DE60120004T2

DE60120004T2 - Rotor zur Behandlung von Flüssigkeiten wie Metallschmelzen

Info

Publication number: DE60120004T2
Application number: DE60120004T
Authority: DE
Inventors: Bjarne Heggseth; Per Gunnar Strand; John Olav Fagerli; Karl Venas; Eddy Steinar Dale
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2021-02-17
Also published as: CA2338110A1; NO20000974D0; NO20000974L; EP1127610A3; JP2001262244A; SI20463A; NZ510051A; CA2338110C; SK2552001A3; SI20463B; DE60120004D1; PL346086A1; JP5041622B2; US20010017434A1; NO311228B1; AU778666B2; PL196480B1; EP1127610A2; AU2311501A; EP1127610B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit wie einem geschmolzenem Metall mit einem Gas oder einem partikelförmigen Material.
Die meisten Systeme zur Behandlung von z.B. geschmolzenem Metall mit einem Gas basieren auf dem Prinzip der Zuführung eines Gases zu und der Dispersion des Gases von einem geschmolzenen Metall mit Hilfe eines Rotors. Ein derartiger Rotor wird in dem Europäischen Patent desselben Anmelders Nr. 0151434 gezeigt und beschrieben, wobei das Gas mittels einer Bohrung in der Antriebswelle des Rotors zugeführt wird, der aus einem hohlen, zylindrischen Drehkörper besteht, und wobei das Gas der Flüssigkeit (geschmolzenes Metall) über Löcher in dem Drehkörper zugeführt und dispergiert wird.
Ein Nachteil dieser und anderer Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass der Rotor und die Antriebswelle des Rotors von oben durch Löcher in der Decke der Reaktorkammer nach unten in die Flüssigkeit hinein verlaufen. Der elektrische Motor, der den Rotor antreibt, wird entweder an der Oberseite des Reaktors oder an einem mit dem Rotor verbundenen Holm befestigt, bei einem separaten Hubsystem. Bei der Behandlung von Flüssigkeit ist es nachteilig, wenn die Antriebswelle von oben durch Löcher in der Decke der Reaktorkammer nach unten in die Flüssigkeit hinein verläuft, weil sich beim Drehen der Antriebswelle ein Wirbel um diese herum bildet. Unreinheiten und Schlacke, die durch den Auftrieb im Metall in Richtung Oberfläche abgetrennt werden, werden durch diesen Wirbel leicht in das Metall zurückgezogen. Des Weiteren tritt die bedeutenste Abnutzung der Antriebswelle im Bereich zwischen Luft und Metall auf, d.h., im Bereich des Wirbels.
Die Japanischen Patentanmeldungen Nr. 56 133018 und 55 106532 offenbaren verschiedene Lösungen zur Behandlung von Flüssigkeiten in einem Gefäß, wobei ein hohler Rotor bereitgestellt wird, der mittels einer Antriebswelle angetrieben wird, welche durch den Boden des Gefäßes verläuft. Das Gas wird dem hohlen Rotor durch ein Rohr zugeführt, das durch die Seite des Gefäßes und zu einem Kreisring zwischen einem Statorrohr und der Antriebswelle verläuft.
Die vorliegende Erfindung stellt in Verbindung mit einem Rotor eine Lösung dar, in der die oben genannten Nachteile überwunden werden. Gemäß der Erfindung wird dies mittels einer Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit wie einem geschmolzenen Metall mit einem Gas oder einem partikelförmigen Metall nach Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Detail in den beiliegenden Ansprüchen 2 bis 4 definiert.
Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe von Beispielen und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, die einen Reaktor oder Behandlungsgefäß oder -behälter 20 zur Behandlung von geschmolzener Masse mit einem Rotor 9 darstellt, im Detail beschrieben. Der Rotormantel 19 selbst kann zweckmäßig aus einem geeignten Stahlmaterial hergestellt sein. Der Stahlmantel 19 ist auf der Innenseite mit feuerfestem Material 1 ausgekleidet.
Ein geformter Baustein 2 ist in der Basisauskleidung des Reaktors 1 eingebettet. Ein Statorrohr 3 mit einer Dichtung 4, welche eine Dichtung zwischen dem geformten Baustein 2 und dem Statorrohr 3 bildet, wird vom Boden des Reaktors her eingeführt. Das Statorrohr 3 wird aus einem feuerfesten, isolierenden Material hergestellt, das gegen die geschmolzene Masse beständig ist und eine vorgegebene thermische Leitfähigkeit besitzt. Das Statorrohr wird senkrecht und waagerecht von einem Bund 5 geführt, der aus einem isolierenden Material hergestellt ist.
Der Bund wird auf einem Stahlflansch 6 angeordnet und mit dem Boden des Rotormantels verschraubt. Dies erzeugt eine Vorspannung auf der Dichtung 4, die zwischen dem Statorrohr 3 und dem geformeten Baustein 2 angeordnet ist. Diese Vorspannung ist für die Absorption von Unterschieden in der thermischen Ausdehnung oder Schrumpfung zwischen den verschiedenen Materialien wichtig. Die Auflagerungsstütze 7 für die Antriebswelle 8 des Rotors wird gegen den Stahlflansch 6 angebracht. Die Auflagerungen werden durch Gebläsekühlung abgekühlt. Die Antriebswelle 8 des Rotors 9 wird von oben hinunter in das Statorrohr eingeführt und endet mittels einer Schnellkupplung 10 in der Auflagerungsstütze. Eine Keilriemenscheibe 11, die von einem elektrischen Motor 12 angetrieben wird, ist oberhalb der Schnellkupplung angeordnet.
Der Rotor 9 ist von der gleichen Art wie der Rotor aus dem vom Anmelder eigenen Europäischen Patent Nr. 0151434 gezeigte und beschriebene, wobei der Rotor innen hohl ist und eine Öffnung 21 am unteren Ende und Löcher 18 an den Seiten aufweist. Der Rotor wird oben an der Antriebswelle befestigt, zweckmäßig durch beispielsweise eine Gewindeverbindung oder eine Welle in Form einer Splint- oder Bolzenverbindung. Das Statorrohr 3 verläuft von der Basis des Reaktors durch das Loch in die Basis des Rotors 9 und in den Hohlraum in dem Rotor mit einer gewissen Abstandsfläche zu der inneren Oberfläche 14 des Rotors.
Durch das Behandeln einer geschmolzenen Masse oder das Füllen des Reaktors damit wird eine Luft-/Gastasche im oberen Teil des Hohlraums 16 des Rotors gebildet, so dass keine geschmolzene Masse nach unten in den Kreisring zwischen der Antriebswelle 8 und dem Statorrohr 3 fließen kann. Der Rotor funktioniert auf die gleiche Weise, wie dem oben genannten Europäischen Patent des Anmelders entnommen werden kann; die geschmolzene Masse wird durch das Loch 21 in der Rotorbasis mit Hilfe der Drehung des Rotors 9 nach oben geführt und mittels Zentrifugalkraft durch die Löcher 18 gedrückt (geschleudert).
Das Gas und/oder das partikelförmige Material zur Behandlung der Flüssigkeit kann zweckmäßig durch eine Bohrung in der Antriebswelle des Rotors (nicht im Detail dargestellt) oder durch den Kreisring zwischen der Antriebswelle und dem Statorrohr zugeführt werden. Alternativ kann das Gas durch eine Bohrung in die Antriebswelle geführt werden, wobei überschüssiges Gas durch den Kreisring zurückgeführt wird. Der Reaktor kann des Weiteren mit einem Deckel (nicht im Detail dargestellt) ausgeführt sein, so dass die geschmolzene Masse in einem geschlossenen System behandelt werden kann, zum Beispiel in einer inerten Atmosphäre. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, nicht auf die in der Zeichnung dargestellte oder oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist.
Folglich kann der in der Ausführungsform dargestellte Rotor zum Beispiel zum Behandeln von anderen Flüssigkeiten als geschmolzenem Metall benutzt werden, zum Beispiel Suspensierungen wie Abwasser oder anderen Arten von kontaminiertem Wasser.
Die hier beschriebene Lösung verhindert, wie oben angeführt, die Wirbelbildung und Abnutzung der Antriebswelle des Rotors, weil dieser nicht direkt mit der geschmolzenen Masse in Kontakt steht.
Eine weiterer großer Vorteil des Nichtvorkommens einer solchen Berührung ist, dass es möglich ist, metallische Materialien für die Antriebswelle zu benutzen, die bedeutend stärker und weniger kostenaufwendig sind und eine längere Lebensdauer aufweisen als die derzeit benutzten Materialien.
Ein noch weiterer großer Vorteil der Benutzung eines Statorrohrs, das in einer Lufttasche in dem Rotor endet, ist, dass keine kostenaufwendigen Dichtungen benötigt werden, die anderenfalls notwendig wären, wenn die Antriebswelle ohne das Statorrohr durch die Basis verläuft.

Claims

Vorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit wie einem geschmolzenen Metall mit einem Gas oder einem partikelförmigen Material, umfassend einen Reaktor (20), der eine Basis und einen Rotor (9) mit einem Hohlraum (16) darin, Löcher (18) in der Seitenwand davon, welche den Hohlraum (16) mit dem Äußeren des Rotors (9) verbinden, und eine Öffnung (21) am Boden des Rotors (9), wobei die Antriebswelle (8) des Rotors (9) durch die Basis des Reaktors (20) nach oben verläuft, ein Statorrohr (3) ebenfalls von der Basis des Reaktors (20) nach oben verläuft und die Antriebswelle (8) umgibt, wobei ein erster Kreisring zwischen der Antriebswelle (8) und dem Statorrohr (3) ausgebildet ist, wobei die Antriebswelle (8) und das Statorrohr (3) durch die Öffnung (21) an dem Boden des Rotors (9) und in den Hohlraum (16) im Inneren des Rotors (9) verlaufen, wobei ein zweiter Kreisring im Inneren der Öffnung (21) zwischen dem Statorrohr (3) und dem Rotor (8) ausgebildet ist und die Antriebswelle (8) mit dem Rotor (9) durch eine Befestigungsvorrichtung (13) an der Oberseite des Rotors (9) verbunden ist, während das Statorrohr (3) im Inneren des Hohlraums (16) mit einer ersten Abstandsfläche in Bezug auf die innere Oberfläche (14) des Hohlraums (16) endet, um zu ermöglichen, dass ein Gas in die Flüssigkeit durch einen ersten Kreisring und/oder ein gebohrtes Loch in der Antriebswelle (8) und durch die erste Abstandsfläche in den Hohlraum (16) eingeführt wird, wobei eine zweite Abstandsfläche zwischen der ersten Abstandsfläche und den Löchern (18) derart bereitgestellt wird, dass im Inneren des Hohlraums (16) zwischen der inneren Oberfläche (14) und den Löchern (18) eine Gasblase gebildet werden kann, so dass die Flüssigkeit im Inneren des Hohlraums (16) während der Benutzung nicht nach unten in den ersten Kreisring zwischen der Antriebswelle (8) und dem Statorrohr (3) strömen kann, wobei Mittel zum Liefern von Gas und/oder partikelförmigem Material zu dem Hohlraum (16) im Inneren des Rotors (9) den Boden des Reaktors (20) bilden, wobei der Rotor (9) im Inneren des Reaktors (20) von dem Boden des Reaktors (20) derart beabstandet ist, dass die Flüssigkeit während der Benutzung und während der Drehung des Rotors (9) durch den zweiten Kreisring, den Hohlraum (16) und die Löcher (18) zirkulieren kann, um das eingeführte Gas und/oder partikelförmige Material mit der Flüssigkeit durch die Löcher (18) mittels Zentrifugalkraft fein zu dispergieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (8) mittels einer Gewindeverbindung, Keil- oder Bolzenverbindung direkt mit dem Rotor (9) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jegliches überschüssige Gas durch den Kreisring zwischen der Welle (8) und dem Statorrohr (3) zurückgeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorrohr (3) vertikal und horizontal von einem Bund (5) geführt wird, der aus einem isolierenden Material gefertigt ist, wobei der Bund auf einem Stahlflansch (6) angeordnet ist, der mit dem Boden der Reaktorummantelung verschraubt ist, die eine Vorspannung auf einer Dichtung (4) erzeugt, die zwischen dem Statorrohr (3) und dem geformten Baustein (2) im Boden des Reaktors angeordnet ist.