DE60308173T2

DE60308173T2 - Vorrichtung zur durchlaufbehandlung von flüssigmetall mittels gas und filtration

Info

Publication number: DE60308173T2
Application number: DE60308173T
Authority: DE
Inventors: Jacques Charpentier; Jean-Marie Chateau
Original assignee: Novelis Inc Canada
Current assignee: Novelis Inc Canada
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: EP1504130A1; EP1504130B1; PL372598A1; RU2004136293A; BR0310028A; PL198450B1; ATE338832T1; US7648674B2; FR2839518A1; RU2301274C2; PT1504130E; DE60308173D1; AU2003255561A1; WO2003095686A1; FR2839518B1; US20050236746A1; ES2271627T3

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Metallstroms, insbesondere aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung.
Stand der Technik
Es ist bekannt, einen Strom oder eine Charge flüssigen Metalls vor dem Gießen in die Form eines metallurgischen Produkts, wie etwa ein Formstück, ein Knüppel oder eine Tafel, zu behandeln. Die Behandlung des flüssigen Metalls zielt im Allgemeinen darauf hab, dieses von darin gelösten Gasen (insbesondere Wasserstoff), gelösten Verunreinigungen (insbesondere alkalische Metalle) und festen und flüssigen Einschlüssen, die die Qualität der Gusserzeugnisse beeinträchtigen könnten, zu befreien. Diese Behandlung umfasst typischerweise eine Behandlung durch Einblasen eines Gases in das flüssige Metall, wobei dieser Behandlungsschritt in einer ersten Pfanne erfolgt. Das Behandlungsgas kann reaktionslos und im flüssigen Metall unlöslich (wie etwa Argon) oder reaktiv (wie etwa Chlor) oder eine Mischung beider Typen sein. Das reaktionslose und unlösliche Gas absorbiert das gelöste Gas durch Verdünnung und trägt es mit sich fort. Das reaktive Gas reagiert mit bestimmten gelösten Verunreinigungen und erzeugt so flüssige oder feste Einschlüsse, die wie die im flüssigen Metall bereits vorhandenen durch einen Filtervorgang in einer zweiten, mit einem Filter versehenen Pfanne, wie etwa einer Tiefbettfilterpfanne, im Englischen mit "deep bed filter" bezeichnet, beseitigt werden können.
Die bekannten Systeme zur Behandlung von flüssigen Metallen weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Insbesondere bestehen die bekannten Systeme aus großen Anlagen, deren Instandhaltung im Allgemeinen kompliziert ist. Solche Systeme stellen eine hohe Anfangsinvestition dar und erzeugen hohe Betriebskosten.
Im amerikanischen Patent US 5 846 479 ist ein System zur direkten Behandlung, welches einen geschlossenen Behandlungsraum und eine Anzahl Düsen zum Einspritzen von Behandlungsgas, die entlang der Seitenwände des Raums in einer Reihe angeordnet sind, umfasst, beschrieben. Dieses System ermöglicht nicht die Beseitigung von festen Einschlüssen. In der FR-A-2 039 232 ist ein System zur direkten Behandlung von flüssigem Metall mit einem Filter in einer Auslassleitung außerhalb des Behandlungsraums beschrieben. In der EP-A-291 580 ist ein anderes System, welches mit Gasinjektionsmitteln und Filtermitteln versehen ist und in dem das Metall in senkrechter Richtung fließt, beschrieben.
Die Anmelderin hat eine kompakte Vorrichtung zur Behandlung von flüssigen Metallen erforscht, die eine industrielle und wirtschaftliche Lösung für die Nachteile der Vorrichtungen des Standes der Technik bietet.
Beschreibung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Metallstroms, umfassend eine Behandlungspfanne, welche feste Injektionsmittel im stromaufwärtigen Teil der Behandlungspfanne und mindestens ein Filtermittel in ihrem stromabwärtigen Teil aufweist.
Die Anmelderin hatte die Idee, die Mittel zum Injizieren der Behandlungsgase und die Filtermittel im Inneren eines kompakten Behandlungsraums zusammenzufassen. Durch diese Zusammenfassung können die Komplexität des Systems zur Behandlung von flüssigen Metallen deutlich reduziert und die Instandhaltung erleichtert werden. Die Anmelderin hatte darüber hinaus die Idee, dass die Zusammenfassung dieser Behandlungsmittel in einem selben Raum aufgrund der Tatsache, dass einerseits durch die Vermischung des flüssigen Metalls durch das Injizieren von Gas in dieses die Ansammlung von Feststoffen in der Nähe des Filtermittels (und insbesondere an der Oberfläche der Filterplatten(n) bei Einsatz dieser Filtermittel) verhindert wird und andererseits das Filtermittel die Bildung von Rückflussströmen des flüssigen Metalls in das Innere des Raums begünstigt, wodurch die Verweilzeit und die Effizienz der Behandlung erhöht werden kann, zu einer Verbesserung der Behandlung führen könnte.
Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus die Verwendung der genannten Vorrichtung für die Behandlung eines flüssigen Metallstroms. Das genannte flüssige Metall wird typischerweise aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung ausgewählt.
Die Erfindung kann mithilfe der 1 bis 8, in denen sie schematisch dargestellt ist und die vorteilhafte Ausführungsformen illustrieren, sowie mithilfe der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung besser verstanden werden.
1 illustriert, im Längsschnitt und in Seitenansicht, eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorrichtung nur eine Filterplatte aufweist.
2 illustriert, im Längsschnitt und in Seitenansicht, eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorrichtung ein Hindernis und zwei Filterplatten aufweist.
3 illustriert, im Längsschnitt und in Seitenansicht, eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorrichtung nur eine Filterplatte aufweist.
4 illustriert, im Längsschnitt und in Seitenansicht, eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorrichtung nur eine Filterplatte aufweist.
5 illustriert, in Draufsicht, eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Mittel in einer Reihe angeordnet sind.
6 illustriert, im Querschnitt, eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Einspritzmittel im unteren Bereich des Behandlungsraums angeordnet sind.
7 illustriert, in Draufsicht, eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Injektionsmittel in einer Reihe und abwechselnd an beiden Seiten des Behandlungsraums angeordnet sind.
In 8 sind Parameter für die Auslegung der Vorrichtung der Erfindung dargestellt. He und Hs entsprechen jeweils den Normalhöhen des flüssigen Metalls in der Beschickungsrinne (15) und der Ableitungsrinne (16). Ne und Ns entsprechen jeweils der Höhe des Bodens (37, 38) der Beschickungsrinne (15) und der Ableitungsrinne (16) im Verhältnis zum Boden (28) des Behandlungsraums (20). H entspricht der durchschnittlichen Normalhöhe des flüssigen Metalls im Behandlungsraum (20). Ho entspricht der durchschnittlichen Innenhöhe des Behandlungsraums (20).
Gemäß den Figuren umfasst die Vorrichtung (1) zur Behandlung eines flüssigen Metallstroms eine Behandlungspfanne (2), die einen Behandlungsraum (20), Mittel zum Einlassen (7, 9) und Ablassen (8, 10) des flüssigen Metalls, Mittel zum Anschluss (11, 12, 13, 14) an mindestens eine Rinne zum Beschicken (15) mit flüssigem Metall und an mindestens eine Rinne zum Ableiten (16) des flüssigen Metalls und Mittel zum Injizieren (22, 22a, 22b) eines Behandlungsgases in das flüssige Metall, die an mindestens einer Seitenwand (32, 33) der Pfanne (2) angeordnet sind, aufweist, wobei die genannten Mittel zum Einlassen und Ablassen des flüssigen Metalls jeweils mindestens eine Öffnung (9, 10) aufweisen, die derart positioniert ist, dass sie sich während der Behandlung vollständig unter dem Pegel (26) des flüssigen Metalls befindet, um das Eindringen von Umgebungsluft in den Raum bei der Behandlung zu verhindern, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Behandlungsraum (20) einen stromaufwärtigen Teil (23) und einen stromabwärtigen Teil (24) aufweist, dass die genannten Injektionsmittel (22, 22a, 22b) sich in dem genannten stromaufwärtigen Teil (23) befinden und dass der genannte Raum (20) ferner mindestens ein erstes Filtermittel (40), welches sich in dem genannten stromabseitigen Teil (24) befindet, aufweist.
Die Hauptlängsachse (6) der Vorrichtung gemäß der Erfindung verläuft während der Behandlung weitestgehend horizontal. Der durchschnittliche Strom des flüssigen Metalls in der Vorrichtung der Erfindung während der Behandlung ist ebenfalls in wesentlichem Maße horizontal. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann somit in ein Abflusssystem des flüssigen Metalls von einer Ofenpfanne zur Gießvorrichtung mithilfe von offenen Rinnen eingesetzt werden. Durch das Nichtvorhandensein deutlicher Pegelunterschiede am Einlass und Auslass der Vorrichtung können das Abflusssystem des flüssigen Metalls vereinfacht und die Gefahr eines Überlaufens des flüssigen Metalls vermieden werden.
Die theoretische freie Oberfläche des flüssigen Metalls während der Behandlung ist durch eine schraffierte Linie 26 dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass die freie Oberfläche des flüssigen Metalls im Inneren des Behandlungsraums im Allgemeinen nicht eben ist, da die Glasbläschen während der Behandlung eine Verformung dieser Oberfläche verursachen. Der Pegel (26) des flüssigen Metalls ist als durchschnittliche Höhe der freien Oberfläche des flüssigen Metalls, die ohne das Injizieren des Behandlungsgases beobachtet würde, definiert. Der Pegel (26) des flüssigen Metalls ist im Behandlungsraum typischerweise weitestgehend konstant. Mit anderen Worten: Der Pegel (26') des flüssigen Metalls im stromaufwärtigen Teil (23) des genannten Raums ist vorzugsweise typischerweise weitestgehend gleich dem Pegel (26'') des flüssigen Metalls im stromabwärtigen Teil (24) des genannten Raums.
Die genannten Mittel zum Einlassen (7, 9) und Ablassen (8, 10) des flüssigen Metalls sind derart angeordnet, dass während der Behandlung der Pegel (26e) des flüssigen Metalls am Einlass der Vorrichtung weitestgehend gleich dem Pegel (26s) des flüssigen Metalls am Auslass der Vorrichtung ist. Der Ausdruck „weitestgehend gleicher Pegel" bedeutet, dass der Pegelunterschied weniger als ca. 1 cm beträgt.
Die Höhen Ne und Ns der Böden (37, 38) der Beschickungsrinne (15) und der Ableitungsrinne (16) der Vorrichtung der Erfindung befinden sich typischerweise weitestgehend in gleicher Höhe. Die Höhen Ne und Ns liegen typischerweise zwischen 20 und 50% der durchschnittlichen Höhe H des flüssigen Metalls, das sich während der Behandlung im Behandlungsraum befindet.
Die Öffnungen (9, 10) befinden sich vorzugsweise in der Nähe des Bodens (28) des genannten Raums, um eine effizientere Behandlung des flüssigen Metalls zu begünstigen und die Entleerung des Behandlungsraums zu vereinfachen. Genauer ausgedrückt, befindet sich der untere Teil der Einlassöffnung (9) oder der Auslassöffnung (10) vorzugsweise in einem Abstand von weniger als ca. 10 cm, und vorzugsweise sogar von weniger als ca. 5 cm, vom Boden (28) des stromaufwärtigen Teils (23) des Behandlungsraums (20).
In einer bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung entsprechen die Öffnungen (9, 10) typischerweise einem Ende von Durchführungen oder Leitungen (7, 8), welche in die gegenüberliegenden Endwände (29, 30) der Pfanne (2) eingelassen sind. Diese Öffnungen können eventuell durch komplexere Einrichtungen, die zum Beispiel ein Hindernis enthalten, gebildet werden.
Die Pfanne (2) weist typischerweise einen Metallkasten (3) und eine Innenverkleidung (4) aus hitzebeständigem Material auf. Die Verkleidung (4) kann vorgeformt sein.
Um eine bequeme Ableitung des zurückbleibenden Metalls zwischen den Behandlungsgängen zu ermöglichen, weist die Pfanne vorteilhafterweise mindestens eine Dränleitung (21) auf, die sich vorzugsweise in der Nähe des Bodens (28) der Pfanne (2) befindet. Die Dränleitung kann stromauf oder stromab von der (oder den) Filterplatte(n) (40, 41) vorgesehen sein. Es kann von Vorteil sein, eine Dränleitung im stromaufwärtigen Teil (23) des Behandlungsraums und eine Dränleitung im stromabwärtigen Teil (24) des Behandlungsraums vorzusehen, um eine komplette Entleerung der Pfanne nach dem Behandlungsgang sicherzustellen.
Der Boden (28) kann eventuell im Verhältnis zur Hauptachse (6) der Vorrichtung geneigt sein.
Die Pfanne (2) ist typischerweise in ihrem oberen Bereich mithilfe eines abnehmbaren Deckels (5) verschlossen. Der Deckel weist typischerweise eine Metallhülle (34) und eine hitzebeständige Verkleidung (35) auf. Der Deckel ist vorteilhafterweise mit einem Greifmittel (27) versehen, um ihn, im Allgemeinen mithilfe mechanischer Mittel, bequem anbringen und entfernen zu können. Die Vorrichtung (1) enthält vorteilhafterweise Dichtungsmittel, wie etwa eine Dichtung (36) zwischen dem Deckel (5) und dem Kasten (3), um einen Gasaustausch zwischen den Bereichen innerhalb und außerhalb des genannten Raums (20) zu verhindern.
Die Behandlungspfanne (2) und/oder der Deckel (5) können mit einem Mittel zum Auslassen (19) des Behandlungsgases, wie etwa einem Rohr aus hitzebeständigem Material, versehen sein.
Im Betrieb wird das „rohe" flüssige Metall (17) in den Behandlungsraum (20) über die Einlassöffnung (9) eingeleitet, wohingegen das „behandelte" Metall (18) den genannten Raum über die Ablassöffnung (10) verlässt. In den Figuren wird das rohe Metall am linken Ende (E) der Vorrichtung zugeführt und das behandelte Metall verlässt die Vorrichtung am rechten Ende (S).
Wie in den 1 bis 8 dargestellt, befinden sich die Öffnungen zum Einlassen (9) und Ablassen (10) des flüssigen Metalls an zwei gegenüberliegenden Seiten (29, 30) der Vorrichtung. Diese Ausbildung entspricht einer geradlinigen Anordnung. Nach der Erfindung ist es ebenfalls möglich, den Einlass und/oder den Auslass an anderen Seiten der Vorrichtung anzuordnen, sodass sie zum Beispiel senkrecht oder parallel zueinander liegen können.
Die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) befinden sich vorzugsweise an mindestens einer Seitenwand (32, 33) der Pfanne (2). Mit anderen Worten, die Einspritzmittel sind vorteilhafterweise an mindestens einer der Seitenwände des Behandlungsraums (20) der Pfanne (2), und genauer an mindestens einer der Seitenwände (32, 33) des genannten Raums, platziert, wobei diese Wände in wesentlichem Maße senkrecht zum flüssigen Metallstrom liegen. Diese Auswahl ermöglicht es, mehrere Einspritzmittel entlang des Metallstroms anzuordnen und so eine höhere Behandlungseffizienz sicherzustellen. Die Einspritzmittel (22, 22a, 22b) sind typischerweise an den beiden Seitenwänden (32, 33) des Behandlungsraums (20) platziert.
Die Injektionszmittel (22, 22a, 22b) sind typischerweise in einer Reihe angeordnet und befinden sich vorzugsweise in der Nähe des Bodens (28) des Behandlungsraums (20), um ein Gaseinblasen in den größten Teil des Volumens des flüssigen Metalls im stromaufwärtigen Teil (23) des genannten Raums zu ermöglichen. Die Höhe der Injektionsmittel im Verhältnis zum Boden des Behandlungsraums liegt typischerweise zwischen 2 und 6 cm. 6, die dem Schnitt A-A' der 5 entspricht, illustriert diese bevorzugte Ausführungsweise der Erfindung.
Gemäß der Erfindung ist es vorzuziehen, Injektionszmittel (22, 22a, 22b) nur im stromaufwärtigen Teil (23) des Behandlungsraums (20) vorzusehen. Es ist besonders vorteilhaft, die Injektionszmittel (22, 22a, 22b) in dem aus der Einlassöffnung (9) austretenden Metallstrom vorzusehen, sodass das Volumen des tatsächlich behandelten flüssigen Metalls erhöht wird.
Die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) sind typischerweise Düsen, die fest oder verstellbar sein können.
Es ist von Vorteil, die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) abwechselnd an beiden Seitenwänden (32, 33) des Behandlungsraums (20), das heißt beidseitig des Behandlungsraums, zu platzieren. Die genannten Mittel liegen sich in diesem Fall nicht gegenüber, wodurch ermöglicht wird, dass die Gasstrahlen nicht direkt aufeinander treffen. In dieser Variante, von der eine Ausführungsform schematisch in 7 dargestellt ist, sind die Injektionszmittel (22a), die an einer Seite des genannten Raums (20) platziert sind, gegenüber den Injektionsmitteln (22b), die an der anderen Seite des genannten Raums (20) platziert sind, längs (das heißt in der Längsrichtung der Vorrichtung) versetzt angeordnet. Durch diese Anordnung kann die Effizienz der Behandlung erhöht werden. In dieser Ausbildung sind die Injektionsmittel typischerweise an jeder Seite des Behandlungsraums in einer Reihe angeordnet.
Die Anzahl der Injektionsmittel liegt typischerweise zwischen 3 und 10 auf jeder Seite des genannten Raums. Sie sind typischerweise in einem Abstand von 10 bis 20 cm zueinander angeordnet.
Die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) sind vorteilhafterweise so ausgebildet, dass sie keine Vorsprünge im Inneren des Behandlungsraums bilden, sodass dessen bequeme Instandhaltung ermöglicht wird. Wenn die Injektionszmittel (22, 22a, 22b) Düsen oder ähnliche Systeme sind, können sie zurückgesetzt in der Wand des genannten Raums angeordnet werden. Das Ende der Düsen ist vorzugsweise aus hitzebeständigem Material, wie etwa Sialon (Aluminium- oder Siliziumoxinitrid).
Die Injektionszmittel (22, 22a, 22b) sind normalerweise während der Behandlung fest, sodass sie keine Verschiebungs- oder Drehbewegungen vollziehen. Ihre Ausrichtung kann jedoch verändert werden, um eine feinere Einstellung der Effizienz der Gaseinblasung in das flüssige Metall zu ermöglichen.
Die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) können eventuell das Einblasen des Behandlungsgases mit einer besonderen Ausrichtung im Verhältnis zum Boden (28) des genannten Raums ermöglichen. Das Behandlungsgas wird typischerweise in einem Winkel β zwischen 0° und 25° im Verhältnis zum Boden (28) eingeblasen.
Um eine kompakte und effiziente Behandlungsvorrichtung zu erhalten, sind die Injektionsmittel vorzugsweise so ausgebildet, dass der Gesamtdurchsatz des Behandlungsgases in den Injektionsmitteln über ca. 5 Nm³/h (typischerweise zwischen 8 und 10 m³/h) liegt. Dieses Ergebnis kann mithilfe einer Mehrzahl von Behandlungsmitteln, die sich vorzugsweise in der Nähe des Bodens des genannten Raums (typischerweise in einem Abstand zwischen 2 und 6 cm vom Boden) befinden, erzielt werden.
Das (oder jedes) Filtermittel (40, 41) ist im stromabwärtigen Teil und im Inneren des Behandlungsraums (20) platziert. Es dient dazu, das Übergehen der Einschlüsse in den die Vorrichtung verlassenden flüssigen Metallstrom (18) zu verhindern. Jedes Filtermittel (40, 41) ist vorzugsweise eine Filterplatte, um ein bequemes Auswechseln derselben zu ermöglichen. Die Platte umfasst typischerweise einen starren Keramikschaum, wie etwa einen CFF („ceramic foam filter"), und besteht typischerweise aus Aluminiumoxid. Die Porosität der Platte liegt vorzugsweise über 10 ppi („pores per inch") (entspricht 4 Poren pro cm), und typischerweise zwischen 30 und 40 ppi (entspricht 12 bis 16 Poren pro cm), um einen bequemen Beginn der Filterung zu ermöglichen. Die Dicke jeder Platte liegt typischerweise zwischen 2 und 5 cm und ihre Länge typischerweise zwischen 30 und 50 cm.
In der in 1 dargestellten Ausführungsweise der Erfindung umfasst die Vorrichtung nur eine Filterplatte (40), deren Breite W typischerweise mindestens gleich der Breite Wo des genannten Raums ist und deren Länge L typischerweise mindestens gleich der Höhe H des flüssigen Metalls im genannten Raum ist. Um ein Überlaufen des ungefilterten flüssigen Metalls über die Filterplatte (40) einzuschränken, ist die Länge L dieser vorteilhafterweise so, dass sie sich fast bis zum Deckel erstreckt (und ist somit ungefähr gleich der Höhe Ho des Innenhohlraums des Raums (20)). Die Filterplatten können durch in die Wand des Behandlungsraums eingelassene Nuten in ihrer Position gehalten werden.
In der in 2 dargestellten Ausführungsweise der Erfindung enthält die Vorrichtung mindestens eine stromab der ersten Platte (40) angeordnete zweite Filterplatte (41) (das heißt, dass die Platten (40, 41) somit in einer Reihe angeordnet sind). Diese Platten liegen typischerweise weitestgehend parallel zueinander. Diese Variante der Erfindung kann den Austausch einer Platte ohne Unterbrechung der Behandlung ermöglichen.
In der in 3 dargestellten Ausführungsweise der Erfindung ist die Filterplatte (40) so angeordnet, dass sie sich während der Behandlung vollständig im flüssigen Metall befindet, wodurch die gesamte Oberfläche der Platte für die Filtrierung genutzt werden kann.
Jede Filterplatte (40) kann um einen Winkel α im Verhältnis zur Senkrechten (das heißt im Verhältnis zu einer zur Hauptachse (6) der Vorrichtung des Raums senkrecht verlaufenden Linie) geneigt sein, um die Filterfläche und die Metalldurchflussmenge zu erhöhen. Der Winkel α liegt typischerweise zwischen 20° und 90°. Wie in 4 dargestellt, kann die Platte eventuell in der Horizontalen angeordnet sein (der Winkel α beträgt in diesem Fall 90°).
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann darüber hinaus ein Hindernis (42) zwischen dem stromaufwärtigen Teil (23) des genannten Raums (20) und dem ersten Filtermittel (40), wie in 1 dargestellt, enthalten, um Wirbelströmungen in der Nähe der Oberfläche des genannten ersten Filtermittels (40) einzuschränken.
Bei diesen verschiedenen Varianten sind die Filtermittel leicht austauschbar.
Die Trennlinie (25) zwischen dem stromaufwärtigen Bereich der Behandlung des flüssigen Metalls durch Gaseinblasen (23) und dem stromabwärtigen Bereich der Behandlung des flüssigen Metalls durch Filtrierung (24) ist eine ungefähre Größe. Es versteht sich von selbst, dass die Behandlung durch Gaseinsblasen sich leicht auf den Bereich jenseits dieser Linie erstrecken kann. Die Länge Lg des stromaufwärtigen Teils (23) des Behandlungsraums (20) entspricht typischerweise 30% bis 90% und vorzugsweise 50 bis 80% der Innenlänge Lo des genannten Raums. Die Länge Lf des stromabwärtigen Teils (24) des Behandlungsraums (20) entspricht somit typischerweise 20 bis 50% der Länge Lo des genannten Raums.
Verglichen mit den Anlagen, die am Auslass des Entgasungsbehälters eine Filterpfanne aufweisen, besitzt die Erfindung den Vorteil, dass die Länge der Rinnen reduziert und die Exposition des Metalls gegenüber der Umgebungsluft, die insbesondere zu einer erneuten Aufnahme von Wasserstoff führen kann, verringert wird. Ferner erfolgt das Vorwärmen der Behandlungsvorrichtung in nur einem Arbeitsgang, das heißt, es ist nicht mehr erforderlich, eine Pfanne zur Gasbehandlung und eine Filterpfanne separat vorzuwärmen, was Kosteneinsparungen ermöglicht (insbesondere kann für diesen Arbeitsgang ein einziger Brenner eingesetzt werden). Die Betriebskosten können ebenfalls durch die Tatsache, dass das Austauschen der Verkleidungen nur noch an einer Behandlungsvorrichtung erfolgen muss, reduziert werden.
Die Vorrichtung der Erfindung kann während der Behandlung, ohne sie zu unterbrechen, geöffnet werden, um an der Oberfläche des flüssigen Metalls angesammelte Schlacke zu entfernen und/oder eine Filterplatte auszutauschen.
Gemäß den Figuren besitzt die Vorrichtung der Erfindung folgende typische Abmessungen:

– Höhe Ho des Behandlungsraums zwischen 0,3 und 0,6 m;
– Länge Lo des genannten Raums in seinem oberen Bereich zwischen 0,8 und 1,0 m (die Länge Lo' im unteren Bereich des genannten Raums ist typischerweise um 10 bis 20 cm kürzer);
– Breite Wo des genannten Raums im oberen Bereich zwischen 0,2 und 0,4 m (die Breite Wo' im unteren Bereich des genannten Raums ist typischerweise um 10 bis 20 cm schmaler);
– durchschnittliche Höhe H des flüssigen Metalls im Inneren des genannten Raums zwischen 0,2 und 0,5 m;
– Höhe Ns des Bodens (37) der Beschickungsrinne und Höhe Ne des Bodens (38) der Ableitungsrinne im Verhältnis zum Boden (28) des Behandlungsraums zwischen 10 und 30 cm;
– Breite We der Einlassrinne und Breite Ws der Ablassrinne zwischen 0,2 und 0,4 m.

Das Innenvolumen des Behandlungsraums Vo kann verglichen mit bekannten Entgasungsvorrichtungen, die eine Pfanne enthalten, sehr gering sein (das Volumen Vo der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt typischerweise zwischen 0,1 m³ und 0,2 m³, wohingegen die bekannten Vorrichtungen ein Innenvolumen, das typischerweise zwischen 0,5 m³ und 1 m³ liegt, besitzen). Die Anmelderin ist der Auffassung, dass die Vorrichtung der Erfindung dank der Verwendung von Injektionsmitteln mit hohem Durchsatz und mindestens einer Filterplatte in demselben Raum die Behandlung eines so geringen Volumens V flüssigen Metalls wie 0,1 m³ bis 0,2 m³ mit einem Durchsatz von mindestens 30 Tonnen/Stunde mit einem höheren Wirkungsgrad (typischerweise über 40%) ermöglicht.
Durch die Kompaktheit des Behandlungsraums (20) und den großen Durchsatz der Vorrichtung der Erfindung kann das Abkühlen des flüssigen Metalls während der Behandlung vermieden werden.

1: Behandlungsvorrichtung
2: Behandlungspfanne
3: Kasten
4: feuerfeste Verkleidung des Kastens
5: Deckel
6: Hauptachse der Vorrichtung
7: Mittel zum Einlassen des flüssigen Metalls
8: Mittel zum Ablassen des flüssigen Metalls
9: Einlassöffnung
10: Ablassöffnung
11, 13: Mittel zum Anschließen an eine Beschickungsrinne
12, 14: Mittel zum Anschließen an eine Ableitungsrinne
15: Beschickungsrinne
16: Ableitungsrinne
17: rohes flüssiges Metall
18: behandeltes flüssiges Metall
19: Mittel zum Ablassen des Behandlungsgases
20: Behandlungsraum
21: Dränleitung
22, 22a, 22b: Injektionszmittel
23: Stromaufwärtiger Teil des Behandlungsraums
24: Stromabwärtiger Teil des Behandlungsraums
25: Annähernde Trennlinie zwischen dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Teil
26: Theoretische freie Oberfläche des flüssigen Metalls
26': Pegel des flüssigen Metalls im stromaufwärtigen Teil des Behandlungsraums
26'': Pegel des flüssigen Metalls im stromabwärtigen Teil des Behandlungsraums
26e: Pegel des flüssigen Metalls am Einlass der Vorrichtung
26s: Pegel des flüssigen Metalls am Auslass der Vorrichtung
27: Greifmittel des Deckels
28: Boden des Behandlungsraums
29, 30: Endwände der Behandlungspfanne
31: Wand des Bodens der Behandlungspfanne
32, 33: Seitenwände der Behandlungspfanne
34: Metallhülle des Deckels
35: feuerfeste Verkleidung des Deckels
36: Dichtung zwischen dem Deckel und dem Kasten
37: Boden der Beschickungsrinne
38: Boden der Ableitungsrinne
39: Volumen der Gasbehandlung
40: Erstes Filtermittel
41: Zweites Filtermittel
42: Hindernis
43: Trägermittel

Claims

Vorrichtung zur Behandlung (1) eines flüssigen Metallstroms, bestehend aus einer Behandlungspfanne (2), die einen Behandlungsraum (20), Mittel zum Einlassen (7, 9) und Ablassen (8, 10) des flüssigen Metalls, Mittel zum Anschluss (11, 12, 13, 14) an mindestens eine Rinne zum Beschicken (15) mit flüssigem Metall und an mindestens eine Rinne zum Ableiten (16) des flüssigen Metalls und Mittel zum Injizieren (22, 22a, 22b) eines Behandlungsgases in das flüssige Metall, die an mindestens einer Seitenwand (32, 33) der Pfanne (2) angeordnet sind, aufweist, wobei die genannten Mittel zum Einlassen und Ablassen des flüssigen Metalls jeweils mindestens eine Öffnung (9, 10) aufweisen, die derart positioniert ist, dass sie sich während der Behandlung vollständig unter dem Pegel (26) des flüssigen Metalls befindet, um das Eindringen von Umgebungsluft in den genannten Raum bei der Behandlung zu verhindern, und dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Behandlungsraum (20) einen stromaufwärtigen Teil (23) und einen stromabwärtigen Teil (24) aufweist, dass die genannten Injektionsmittel (22, 22a, 22b) sich in dem genannten stromaufwärtigen Teil (23) befinden, dass der genannte Raum (20) ferner mindestens ein erstes Filtermittel (40), welches sich in dem genannten stromabwärtigen Teil (24) befindet, aufweist und dass die genannten Öffnungen (9, 10) sich in der Nähe des Bodens (28) des genannten Raums befinden.
Behandlungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen zum Einlassen (9) und Ablassen (10) des flüssigen Metalls sich in den gegenüberliegenden Endwänden (29, 30) der Pfanne (2) befinden.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) sich in der Nähe des Bodens (28) des Behandlungsraums (20) befinden.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) in einer Reihe angeordnet sind.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) an den beiden Seitenwänden (32, 33) des Behandlungsraums (20) positioniert sind.
Behandlungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) wechselseitig an den beiden Seitenwänden (32, 33) des Behandlungsraums (20) angeordnet sind.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) Düsen sind.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmittel (22, 22a, 22b) schwenkbar sind.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermittel (40) eine Platte ist.
Behandlungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte einen starren Keramikschaum aufweist.
Behandlungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des starren Keramikschaums größer als 4 Poren pro cm ist.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine zweite Filterplatte (41) aufweist, die hinter der ersten Platte (40) angeordnet ist.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Platte einen Winkel α zu einer senkrecht zur Hauptachse (6) des genannten Raumes verlaufenden Linie bildet und dass dieser Winkel zwischen 20° und 90° liegt.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Hindernis (42) zwischen dem stromaufwärtigen Teil (23) des genannten Raumes (20) und dem ersten Filtermittel (40) aufweist, sodass die Wirbelströmungen in der Nähe der Oberfläche dieses Filtermittels begrenzt werden.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge Lg des stromaufwärtigen Teils (23) des Behandlungsraums (20) 30 bis 90% der Innenlänge Lo des genannten Raumes entspricht.
Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge Lg des stromaufwärtigen Teils (23) des Behandlungsraums (20) 50 bis 80% der Innenlänge Lo des genannten Raumes entspricht.
Verwendung der Behandlungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 für die Behandlung eines flüssigen Metallstroms.
Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Metall aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung ausgewählt wird.