichneten Kegel 9 angedeutet.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform umgibt das Gaszufuhrrohr
1 das den Durchmischungsraum 7 bildende Rohrstück 2, wobei die Gaszufuhr durch den
Ringraum zwischen dem Rohrstück 2 und dem Gaszufuhrrohr 1 erfolgt. Die Austrittsöffnungen
3 sind nach oben gegen die Badoberfläche 5 gerichtet. Im übrigen sind gleiche Vorrichtungsteile
mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen.
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In einer zweckmässigen Ausführungsform, die sich insbesondere für
das Einblasen von Calciumcarbid in Roheisen eignet, verhält sich die Querschnittsfläche
des Durchmischungsraumes 7 zur Querschnittsfläche des Abscheideraumes 8 wie 1:1
bis 2:1. Der Durchmesser des weiteren Rohrstückes 20 kann 50 cm bis 2 m, vorzugsweise
0,75 cm bisl,20 m, betragen. Eine derartige Ausführungsform
kann
durch die Öffnungen von Torpedopfannen geführt werden. Dabei empfiehlt sich für
den Durchmischungsraum eine Länge von ca. 1 m.
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Beim Entschwefeln von Roheisen ergibt sich der besondere Vorteil,
dass das anfallende Caleiumsulfid bei Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung
im wesentlichen staubförmig anfällt und bleibt und daher gut abgeführt werden kann.
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Patentansprüche: