DE68917539T2

DE68917539T2 - Vorrichtung zum Vermischen eines geschmolzenen Metalls.

Info

Publication number: DE68917539T2
Application number: DE68917539T
Authority: DE
Inventors: Marc Auger; Bruno Gariepy; Andre Gendron; Marc-Andre Thibault
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1989-05-17
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: JPH0711396B2; EP0348037B1; MY104018A; NO174579B; NO892004L; EP0348037A1; NZ229190A; US5020778A; ZA893701B; NO892004D0; KR950003161B1; NO174579C; DE68917539D1; CA1330486C; AU624818B2; JPH0250082A; BR8902347A; CN1039106A; ES2060766T3; KR890017370A

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zum Umwälzen geschmolzenen Metalls, z. B. Aluminium, in einem Schmelzofen, in dem das Metall geschmolzen oder legiert wird.

Übersicht über den Stand der Technik

Das Verlangen nach schnellem und wirksamem Umwälzen der Bestandteile eines Metall-Schmelzbades ist so stark, daß beträchtliche Anstrengungen unternommen worden sind, um neue Verfahren und Vorrichtungen für diesen Zweck zu finden. Durch diese wird das Erstschmelzen von Metall, das Schmelzen von festem Metall durch Zufügen zu einer bestehenden Schmelze, das Zufügen von Additiven, z. B. anderer Metalle zum Legieren oder zur Kornverfeinerung, gefördert, oder das Halten des Metallbades auf einer gleichförmigen Temperatur und das Legieren mit verbesserter Temperatursteuerung unterstützt. Die Praxis hat auch gezeigt, daß sich dadurch beträchtliche Energieeinsparungen, die zum Schmelzen des Metalls und zum Halten im geschmolzenen Zustand benötigt werden, ergeben.
Das wirksame Umwälzen gewann auch mit der Entwicklung von verschiedenen Legierungen, insbesondere von Aluminiumlegierungen, welche umgewälzt werden mußten, um die Mischung der Legierung und die Temperatur vor dem Gießen zu homogenisieren, immer mehr an Bedeutung. Ein System, das weithin in Aluminiumschmelzöfen angewendet wird, beinhaltet die Verwendung eines Werkzeuges, das am Ende eines Auslegers befestigt ist, der seinerseits an einem Hubstapler befestigt ist; das Umwälzen wird durch Zurück- und Vorwärtsbewegen des Werkzeuges in der Schmelze erreicht. Dieses System hat den Nachteil, daß sich mechanische Stöße auf die Schamotte-Auskleidung ergeben und, was noch wesentlicher ist, daß die Metalloberfläche zu vermehrter Schlackebildung angeregt wird; hinzu kommt, daß bei der Durchführung dieses Arbeitsganges die Schmelzofentüren offen sein müssen, um das Umwälzwerkzeug einzuführen, was zusätzliche thermische Verluste verursacht.
Ein anderes Verfahren besteht darin, Gas unter Druck durch eine oder mehrere Lanzen in das Bad einzuleiten, aber auch dies verursacht vermehrte Schlackebildung und die Zerstörung der Schamotte-Auskleidung. Bei den weiten und flachen Schmelzöfen, die für das Schmelzen von Aluminium typisch sind, ist dieses Verfahren weniger effektiv als das mechanische Umwälzen, was auf den begrenzten Aktionsradius der Lanzen zurückzuführen ist und die Verwendung mehrerer Lanzen oder ein Bewegen der Lanze bzw. der Lanzen rund um das Bad notwendig macht.
Es wurden auch verschiedene elektrische Systeme entwickelt, nämlich elektromagnetische Umwälzwerkzeuge und mechanische oder elektromagnetische Tauchpumpen. Ein elektromagnetisches Umwälzwerkzeug enthält eine große Induktionsspule, welche unterhalb des Schmelzofens angeordnet ist und eine elektromagnetische Umwälzenergie im Metall selbst erzeugt. Solche Umwälzwerkzeuge können in jedem Schmelzofentyp angewendet werden und abgesehen davon, daß sie effektiv sind, haben sie den Vorteil, daß kein Bauteil in direkten Kontakt mit dem Metall kommt. Sie sind jedoch relativ kostenaufwendig, so daß 1988 die Installation in einem 60-Tonnen-Schmelzofen auf zwischen 600.000 bis 850.000 US$ veranschlagt wurde. Tauchpumpen sind kompakte Einheiten, welche in das Metall durch einen Zugangsschacht eingetaucht werden, und sie sind deshalb hauptsächlich auf Schmelzöfen mit solch einem Zugangsschacht beschränkt. Wenngleich ihre Anschaffungskosten viel geringer sind, benötigen sie ständige Wartung unter den harten Einsatzbedingungen des Eintauchens in das Metall.
Andere mechanische Systeme, welche Gegenstand umfangreicher Weiterentwicklungen waren, werden allgemein als Düsenpumpe bezeichnet und umfassen ein rohrförmiges Behältnis, das mit dem Schmelzofen verbunden ist und in das ein Teil des geschmolzenen Metalles durch Vakuum gezogen wird und dann mittels Gasdruck und/oder Schwerkraft in das Bad zurückgetrieben wird. Durch geeignete Wahl der Parameter, z. B. des Düsendurchmessers und der Eintrittsgeschwindigkeit des Metalles, ziehen die stoßweisen Strahlen von bewegtem Metall ein Vielfaches ihres eigenen Volumens mit sich und können den gesamten Schmelzofen innerhalb von Minuten nach Beginn des Vorganges umwälzen.
Zum Beispiel wird in dem US-Patent Nr. 4,008,884 von Fitzpatrick u. a., angemeldet von Alcan Research and Development Limited, eine stoßweise arbeitende Düsenumwälzeinrichtung offenbart, die ein gußeisernes Rohr enthält, welches in einem Winkel von ungefähr 40º bis 50º zur Senkrechten durch eine Seitenwand des Schmelzofens nach unten ragt, wobei das Rohr in einer Düse nahe dem Schmelzofenboden endet und in horizontale Längsrichtung gegen die andere Seitenwand zielt. Eine luftbetriebene Strahlpumpe ist mit der Oberseite des Rohres verbunden und wird in regelmäßigen Intervallen angetrieben, um ein Vakuum zu erzeugen, das das geschmolzene Metall in das Rohr zieht, bis es sich oberhalb des Badspiegels befindet. Wenn der Flüssigkeitsspiegel eine obere Grenze erreicht, wird das Vakuum durch Druckluft ersetzt, um das Metall durch die Düse zurück in das Bad in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahles auszustoßen. Für einen Schmelzofen von etwa 40 bis 50 Tonnen schlägt Fitzpatrick u. a. die Verwendung eines Rohres mit einem inneren Querschnitt von ungefähr 738 cm² (45 Quadratzoll) und einer Länge von 3 m (9 Fuß) vor, so daß es in jedem Zyklus etwa 90 bis 115 kg (200 bis 250 pounds) Metall aufnimmt und ausstößt, wobei der Austritt des Metalls durch eine Düse von 3,8 cm Durchmesser (1,5 Zoll) bei einer Geschwindigkeit von etwa 32 km/h (20 mph) erfolgt. Der Saugabschnitt des Zyklus benötigt etwa 6 bis 7 Sekunden, während der Druckabschnitt nur etwa 0,5 bis 1 Sekunde dauert und Druckluft mit einem Druck im Bereich von 1,4 bis 2,8 kg/cm² (20 bis 60 p.s.i.) benötigt.
Ähnliche Arten von Vorrichtungen, die ein seitlich eintretendes, aufwärts gerichtetes Rohr verwenden, sind z. B. in den US-Patenten 3,599,831; 4,235,626; 4,236,917; 4,355,789; 4,463,935; in den Veröffentlichungen der britischen Patentanmeldungen 2,039,761A und 2,039,765A sowie den japanischen Patentanmeldungen 1983-136982 und 1984-70200 offenbart.
US-Patent 3,424,186 offenbart, was als Zirkulationsvorrichtung bezeichnet wird und eine hohle Kammer enthält, die in einem Seitenschacht eines Schmelzofens angeordnet ist und eine senkrechte Wand besitzt, die das Innere der Kammer in zwei Teile teilt. Eine Vakuumvorrichtung im oberen Bereich der Kammer zieht geschmolzenes Metall simultan aus dem Schmelzofen und dem Schacht durch entsprechende Öffnungen, bis das Metall über den oberen Rand der Wand fließt. Die Öffnung zum Schmelzofen ist viel größer als die zum Schacht, so daß es schneller hereinfließt, aber der Teil der Kammer auf der Seite der Wand, der vom Schacht aus versorgt wird, ist viel größer, so daß eine daraus resultierende Umlagerung von Metall von der zum Schmelzofen liegenden Seite der Wand zur Schachtseite stattfindet. Das Metall fließt aus dem Schacht durch die normale Verbindungsöffnung zurück in den Schmelzofen.
Ein weiterer Typ einer Umwälzvorrichtung ist, ebenfalls als Beispiel, in den US-Patenten 4,427,44 und 4,452,634 offenbart, und enthält ein vertikal oberhalb des Bades angeordnetes Rohr, das mit seinem unteren Ende in das Metall eintaucht; das Metall wird durch ein Vakuum in das Rohr gezogen und kann unter Wirkung der Schwerkraft zurückfließen.
Diese Vorrichtungen nach dem Stand der Technik mögen, was das Umwälzen betrifft, effizient sein, aber sie werfen bei ihrem Betrieb eine Anzahl von Problemen auf. Zum Beispiel sind die unteren Teile der verwendeten Rohre in direktem Kontakt mit dem geschmolzenen Metall und unterliegen demzufolge einer sehr schnellen Erosion. Der mittlere Teil befindet sich über dem geschmolzenen Metall, kann sich aber noch innerhalb des Schmelzofens befinden, wo er der hohen Temperatur der Brenner (z. B. 1000 bis 1100 ºC) ausgesetzt ist, was das Material (z. B. Gußeisen) wiederum beeinträchtigt und das System außer Betrieb setzt oder die Betriebskosten vergrößert. Außerdem ist es schwierig an einem Rohr mit relativ kleinem Durchmesser eine dicke Isolierschicht anzubringen und wenn das Rohr nicht mit inneren Heizvorrichtungen, die z. B. in die Wand eingebettet sind, wie in US-Patent 4,463,935 offenbart ist, ausgestattet sind, kommt es in hohem Maße zu Ablagerungen von erstarrtem Metall und Oxiden an der Innenseite der Wand in Form eines Schlackeringes oder -kragens. In extremen Fällen besteht die Möglichkeit, daß das Metall, das in das Rohr eintritt, erstarren kann oder zumindest sehr zähflüssig wird, wenn dessen Temperatur zu sehr in die Nähe des Schmelzpunktes abfällt. Selbst wenn Heizvorrichtungen eingesetzt werden, können diese durch die unvermeidliche Erosion der Rohrwandung und durch Eindringen von geschmolzenem Metall durch Risse in der Leitung schnell beschädigt werden, und es ist selbstverständlich viel schwieriger und teurer, diese zu ersetzen als ein einfaches Rohr.
Es hat sich auch gezeigt, daß es bei diesen Systemen extrem schwierig ist, die Maximal- und Minimalpegel des Metalles innerhalb der Rohre zu steuern. In der Praxis ist es unmöglich, die Bildung des Schlackeringes oder -kragens zu verhindern, insbesondere bei einigen Aluminiumlegierungen mit hohem Magnesiumanteil, die sehr rasch mit dem in der inneren Umwälzkammer enthaltenen Sauerstoff reagieren. Im US-Patent 4,463,935 wird vorgeschlagen, das Brenngas des Schmelzofens als Antriebsgas einzusetzen, um die Metalloxidation innerhalb des Rohres zu vermindern, weil solches Gas einen geringeren Sauerstoffgehalt hat; das Gas hat jedoch einen hohen Gehalt an H&sub2;O, der das geschmolzene Metall bei diesen Temperaturen ebenfalls schnell oxidiert.
Infolge des geringen Durchmessers der Rohre ist auch ein ganz kleiner Schlackering groß genug, um Kontakt und Kurzschluß zu den Elektroden zu erzeugen, die zur Regelung des oberen Pegels eingesetzt sind, und dies wird dann die Regelung außer Betrieb setzen. Durch die nicht funktionierende Regelung des oberen Pegels kann das Metall leicht den oberen Teil des Rohres ausfüllen und in den pneumatischen Elementen erstarren und das gesamte System in einer Weise außer Betrieb setzen, die schwer instandzusetzen ist.
Weiterhin muß, weil sich ein kleiner Ring sehr schnell absetzt, die Innenseite ständig gereinigt werden, was in einem Rohr mit kleinem Durchmesser schwierig ist und die Betriebskosten erhöht. Eine schlechte oder außer Betrieb befindliche Regelung des oberen Pegels kann auch zu einer schlechten Regelung des unteren Pegels führen, mit dem Ergebnis, daß etwas vom Antriebsgas durch die Öffnung zwischen dem Schmelzofen und dem Rohr in das geschmolzene Metall eindringt, wenn der Spiegel des Metalles unter diese abfällt. Dies wird bei Systemen, die zum Ausstoßen des Metalls ausschließlich die Schwerkraft verwenden, vermieden, aber dann gibt es Schwierigkeiten bei der Erzeugung eines Metallstrahles mit genügend hoher Geschwindigkeit, der zum Nachziehen zusätzlichen Metalles erwünscht ist und sichert, daß der umwälzende Strahl die gesamte Fläche des Bades erreicht. Diese Erscheinung bei der Gaseinleitung in das Metallbad ist als "blubbern" bekannt, und in extremen Fällen kann sie in jedem Zyklus auftreten; sie bringt die Metalloberfläche im Schmelzofen in Bewegung und führt zu erhöhter Schlacke- und Aluminiumoxidbildung, was zusätzliche Metallverluste bewirkt.
Die Metallstrahlvorrichtung nach Fitzpatrick u. a. ist in einer Wand angeordnet und gegen die gegenüberliegende Wand gerichtet. In anderen Systemen, wie z. B. jenen, die in den US-Patenten 4,235,626 und 4,236,917 offenbart sind, ist der eintretende Strahl gegen den Boden des Schmelzofens gerichtet, was die Effektivität des Umwälzens vermindert und auch die Erosion der feuerfesten Auskleidung erhöht.
Die meisten Systeme des Standes der Technik, auf die oben Bezug genommen wurde, setzen eine Blende zwischen dem Rohr und dem Inneren der Schmelzöfen ein, die etwa dieselben Abmessungen hat, wie der Innendurchmesser des Rohres, und die erreichbaren Ausgangsgeschwindigkeiten sind deshalb notwendigerweise viel geringer als die, die bei Verwendung einer Mündung mit kleinerem Durchmesser erreichbar sind, so daß die Menge des bewegten Metalles und die Umwälzintensität verringert wird. Um dies auszugleichen wird in dem im US-Patent 4,235,626 offenbarten System vorgeschlagen, das Rohr während des Betriebes zu bewegen, um eine größere Umwälzfläche zu erzeugen, aber das gestaltet den mechanischen Aufbau noch komplizierter und bringt Schwierigkeiten in der Wartung in der rauhen Umgebung eines Schmelzofens und bei der benötigten, relativ hohen Bewegungsgeschwindigkeit mit sich.
Aus dem vorangehenden Überblick wird ersichtlich, daß das Umwälzen ein vollständiges und schnelles Vermischen des Inhaltes des Schmelzbades ohne Störung der Oberfläche, ohne Öffnen der Ofentüren oder Schließen der Brenner und ohne die Notwendigkeit der Installation einer Startvorrichtung für den Umwälzprozeß enthalten sollte. Solch ein System würde die Schlackebildung minimieren, weil das Umwälzen unterhalb der Oberfläche stattfindet; die daraus folgende Ausschaltung von Temperaturstufungen im Bad würden zu besserer Temperaturregelung und verminderter Oxidation an der Oberfläche durch Verminderung der Oberflächentemperatur führen. Zusätzlich kommt es zu einer besseren Auflösung der Legierungselemente, zu einer vergrößerten Umschmelzmenge und zu einer Verminderung des Energieverbrauches infolge eines besseren Wärmedurchsatzes. All dies ist vorzugsweise in einer Vorrichtung vorzusehen, deren Bau- und Wartungskosten so niedrig wie irgend möglich sind.

Erläuterung der Erfindung

Es ist deshalb das allgemeine Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Umwälzvorrichtung für geschmolzenes Metall zu schaffen.
Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine befriedigende Wirtschaftlichkeit der Herstellungs- und Wartungskosten ermöglicht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie in Patentanspruch 1 dargelegt ist, wird eine Umwälzvorrichtung zum Umwälzen geschmolzenen Metalls in einer Schmelzofenkammer angegeben, die folgendes umfaßt:
Eine von der Schmelzofenkammer abgetrennte Speicherkammer;
ein Düsenteil, das das Innere des Schmelzofens und der Speicherkammer zur Durchleitung des geschmolzenen Metalls zwischen ihnen über eine Düse verbindet;
eine Einrichtung zur Erzeugung von Vakuum/Druck, die mit dem Inneren der Speicherkammer verbunden ist, zum wechselweisen und fortgesetzten Erzeugen eines Vakuums, zum Ziehen des geschmolzenen Metalls aus der Schmelzkammer in deren Inneres und eines positiven Druckes zum Hinausdrücken des geschmolzenen Metalles aus ihr in der Form einer Umwälzdüse;
wobei das geschmolzene Metall in das Innere der Speicherkammer gezogen wird, bis es darin einen oberen Pegel erreicht und danach aus dieser herausgedrückt wird, bis es einen unteren Pegel erreicht, und
in der das Verhältnis des horizontalen Querschnittes des Inneren der Speicherkammer zum vertikalen Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Pegel zwischen 1:1,0 und 1:2,0 liegt. Bevorzugte Ausführungen der in Anspruch 1 beanspruchten Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
In einer solchen Vorrichtung ist das Verhältnis der Querschnittsfläche der Düse zur horizontalen Querschnittsfläche des Inneren der Speicherkammer zwischen 1:50 und 1:250 und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1:60 und 1:150.
Das Verhältnis der horizontalen Querschnittsfläche des Inneren der Speicherkammer zum vertikalen Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Pegel kann etwa zwischen 1: 10 und 1: 20 liegen und nicht geringer sein als 25 cm²/cm (10 sq. ins. per in.).
Wahlweise oder zusätzlich kann die Speicherkammer ein abnehmbares Deckelteil umfassen, um Zugang zum Inneren der Kammer zu erlangen, wobei am Mittelteil eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Inneren der Speicherkammer und des darin befindlichen geschmolzenen Metalls angebracht ist.
Vorzugsweise ist das Innere der Speicherkammer im horizontalen Querschnitt im wesentlichen kreisförmig und das Düsenteil ist so angeordnet, daß das geschmolzene Metall durch dieses in das Innere der Speicherkammer im wesentlichen horizontal und tangential zum kreisförmigen horizontalen Querschnitt durchfließen kann.
Vorzugsweise trägt das abnehmbare Deckelteil auch einen Fühler zur Ermittlung des "Blubberns" des aus dem Inneren der Speicherkammer in das Innere des Schmelzofens gedrückten Gases.
Vorzugsweise werden die Zyklen, in denen das geschmolzene Metall in das Innere der Speicherkammer gezogen und aus dieser ausgestoßen wird, gemessen, und die Zeitdauer dieser Zyklen ist so abgestimmt, daß die Steuerung des oberen und unteren Pegels des geschmolzenen Metalls im Inneren der Speicherkammer aufrechterhalten wird.
Die Speicherkammer kann auf einer Wägeeinrichtung angeordnet sein, durch welche das Gewicht der Speicherkammer gemessen werden kann, um den Pegel des darin befindlichen geschmolzenen Metalls zu bestimmen und/oder durch welche das "Blubbern" des aus dem Inneren der Speicherkammer in das Innere des Schmelzofens gepreßten Gases ermittelt werden kann.
Vorzugsweise ist die Speicherkammer so angeordnet, daß das geschmolzene Metall horizontal in die Schmelzofenkammer von einer Seitenwand, die neben einer Endwand liegt, oder einer Endwand, die neben einer Seitenwand liegt, zur anderen Seitenwand unter einem Winkel zwischen 10º und 45º zur Ebene der einen Endwand hineingedrückt wird.

Beschreibung der Zeichnungen

Eine Umwälzvorrichtung, welche eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, soll nunmehr anhand eines Beispieles mit Bezug auf die angefügten schematischen Zeichnungen beschrieben werden. Die Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ist ein horizontaler Querschnitt durch einen rechteckigen, flachen Schmelz- oder Gießofen, um die typische Anordnung der Umwälzvorrichtung im Verhältnis zum Inneren des Schmelzofens zu zeigen;
Figur 2 ist eine Seitenansicht einer Umwälzvorrichtung, wie sie sich in Richtung des Pfeiles 2 in Figur 1 ergibt;
Figur 3 ist eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles 3 in Figur 2;
Figur 4 ist eine vertikale Schnittansicht durch die Vorrichtung, wie sie sich entlang der Linie 4-4 in Figur 3 darstellt, und auch den an den Schmelzofen angefügten Teil enthält;
Figur 5 ist eine horizontale Schnittansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 5-5 in Figur 4 ergibt, um eine mögliche Anordnung der Heizelemente usw. zu zeigen;
Figur 6 ist eine horizontale Schnittansicht entlang der Schnittlinie 6-6 in Figur 4, die auch den angefügten Teil der Schmelzofenwand enthält, um die Anordnung der Auslaßdüse zu zeigen;
Figur 7 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 7-7 in Figur 6;
Figur 8A ist ein Diagramm des Druck/Zeit-Verlaufes im Inneren der Speicherkammer;
Figur 8B ist ein Diagramm, das den Pegel des Metallspiegels im Inneren der Speicherkammer im Verhältnis zum Zeitablauf zeigt;
Figur 9 zeigt schematisch den elektrischen Aufbau der Vorrichtung;
Figur 10 zeigt schematisch den pneumatischen Schaltkreis der Vorrichtung;
Figur 11 ist ein Diagramm, um ein in der Vorrichtung angewendetes neues Verfahren zur Steuerung des oberen und unteren Pegels zu illustrieren;
Figur 12 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Anzeige von Druckstörungen zur Ermittlung des "Blubberns" und von Druckumkehrungen im Inneren der Speicherkammer und
Figur 13 zeigt schematisch eine alternative Vakuum-/Druck- Erzeugungseinrichtung für die Vorrichtung.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Die im folgenden beschriebene Ausführungsform ist zur Anwendung in einem Aluminiumflach-Schmelz- oder Gießofen rechteckiger Form, wie er in der Zeichnung dargestellt ist und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen wurde, vorgesehen. Der Schmelzofen hat einen Boden 12, Endwände 14 und 16 und Seitenwände 18 und 20, Schaulöcher 22 sind an verschiedenen Stellen angeordnet und die Hauptbeschickungsöffnungen 24 befinden sich entlang der Seitenwand 20. Die Umwälzvorrichtung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 26 versehen und ist längs zur Seitenwand 20, nahe ihrer Verbindung mit der Endwand 14, angeordnet und mit einem Düsenteil 27 versehen, durch welches das geschmolzene Metall aus dem Schmelzofen gezogen und in diesen zurückgeführt wird, welches schräg unter einem Winkel A von ungefähr 10º bis 45º zu einer Ebene parallel zur Ebene der Endwand 14 angeordnet ist, so daß der in das Bad eindringende Metallstrahl unter einem entsprechenden Winkel gegen die andere Seitenwand 18 gerichtet ist, jedoch mit einer Komponente auch gegen die andere Endwand 16. Wenn der Strahl unter kleineren Winkeln A gegen die gegenüberliegende Seitenwand 18 gerichtet wird, führt dies zu einem schwächeren Umwälzen und zusätzlich ist die Möglichkeit der Erosion der feuerfesten Auskleidung viel größer. Es gibt viele andere geeignete Stellen für die Anbringung der Umwälzvorrichtung, von denen zwei in Strichlinien in Figur 1 dargestellt sind; die endgültige Wahl wird oft in erster Linie durch den für die Vorrichtung geeigneten und auch verfügbaren Platz um den Schmelzofen bestimmt.
Nun soll auch auf die Figuren 2 bis 6 Bezug genommen werden; die Speicherkammer der erfindungsgemäßen Umwälzvorrichtung ist vom Schmelzofen, bei dem sie angewendet wird, völlig getrennt, obgleich, wie aus den Figuren 1, 4 und 6 ersichtlich ist, sein Düsenteil notwenigerweise in die Wand des Schmelzofens eingebaut ist, so daß es horizontal in den Schmelzofen in einem kurzen Abstand über dem Boden des Schmelzofens einmündet (gewöhnlich ca. 15 bis 40 cm), so daß eine turbulente Strömung erzielt wird. Der Strahl zieht zusätzliches Metall mit sich, mit dem Ergebnis, daß ein starkes Umwälzen des geschmolzenen Metalles in einem größeren Teil des Schmelzofens erzielt wird, ohne Wellen an der Oberfläche zu verursachen und ohne die Schlacke, die auf der Metalloberfläche liegt, mitzuziehen.
In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Speicherkammer ein zylindrisches unteres Gehäuse 28 aus Stahlblech, das an seinem unteren Ende geschlossen und an seinem oberen Ende offen ist und auf einer geeigneten Abstützung aufliegt. In der Darstellung ruht das Gehäuse auf einer Wägezelle 30, dessen Funktion, wenn vorgesehen, weiter unten beschrieben wird. Das offene obere Ende wird durch ein nach oben gewölbtes Deckelteil 32 verschlossen, das ein zylindrisches oberes Gehäuse desselben horizontalen Durchmessers darstellt, wobei die beiden Gehäuse mit entsprechend passenden ringförmigen Flanschen 34 und 36 versehen sind, welche wenn notwendig, durch leicht entfernbare Schwenkbolzen 38 oder andere äquivalente Klemmeinrichtungen mit normalen (nicht dargestellten) luftdichten Dichtungen zwischen den Flanschen zusammengedrückt sind.
Der Deckel ist durch Tragarme an einer vertikalen Stange 42, die in vertikal beabstandeten, am unteren Gehäuse 28 befestigten Buchsen 44 geführt wird, befestigt, so daß er sich vertikal bewegen kann, wie dies durch die Pfeile 46 angedeutet ist, und auch um seine Längsachse geschwenkt werden kann, wie dies durch die Pfeile 48 angedeutet ist. Die Stange wird, wenn notwendig, durch eine Hebeeinrichtung 50 an ihrem unteren Ende bewegt, wobei die Hebeeinrichtung durch einen Elektromotor 51 angetrieben wird, und die Hebeeinrichtung den Deckel nach oben in seine obere Position bewegt, wie dies in Figur 2 mit Strichlinien dargestellt ist. Alternativ kann auch eine hydraulische Hebeeinrichtung mit einem entsprechenden Antriebssystem eingesetzt werden. In dieser oberen Position werden die Teile des Pegelfühlers, die vom Deckel herabhängen, genügend weit angehoben, um den Gehäuseflansch 34 freizumachen, weil der Deckel aus seiner oberen Position direkt über der Speicherkammer in die seitliche Position, die mit Strichpunktlinien in Figur 3 dargestellt ist, geschwenkt wird. In dieser seitlichen Position hat ein Operator nun ungehinderten Zugang zur Unterseite des Deckels und zum Inneren der Speicherkammer. Die Schwenkbewegung kann durch einen geeigneten (nicht dargestellten) Antrieb am Ende der vertikalen Bewegung automatisch ausgeführt werden.
Eine Tabelle der Abmessungen für die spezielle Ausführungsform, wie sie hier beschrieben ist, folgt weiter unten; es ist selbstverständlich, daß diese und andere Abmessungen in dieser Beschreibung nur beispielhaft angegeben werden und nicht als Beschränkung zu betrachten sind, sofern eine Beschränkung nicht ausdrücklich angegeben wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das untere zylindrische Gehäuse 28 und das äußere Gehäuse des Deckels aus Blech von 10 mm Dicke (0,375 Zoll) hergestellt. Die Auskleidung der Speicherkammer besteht, um den sich zyklisch wiederholenden Kontakten mit dem geschmolzenen Metall zu widerstehen, aus einer ersten äußeren Auskleidung 52 aus thermisch isolierendem Material (z. B. dem von der Firma Plibrico unter dem Warenzeichen "PLIVAFORM" vertriebenen), die eine geeignete Dicke von 100 mm (4 Zoll) hat. Dann folgt eine zweite, mittlere Auskleidung 54 aus feuerfestem Material (z. B dem von der Firma Plibrico unter dem Warenzeichen "LW1-28" vertrieben) von 125 mm (5 Zoll) Dicke. Die dritte innere Auskleidung 56, die von dem Metall berührt wird, besteht aus feuerfestem Siliconkarbid, z. B. solchem, das von der Firma Carborundum unter dem Warenzeichen "REFRAX" vertrieben wird, dessen geeignete Dicke 50 mm (2 Zoll) beträgt. Diese relativ dicken isolierenden Auskleidungen minimieren die Wärmeverluste, wenn sich das Metall im Inneren der Speicherkammer befindet, während die relativ dicke feuerfeste Schicht für eine langlebige innere Auskleidung gegenüber der latenten Abnutzung, die durch das sich bewegende geschmolzene Metall verursacht wird, sorgt. Der Schmelzofen wird mit gleichartigen, jedoch gewöhnlich dickeren Auskleidungen aus feuerfestem Material versehen.
Eine Öffnung ist in der Seitenwand und den Auskleidungen der Speicherkammer und eine Beobachtungsöffnung ist in der Seitenwand und den Auskleidungen des Schmelzofens angebracht, das Gehäuse 28 und die Wand 20 sind mit entsprechend passenden kreisförmigen Flanschen 58 und 60 in der Außenwand 20 des Schmelzofens versehen, die Flansche sind durch Bolzen 62 verbunden, so daß die Speicherkammer vom Schmelzofen gut entfernbar ist, wenn dies zur Reparatur oder zur Neuauskleidung usw. erforderlich ist. Ein aus Silikonkarbid oder anderem geeigneten feuerfesten Material geformter Block 64 ist an der Seitenwand des Schmelzofens befestigt und durch entsprechende Auskleidungen von feuerfestem und isolierendem Material umgeben und enthält einen speziell geformten Durchlaß, durch welchen das geschmolzene Metall zwischen dem Inneren des Schmelzofens und der Speicherkammer hindurchtreten kann. Das Teil 66 dieses Durchlasses auf der Seite der Speicherkammer hat denselben Querschnitt wie die Öffnung in der Seitenwand der Speicherkammer, während das Zwischenteil 68 einen viel kleineren Durchmesser aufweist, um eine Düse zu bilden, die einen Metallstrahl erzeugt, wenn sich dieses in beiden Richtungen heraus und hinein in die Speicherkammer bewegt. Das Teil 70 auf der Seite des Schmelzofens verjüngt sich nach außen in Richtung zur Innenseite des Schmelzofens, so daß der austretende Metallstrahl sich nach außen hin spreizt, wie dies durch die Pfeile 72 in Figur 6 angedeutet ist, um soviel wie möglich des umgebenden Bades nachzuziehen und die Effektivität des Umwälzens zu erhöhen. In diesem Ausführungsbeispiel mißt der Block 64 etwa 46 cm (18 Zoll) in der Länge des Teiles, das im Querschnitt in Figur 7 dargestellt ist, und hat eine ringförmige Düsenöffenung 68 von 6,5 cm (2,5 Zoll) Durchmesser und eine Querschnittsfläche von ungefähr 35 cm² (5,0 sq. ins.).
Alle Teile des unteren Abschnittes der Speicherkammer in dem Gehäuse 28 sollen als "statisch" angesehen werden, die normalerweise einen Austausch nur in relativ langen Zeitabständen notwendig machen. Mit Ausnahme eines Thermostates 74, der in der Seitenwand des unteren Bereiches angeordnet ist, werden alle "aktiven" Bauteile der Umwälzvorrichtung durch den abnehmbaren Deckel getragen. Das Fühlelement des Thermostates 74 durchdringt nur die Auskleidungen 52 und 54 und wird von dem Metall durch die innere Auskleidung 56 abgeschirmt; ein zugefügter Steuerschaltkreis sorgt für die Kompensation der gemessenen niedrigeren Temperatur.
Das gewölbte Innere des Deckels ist mit Schichten von isolier- und hitzebeständigen Materialien 75 ausgekleidet und läßt einen zentralen Raum 76 frei, wie es am besten in den Figuren 4 und 5 erkennbar ist. Die Heizeinrichtung besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus drei diagonal beabstandeten, sich horizontal ausdehnenden, silikonkarbidummantelten, elektrischen Heizstabelementen 78, die im Deckel so befestigt sind, daß sie die erzeugte Wärme entweder direkt oder durch Reflexion in das Innere abstrahlen. Die Heizelemente sind an beiden Enden fest montiert, um ein auf Vibration zurückzuführendes Brechen zu minimieren, wobei sie durch ein an jedem Ende befindliches äußeres Gehäuse 80 montiert werden, um für einen individuellen Austausch (ohne Bewegung des Deckels 32) gut zugänglich zu sein, wobei jedes Gehäuse eine abnehmbare Abdeckung 82 besitzt. Falls notwendig, können die Heizelemente gegen direktes Bespritzen durch das geschmolzene Metall durch entsprechende horizontale Abschirmungen 84 geschützt werden.
Diese Heizelemente haben eine Anzahl von wichtigen Funktionen, nämlich
1. das Innere der Speicherkammer vor dem Anfahren bzw. Wiederanfahren vorzuheizen, um ein Erstarren des Metalls beim Eintritt zu verhindern;
2. das in der Speicherkammer verbleibende Metall in geschmolzenem Zustand zu halten, wenn die Umwälzvorrichtung nicht in Funktion ist;
3. die innere Wand der Speicherkammer heiß genug zu halten (über etwa 700 ºC für Aluminium), um ein Ansetzen von Schlacke zu minimieren und deren Entfernung zu erleichtern; und
4. jegliche Schlacke an der Wand auf einer genügend hohen Temperatur zu halten, um deren Entfernung in gewissen Abständen zu erleichtern.
Die Heizelemente haben eine geeignete Leistungsaufnahme, um diese Forderungen erfüllen zu können und werden unter Überwachung durch ein Thermostat 74 mittels eines geeignetes Steuerungssystems betrieben.
Der Deckel trägt auch drei Elektroden 86, 88 und 90, die für die obere Pegelsteuerung im Inneren der Speicherkammer verwendet werden. Die zwei Elektroden 86 und 88, die aus Metallstäben bestehen, bilden einen Fühler für den normalen oberen Pegel, und werden elektrisch verbunden, wenn das Metall den normalen oberen Pegel erreicht, der in Figur 4 durch die strichpunktierte Linie 92 angedeutet ist. Der entsprechende normale untere Pegel ist durch die strichpunktierte Linie 94 angedeutet. Die Elektrode 90 ist kürzer und bildet zusammen mit der Elektrode 86 einen Notfall-Fühler, der in Tätigkeit tritt, wenn das Metall den Pegel 96 erreicht, um den pneumatischen Kreislauf vollständig und in einer Weise abzuschalten, wie es weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben wird, und sichert, daß das Innere der Speicherkammer mit der Atmosphäre verbunden wird, so daß es bis zum Ausgleichspegel mit dem Inhalt des Schmelzofens geleert wird, wie das durch die strichpunktierte Linie 98 angedeutet ist. Der Deckel enthält weiter eine Sichtöffnung 100, um den Operator die Inspektion des Inneren zu ermöglichen, eine Druckprüfverbindung 102 zur Verbindung des im Inneren der Speicherkammer herrschenden Druckes über eine Bohrung 104 mit einem pneumatischen Kontrollsystem zu einem Zweck, der weiter unten beschrieben wird, und dem Eingangs- und Ausgangsrohr 106, durch welches Gas in die Speicherkammer gepumpt und aus dieser abgezogen wird. Das Rohr 106 ist an seinem unteren Ende geschlossen und mit radialen Bohrungen 108 versehen, so daß das in das Innere eintretende Gas nicht auf das Metall gerichtet ist, was das Spritzen des Metalles und die Bildung von Schlacke minimiert und die Heizelemente schützt.
Ein besonderer pneumatischer Kreis zum Betrieb und zur Steuerung des Systems wird weiter unten im Detail beschrieben; er ist fortlaufend in Funktion und schaltet in gewissen Abständen um, um positive und negative Druckdifferenzen zwischen den Innenräumen der Speicherkammer und des Schmelzofens zu erzeugen, so daß das Metall in das Innere der Speicherkammer gezogen und aus dieser ausgestoßen wird. Figur 8A zeigt mit gestrichelten Linien eine "idealen" Verlauf für die Veränderung der Druckwerte im zeitlichen Ablauf im Inneren der Speicherkammer während der Funktion von etwa 2 1/2 Zyklen, und die durchgehende Linie zeigt mehr den wirklich erreichten Ablauf. Figur 8B zeigt die entsprechenden Veränderungen der Pegel des Metallspiegels. Der ausgeübte hohe Druck liegt typisch im Bereich zwischen 0,35 und 1,0 kg/cm² (5 bis 14 p.s.i.), und beträgt normalerweise etwa 0,70 kg/cm² (10 p.s.i.), während der Unterdruck im Bereich zwischen -0,35 bis -0,70 kg/cm² (-5 bis -10 p.s.i.) liegt und normalerweise ca. -0,50 kg/cm² (-7 p.s.i.) beträgt.
Typisch ist ebenfalls, daß der Ansaug-(Vakuum-)Abschnitt des Zyklus etwa 10 bis 15 Sekunden dauert, während der Ausstoß- (Druck-)Abschnitt ebenfalls 10 bis 15 Sekunden dauert, so daß der gesamte Zyklus normalerweise zwischen etwa 20 und etwa 30 Sekunden dauert. Infolge der reichlichen Abmessungen der Speicherkammer wird die Leistung der Umwälzvorrichtung weniger durch die konstruktiven Vorgaben sondern im Prinzip durch die Menge der erzeugten Preßluft bestimmt, welche andererseits durch die Größe der Druckluftversorgungseinrichtung bestimmt wird, wobei diese Parameter die gesamte Zeitdauer eines Zyklus und dementsprechend die Durchflußrate für das Metall und die Geschwindigkeit des Metallstrahles festlegen.
Einige Abmessungen für diese spezielle Ausführungsform wurden oben bereits genannt und im folgenden werden weitere einschlägige Abmessungen angegeben:
Außendurchmesser des Gehäuses 28 = 117 cm (46 Zoll)
Innendurchmesser der Kammer = 60,0 cm (24 Zoll)
Innenquerschnittsfläche = 2.830 cm² (450 sq.ins.)
Leistung jedes Heizelementes 78 = 8 kW
Höhe des Gehäuses 28 = 168 cm (66 Zoll)
Höhe einschließlich Deckel 36 = 218 cm (86 Zoll)
vertikale Bewegung des Deckels = 40 cm (16 Zoll)
Höhe der Pegel 92 bis 94 = 110 cm (43 Zoll)
inneres Volumen = 1800 Liter (63 cb ft)
größte Kapazität = 650 kg (1430 lbs.)
Austausch von Metallmasse pro Zyklus = 550-600 kg(1200-1320 lbs.)
Düsenquerschnittsfläche = 25 cm² (5,0 sq. ins.)
Mit der relativ großen Menge von Metall, die während eines Zyklus bewegt wird, und der relativ kleinen Querschnittsfläche der Düse wird eine relativ hohe Strahlgeschwindigkeit erreicht, die erfindungstypisch etwa zwischen 4 und 12 m/sek (800 bis 2400 f.p.m.) und normalerweise zwischen 6 und 10 m/sek (1200 bis 2000 f.p.m.) in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen liegt. Bei einer Zyklusdauer von 20 Sekunden liegt der größte durchschnittliche Gesamtfluß bei etwa 1800 kg/min (4000 lbs./min.). Die Metallmasse, die im Schmelzofen mitgezogen wird, beträgt etwa das 15fache der Menge, die aus der Düse austritt, und beläuft sich bei einem 40-Tonnen- Schmelzofen auf etwa 15 Prozent des Schmelzofen-Volumens pro Zyklus, so daß der Schmelzofen in einigen wenigen Minuten vollständig umgewälzt ist, ohne das nennenswerte Störungen an der Badoberfläche auftreten.
Es ist für die Funktion der Erfindung wichtig, daß das Innere der Speicherkammer eine relativ große horizontale Querschnittsfläche besitzt; aus praktischen Gründen wird es normalerweise ein vertikaler Zylinder sein, obgleich andere Querschnitte, wie z. B. quadratisch und rechteckig, ebenso möglich sind, und der kleinste Durchmesser beträgt vorzugsweise 50 cm (20 Zoll), was einen kleinsten Querschnitt von 1960 cm² (314 sq. ins.) ergibt. Der größte Durchmesser ist in größerem Maße eine Frage der Wahl und hängt von Faktoren, wie z. B. dem Raum, der um den Schmelzofen verfügbar ist, ab, aber die Vorteile eines großen Durchmessers, wie sie oben beschrieben sind, wachsen nicht proportional mit dem Durchmesser, und das praktische Maximum beträgt 75 cm (30 ins.), was einen Querschnitt von 4417 cm² (707 sq. ins.) ergibt. Wie oben beschrieben, beträgt die Querschnittsfläche der Düse 68 im bevorzugten Ausführungsbeispiel 35 cm² (5,0 sq. ins.), während die Querschnittsfläche des Inneren der Kammer 2830 cm² (450 sq. ins.) beträgt, und es ist erkennbar, daß das Verhältnis dieser beiden Flächen 1:90 ist. Die praktischen kleinsten und größten Abmessungen der Düse reichen von 3,8 cm (1,5 ins.) bis 10,0 cm (4 ins.) und die entsprechenden Querschnittsflächen von etwa 11,3 cm² (1,77 sq. ins.) bis 79 cm² (12,5 sq. ins.). Das praktische Verhältnis der beiden Flächen reicht von 1:50 bis 1:250 und vorzugsweise von 1:60 bis 1:150. Diese hohen Verhältniszahlen stehen im Kontrast zum Wert 1:1 bei den meisten Vorrichtungen des Standes der Technik und dem Wert von 1:16 bei der Vorrichtung nach US 4,008,884.
Ein weiterer Vorteil des großen Volumens und des großen Querschnittes der Speicherkammer ist die große Metallmenge, die bewegt werden kann, welche, wenn sie mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit bewegt wird, ein hohes Gesamtmoment besitzt, was die Vermischung beschleunigt, während sie einen relativ langen Zyklus erlaubt. Dieses Merkmal sorgt für eine besser kalkulierbare Steuerung, weil über größere Zeiträume verfügt werden kann, um jeden Teil des Zyklus einzuleiten und zu bestätigen.
Eine andere Weise, in welcher die relativ kurzen Speicherkammern mit großem Durchmesser, die die Erfindung charakterisieren, umrissen werden können, ist das Verhältnis zwischen dem inneren horizontalen Durchmesser der Innenkammer, die das geschmolzene Metall aufnimmt, und der vertikalen Höhe zwischen dem normalen oberen Pegel 92 und dem normalen unteren Pegel 94. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser 60 cm (24 Zoll), während die vertikale Höhe etwa 90 cm (36 Zoll) beträgt, so daß das Verhältnis 1:1,50 ist. Der praktische Bereich der Werte für dieses Verhältnis reicht von etwa 1:1,0 bis 1:2,0.
Ein weiteres Charakteristikum ist das Verhältnis der inneren horizontalen Querschnittsfläche der inneren Kammer zur vertikalen Höhe zwischen den Pegeln 92 und 94, die vorzugsweise nicht geringer als etwa 25 cm² pro cm (10 sq. ins. per in.) ist.
Der Vorteil der Verwendung einer den Fluß beschränkenden Düse ist es, wie oben beschrieben, ein Mitziehen des Metalls zu induzieren, wobei ein Hochgeschwindigkeitsstrahl den notwendigen Aktionsradius besitzt. Es hat sich herausgestellt, daß durch sorgfältige Wahl der Düsengröße, der Lage der Düse und des Winkels, mit dem der Strahl in das Bad eintritt, es mittels des erfindungsgemäßen Mischvorganges möglich ist, das gesamte Bad zu erfassen und, abgesehen von der hohen Geschwindigkeit des einströmenden Metalles, wird dies ohne nennenswerte Beeinträchtigung der metallischen Badoberfläche erreicht. Die Verwendung von kleineren Düsen macht den Einsatz höherer Drücke in der Speicherkammer notwendig, um den notwendigen Metallaustausch zu erreichen.
Die den Fluß beschränkende Düse übt auch einen günstigen Effekt auf das Fließen des Metalles in das Innere der Speicherkammer aus, insbesondere wenn sie, wie es in Figur 6 dargestellt ist, so angeordnet ist, daß der hineingehende Metallstrahl tangential auf den horizontalen kreisförmigen Querschnitt des Inneren der Speicherkammer gerichtet ist. Der typische Strömungsverlauf ist in Figur 6 in einem horizontalen Querschnitt durch die Teile 110 dargestellt. Das schnelle Wirbeln, das in dieser Weise in dem eintretenden Metall erzeugt wird, unterstützt das Vermindern der Bildung von Schlacke und deren Ansetzen am oberen Teil der inneren Wand, besonders wenn dieser obere Teil durch die benachbart angeordneten Heizstäbe 78 auf erhöhter Temperatur gehalten wird. Die Schlacke wächst gewöhnlich als Körper in der Form und an den Stellen an, die in Figur 4 durch die gestrichelten Linien 112 und 114 dargestellt sind. In einer Speicherkammer von quadratischem oder rechteckigem Querschnitt kann diese Strudelbildung nicht erreicht werden und das Ansetzen 114 wächst an der Seite, die der Seite, auf die der hereinkommende Strahl auftrifft, direkt gegenüberliegt, schneller an. Die Rohre mit relativ kleinem Durchmesser in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik gestatten keine entsprechende Ausbildung eines vorteilhaften Ausschwemmvorganges, der in der zylindrischen Speicherkammer erreicht wird.
Praktisch ist es nicht möglich, die Bildung eines Schlackeringes kurz unterhalb des oberen Pegels 92 zu vermeiden, aber seine Wirkung wird durch den relativ großen Durchmesser des Innenraumes beträchtlich abgeschwächt. So ist ein Schlackeansatz von 3 kg (6,6 lbs.) pro Stunde ganz normal und das bedeutet, daß in den engen Rohren des Standes der Technik in Zeitabständen von etwa 5 bis 7 Stunden der Umwälzprozeß angehalten und der Schlackering abgekratzt werden muß. Selbst bevor die engen Rohre nach dem Stand der Technik zu sehr verstopft sind, um einen befriedigenden Fluß zuzulassen, kann der Schlackering schwerwiegende Probleme durch Kontaktgebung und Kurzschließen der oberen Pegel-Steuerelektroden hervorrufen, so daß die Steuerung unwirksam wird, bis der Ring entfernt ist. Die Zeitdauer, bis das Ansetzen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Schwierigkeiten hervorruft, verlängert sich auf etwa 5 bis 10 Tage und der Reinigungsvorgang selbst dauert nur etwa 1/2 Stunde. Der Zeitabstand wird auch beträchtlich durch die Heizstäbe, die fest im Deckel angeordnet sind, verlängert. Weiterhin ist es ein relativ einfacher Vorgang, den Deckel abzuheben und den heißen, weichen, deutlich abgesetzten Ring im Inneren der weiten, leicht zugänglichen Vorratskammer zu beseitigen.
Das elektrische System ist schematisch in Figur 9 dargestellt. Die Pegelelektroden 86, 88 und 90 und die Wägezelle 30 (wenn vorgesehen) sind mit einer Systemsteuerung 116 verbunden, die aus einer programmierbaren Logiksteuerung (PLC), welche eine Stromversorgungs-Steuereinheit 118 steuert, welche ihrerseits die Stromversorgung der Heizstäbe 78 und des Motors 51 für die Einheit 50 steuert; der Strom kommt von einem Dreiphasentransformator 120. Die Systemsteuerung steuert auch ein pneumatisches System 122, 124 für die Umwälzfunktion und ist in bekannter Weise angeordnet, um visuelle Anzeigen und ständige Aufzeichnungen von den Funktionen zu ermöglichen.
Ein typisches pneumatisches System ist schematisch in Figur 10 dargestellt; obgleich dieses zur Vereinfachung in Figur 9 als Block 122, 124 dargestellt ist, wird in der Praxis der Teil 122 am Deckel angeordnet, während der Teil 124 längs der Speicherkammer befestigt ist, die beiden Teile werden durch flexible Hochdruck-Metallschläuche verbunden, um das Abheben des Deckels, wie oben beschrieben, zu ermöglichen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Vakuum durch eine Saugstrahlpumpe 126 erzeugt, was den Vorteil geringer Kosten und der Einfachheit mit sich bringt, weil das Vakuum durch die Wirkung des positiven Druckes der Preßluft mit erzeugt wird; die Saugstrahlpumpe ist direkt am Flansch 106 des Deckels angeordnet. Die komprimierte Luft wird dem Injektor über das Rohr 128 von einer geeigneten (nicht dargestellten) Kompressor-Pumpe zugeführt und wird am Injektor-Auslaß durch eine Düse 130 gerichtet, die so bemessen ist, daß sie den benötigten Luftdruck ausläßt, welcher zwischen 1,05 und 5,6 kg/cm² (15 bis 80 p.s.i.) liegen kann, wobei Drücke von 1,4 kg/cm² (20 p.s.i.) und 4,2 kg/cm² (60 p.s.i.) mit einer Saugstrahlpumpe von 7,5 cm (3 Zoll) Durchmesser erfolgreich angewendet wurden. Die Luft strömt zunächst durch ein kolloidales Filter 132 mit einem automatischen Flüssigkeitsabzug, um die Feuchtigkeit zu entfernen und zu sichern, daß sie nicht zur Pumpe zurückfließen kann, durch ein solenoidgesteuertes Auslaßventil 134 und dann durch ein für große Volumen geeignetes Hauptdruck-Regulierventil 138 zur Düse 130. Der Auslaß der Saugstrahlpumpe kann unter Kontrolle der Systemsteuerung 116 durch eine kolbenbetriebene Ventilklappe 140, die durch einen Kolben-Betätiger 142 unter der Kontrolle eines solenoid-betriebenen Stellventils 144 angetrieben wird, geschlossen und geöffnet werden. Bei geöffneter Ventilklappe erzeugt die durch die Düse strömende komprimierte Luft ein Vakuum am Auslaß 106, während, wenn die Ventilklappe geschlossen ist, ein positiver Druck erzeugt wird. Das von der Saugstrahlpumpe ausgehende Geräusch wird soweit wie möglich durch einen Schalldämpfer 146 reduziert. Durch die Verwendung eines kleinstmöglichen Kolben-Betätigers 142 mit einem Stellventil 144 in Übergröße ist es möglich, Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten der Ventilklappe von weniger als 0,025 Sekunden zu erreichen. Diese hohe Arbeitsgeschwindigkeit führt zu einer sehr schnellen und stabilen Umkehr der Bewegung des Metalles und sorgt für einen Zyklus hoher Frequenz mit nur einem bewegten Teil im Luftstrom.
Der Luftdruck, der für den Teil des Zyklus mit positivem Druck benötigt wird, ist viel geringer als der, der zur Erzeugung des Vakuums notwendig ist, und der Druck wird, wie er benötigt wird, durch die Funktion des Regulierventiles 138 ausgelassen. Der niedrigere Druck für die Druckphase wird durch ein Regulierventil 148 bestimmt, während der höhere Druck für die Vakuumphase durch ein Regulierventil 150 bestimmt wird; beide Ventile werden von der Leitung 128 über ein Regulierventil 152 versorgt, das den Luftdruck zum Ausgleich von Fluktuationen, die durch die Funktion des Systems verursacht werden, stabilisiert. Das Ventil 148 wird auch über eine Rückkopplung gesteuert, indem es den im Inneren der Speicherkammer befindlichen Druck am Auslaß 102 abnimmt und so eine Rückkopplung und Druckbeaufschlagung hoher Geschwindigkeit erlangt, so daß die Umkehr der Bewegung des Metalles innerhalb einiger weniger Millimeter nach der Druckumkehr stattfindet. Ein Überdruck am Auslaß 102 wird durch einen Membranschalter 153 angezeigt. Der Steuerdruck, der dem Ventil 138 zugeführt wird, um dieses zu veranlassen den benötigten Druck an der Düse 130 zu erzeugen, wird durch Funktion eines solenoid-gesteuerten Vierwegeventiles 154 abgezweigt, wobei die Luft, die diesem zugeführt wird, über ein solenoidgesteuertes Abschaltventil 156 kommt, das die Steuerung abschalten kann, wenn sicherheitstechnische Gründe dies erfordern. Ebenfalls aus sicherheitstechnischen Gründen kann das Auslaßventil 134 betätigt werden, um die Leitung 128 über einen Schalldämpfer 158 mit der Atmosphäre zu verbinden, so daß jegliche Luftversorgung zur Saugstrahlpumpe abgeschaltet ist. Bei Unterbrechung der Versorgung drückt das Ventil 144 die Ventilklappe schnell in Öffnungsstellung, so daß diese bereits offen ist, bevor die Druckluftversorgung abgeschaltet ist und so das Innere der Speicherkammer mit der Atmosphäre verbunden ist, so daß der Flüssigkeitsspiegel unter Einfluß der Schwerkraft auf den Ruhepegel 98 absinkt. Dieser Sicherheits-Abschaltmechanismus wird in Gang gesetzt, wenn z. B. ein zu hoher Pegel des Metalles durch die Elektroden oder ein Überdruck am Auslaß 102 festgestellt wird, oder der Notschalter durch einen Operator gedrückt wird. Eine unabhängige Sicherheitseinrichtung besteht aus einer zerstörbaren Scheibe 160 an der Saugstrahlpumpe, die unabhängig von der Systemsteuerung zerstört wird, wenn ein Überdruck entsteht.
Alternativ dazu kann das Hauptdruck-Regulierventil 138 direkt von der Systemsteuerung 116 mit einer programmierbaren Logiksteuerung programmiert werden, die über einen geeigneten Strömungs-Druck-Prüfwandler betrieben wird.
Eine exakte Pegelregelung zwischen Minimal- und Maximalpegel ist wichtig, um eine zufriedenstellende Funktion zu sichern, und der große Querschnitt der Speicherkammer (ca. 14mal größer als der von Systemen des Standes der Technik) erleichtert dies und ermöglicht eine präzisere Steuerung, weil die vertikale Bewegung des Metalles langsamer ist, und ergibt einen berechenbaren Betrieb und eine berechenbare Steuerung der mit hohen mechanischen Energien und Trägheitsmomenten arbeitenden Elemente. In einer Betriebsart wird die Speicherkammer gefüllt, bis die Elektroden 86, 88 anzeigen, daß der Pegel 92 erreicht wurde; das System reagiert dann auf ein oberes Pegelsignal, das etwas niedriger ist als das bereits angezeigte, so daß für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen das geschmolzene Metall die Elektroden nicht berührt, was deren Lebensdauer bedeutend erhöht. Das System kann so eingerichtet sein, daß die Elektroden z. B. alle 10 bis 15 Minuten berührt werden, um zu sichern, daß das System ordnungsgemäß arbeitet.
Eine präzise Steuerung des unteren Pegels ist schwieriger und wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß festgestellt wird, wenn der Pegel unter die Oberseite des Durchführungsteiles 66 gesunken ist, so daß das Antriebsgas in den Schmelzofen "blubbert". Diese Erzeugung und Bewegung von Gasblasen erzeugt entsprechende geringe Vibrationen des inneren Gasdruckes, welche durch einen Druckstörungsfühler geeigneter Empfindlichkeit aufgenommen werden können und verursachen gut erfaßbare entsprechende Veränderungen in den Signalen, die von dem Fühler ausgehen. Die Erfassung dieses Signals kann dann zur automatischen Korrektur des unteren Pegels verwendet werden, indem die Druckphase verkürzt wird.
Ein Beispiel für die Funktionsweise eines solchen Steuerungssystems ist in Figur 11 illustriert. Nach dem Start beginnt die Saugphase mit einer etwas verkürzten Periode T&sub1;, und die Druckphase mit einer entsprechend verkürzten Periode T&sub2;. Diese beiden Perioden enden ohne Erfassung von Signalen, die anzeigen, daß die Speicherkammer genügend gefüllt oder leer ist und die folgenden entsprechenden Perioden T&sub3; und T&sub4; sind etwas länger. Wenn die äußersten Grenzsignale noch nicht erscheinen, werden die Perioden nochmal verlängert. Am Ende der Saugperiode T&sub5; zeigen die Elektroden 86, 88 an, daß der obere Pegel erreicht wurde, und dementsprechend werden die Saugperioden für eine bestimmte Zeit, z. B. 10 bis 15 Minuten leicht verkürzt, und danach wieder verlängert, bis die obere Pegelanzeige wieder erreicht ist. In ähnlicher Weise, wenn am Ende der Druckperiode T&sub6; oder bei Beginn der Periode T&sub7; über den Druckstörungsfühler eine Information erlangt wird, daß ein "Blubbern" festgestellt wurde, werden die folgenden Perioden für dieselbe festgesetzte Zeitdauer verkürzt. Dieser Zyklus wird dann in einer festgesetzten Zeitdauer wiederholt, deren Länge für geeignet gehalten wird. In dieser Weise paßt sich das System dynamisch immer selbst an, um das Volumen an Metall, das während jedes Funktionszyklus bewegt wird, zu maximieren und das "Blubbern" zu minimieren.
Ein Beispiel für einen geeigneten Druckstörmungsfühler wird in Figur 12 gezeigt und hat in Figur 10 das allgemeine Bezugszeichen 162. Ein geringer konstanter Luftstrom vom Regulierventil 152 wird dem Fühler durch ein Konstant-Differenzdruck-Steuerungssystem 164 (z. B. Moore Instrument Model 63 BDL) und ein einstellbares Nadelventil 166 einem transparenten Durchflußmesser 168 (Matheson 7262) zugeführt. Der Durchflußmesser wird durch das Vorsehen von unteren und oberen Drallfedern 170 und 172 und unteren und oberen Infrarot- Strahlführungsfühlern 174 und 176 (z. B. SKAN-A-MATIC MODEL P-L 34024) , welche die Position entlang der Durchflußmesserröhre des Schwimmers 178 anzeigen, modifiziert. Der Auslaß des Durchflußmessers ist mit dem Rohr verbunden, das zum Auslaß 102 führt; eine geringe Luftmenge wird zur Steuerung über das Rohr 180 zurück zum Kontrollventil 164 geführt.
Das Nadelventil 166 ist so eingestellt, daß es die notwendige Durchflußmenge (z. B. 0,75 SCFH) passieren läßt, bei der der Schwimmer 178 gerade den Strahl, der vom Fühler 174 für die untere Position ausgeht, schneidet, während der Pumpendruck stabil ist, d. h. keine Störungen vorliegen. Jegliches "Blubbern" wird gegen Ende der Druckphase festgestellt und dessen Beginn verursacht einen plötzlichen, unverzüglichen, sehr geringen Druckabfall in der Luftzuführungsleitung, was zu einem entsprechenden "Hochspringen" des Schwimmers im Rohr führt, weil die Veränderung zu schnell erfolgt, um durch das Steuerventil 164 ausgeglichen zu werden. Der Sprung genügt für den Schwimmer, den Strahl des oberen Fühlers 176 zu schneiden, was einen Eingang der Systemsteuerung 116 aktiviert, um sofort von Druck auf Saugen umzuschalten. Es wurde festgestellt, daß die Einrichtung genügend schnell und empfindlich ist, so daß das "Blubbern" auf ein geringes Blasen beschränkt werden kann, die geringe Trägheit des Schwimmers ermöglicht es, innerhalb von Millisekunden auf die Druckänderungen zu reagieren.
Die Einrichtung kann auch zur Überwachung der Pumpzyklen verwendet werden, sowohl elektrisch im System als auch visuell durch Beobachtung der Bewegungen des Schwimmers. So führt jede Umkehr des Druckes zu einer sehr starken Bewegung des Schwimmers, was genügt, um die entsprechende Drallfeder zu berühren. Wenn sich z. B. das System in der Druckphase mit stabilem Druck befindet, wird bei Umkehr zur Saugphase der Schwimmer sich nach oben durch den Strahl des oberen Fühlers 176 bewegen und die Feder 172 berühren und zurückkehren. Ähnlich wird die Umkehr von Vakuum auf Druck den Schwimmer nach unten aus dem Strahl des unteren Fühlers 174 zur Feder 170 und zurück bewegen. Die Systemkontrolle stellt die Reihenfolge der empfangenen Signale fest und verwendet diese als feste Größen zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Saugstrahlpumpe. Das Fehlen eines ordnungsgemäßen Signals am Fühler führt dazu, daß die Funktion gestoppt wird, und dies ist z. B. sehr nützlich zur Feststellung jeglicher fehlerhafter Funktion der Ventilklappe 140 oder jeder nicht normalen Druckabweichung, die durch die Zerstörung der Scheibe 160 ausgelöst wird.
Alternativ kann die pneumatische Steuereinrichtung 164 durch einen Druck-Strömungs-Wandler, welcher ein Rückkopplungssignal (gestrichelte Linie) von der Systemsteuerung 116 erhält, ersetzt werden, wobei diese Rückkopplung vom Fühler 174 für den unteren Pegel als Positionssteuerungs-Ausgangssignal empfangen wird.
Die Verwendung einer Saugstrahlpumpe zur Erzeugung eines geeigneten Vakuums hat den Nachteil, daß sie etwas uneffektiv ist, obgleich dies durch ihre Einfachheit und Robustheit ausgeglichen wird. Wenn eine geeignete Druckluftquelle nicht jederzeit verfügbar ist, kann es vorteilhaft sein, einen Verdichter zu verwenden, und ein Beispiel für ein geeignetes System ist in Figur 13 dargestellt. Ein Verdichter 182 von geeigneter Größe ist so eingesetzt, daß er alternativ in Vakuum oder Druckbetrieb unter Steuerung eines Spindelventiles 184, das durch einen doppelt wirkenden Kolben 186 angetrieben wird, der sich in einem Zylinder 188 unter Steuerung eines solenoid-angetriebenen Ventiles 190 bewegt. Die Verdichtereinrichtung ist mit der Eingangsöffnung 106 des Deckels 32 durch ein spezielles Rohrstück 192 verbunden, welches geeignet lang und von geeignet großem Durchmesser sein sollte, damit es ein größeres inneres Volumen als das Volumen der in der Vakuumphase herausgezogenen Luft ist, weil das Metall sich zwischen minimalen und maximalen Pegeln bewegt und dabei sichert, daß die erhitzte Luft aus dem Inneren der Speicherkammer den Verdichter nicht erreichen und überhitzen kann. Zu diesem Zweck sollte das Rohr 192 an dem am Verdichter befindlichen Ende auch so gestaltet sein, daß es hohe Temperaturen ableitet, z. B. durch Vorsehen von radialen wärmeableitenden Flügeln 193. Diese Anordnung bedeutet, daß die heiße Luft, die aus der Speicherkammer in der Vakuumphase entfernt wird, in die Speicherkammer zurückgepumpt wird, was die Kühlung der Speicherkammerwände durch die eintretende Luft reduziert.
Eine Ventilklappe 194, die durch einen Motor 196 unter Steuerung eines solenoid-betriebenen Ventiles 198 angetrieben wird, bildet ein Start- und ein wärmeabgebendes Ventil. Während des Starts ist das Ventil geöffnet, um es dem Verdichtermotor zu ermöglichen, auf Arbeitsgeschwindigkeit gebracht zu werden und es ist dann sowohl in der Vakuum- als auch in der Druckphase geschlossen. Ein Thermostat 200 fühlt die Lufttemperatur nahe am Verdichter, und wenn sie zu hoch wird, wird das Ventil 194 geöffnet, um das System zu kühlen, und das Ventil wird geschlossen, wenn eine geeignete niedrigere Temperatur erreicht ist. Die Schalldämpfer 202 und 204 sind vorgesehen, um den Lärm des Systems zu reduzieren und die in das System eintretende Luft durch ein Filter 206 zu leiten. Ein solches System hat infolge der in sich geschlossenen Funktion eine hohe Effektivität in der Lufterzeugung und geringe Wärmeverluste. Infolge der in sich geschlossenen Funktion eröffnet es auch die Möglichkeit einer Reduzierung der Schlackebildung durch Einblasen von inertem Gas durch einen Einlaß 208 und ein Ventil 210, um soviel wie möglich Luft im System zu ersetzen.
Die Wägeeinrichtung, die aus der Wägezelle 30 besteht, kann auch zur Pegelregelung und zur Feststellung des Blubberns verwendet werden, indem die Einrichtung die Speicherkammer abstützt und die auf sie einwirkenden unterschiedlichen Belastungen, die von der Speicherkammer verursacht werden, wenn sie mit unterschiedlichen Pegeln 92, 94 und 96 gefüllt ist, ausgeübt werden, gemessen werden. Diese Belastungen sind proportional zu den entsprechenden Gewichten der Speicherkammer und bewirken die Entstehung von entsprechenden Signalen, die direkt zur Pegelsteuerung verwendet werden können. Die Wägezelle kann deshalb für Eichzwecke verwendet werden oder zur Bestimmung, ob die untere Pegelregelung auf einen zu niedrigen Pegel gedriftet ist. Das Entstehen und die Bewegung von Gasblasen in der Speicherkammer erzeugen entsprechende geringe Vibrationen der Speicherkammer, welche durch die Wägezelle erfaßt werden können und die Erzeugung zuvor ermittelter Signale veranlassen kann, welche, wenn sie erzeugt werden, anzeigen, daß die Druckphase verkürzt werden muß.

Claims

1. Umwälzeinrichtung zum Umwälzen von geschmolzenem Metall in einer Schmelzofenkammer, gekennzeichnet durch

eine Speicherkammer, die von der Schmelzofenkammer getrennt ist;

ein Düsenteil, das das Innere der Schmelzofen- und der Speicherkammer zum Überwechseln geschmolzenen Metalls zwischen diesen über die Düse miteinander verbindet;

eine vakuum-/druckerzeugende Einrichtung, die mit dem Inneren der Speicherkammer zum alternativen und fortwährenden Erzeugen eines Vakuums und eines positiven Druckes zum Abziehen geschmolzenen Metalls aus der Schmelzofenkammer in das Innere der Speicherkammer und zum Ausstoßen von geschmolzenen Metall aus der Speicherkammer in die Schmelzofenkammer in Form eines Umwälzstrahles verbunden ist;

wobei das geschmolzene Metall in das Innere der Speicherkammer gezogen wird, bis es darin einen oberen Pegel erreicht hat und ausgestoßen wird, bis es darin einen unteren Pegel erreicht hat, und

bei dem das Verhältnis der horizontalen Querschnittsdurchmesser des Inneren der Speicherkammer zum vertikalen Abstand zwischen dem unteren und dem oberen Pegel im Bereich von 1:1,0 und 1:2,0 liegt.

2. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der Speicherkammer im horizontalen Querschnitt im wesentlichen kreisförmig ist und daß die Düse so angeordnet ist, daß sie das durch sie fließende geschmolzene Metall im wesentlichen horizontal und tangential zum kreisförmigen horizontalen Querschnitt ausstößt, so daß das in das Innere der Speicherkammer eintretende geschmolzene Metall einen Strudel bildet.

3. Umwälzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsflächen der Düse zur horizontalen Querschnittsfläche des Inneren der Speicherkammer zwischen 1:50 und 1:250 beträgt.

4. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen 1:60 und 1:150 liegt.

5. Umwälzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer auf einer Wägeeinrichtung befestigt ist, mit der das Gewicht der Speicherkammer gemessen wird, um den Pegel des darin befindlichen geschmolzenen Metalls zu bestimmen.

6. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer auf einer Wägezelle befestigt ist, durch welche das Gewicht der Speicherkammer gemessen wird, um den Pegel des in ihr befindlichen geschmolzenen Metalles zu bestimmen.

7. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer auf einer Wägeeinrichtung befestigt ist, mit der das Gewicht der Speicherkammer gemessen wird, um Veränderungen, die sich aus dem "Blubbern" von aus dem Inneren der Speicherkammer durch das Düsenteil in das Innere der Schmelzofenkammer drückendem Gas ergeben, festzustellen.

8. Umwälzvorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer ein entfernbares Deckelteil besitzt, um Zugang zum Inneren der Kammer zu ermöglichen, und das Deckelteil in ihm befestigte Heizeinrichtungen zum Beheizen des Inneren der Speicherkammer und des darin befindlichen geschmolzenen Metalles enthält.

9. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Lagerung des Deckelteiles zwecks vertikaler Bewegung relativ zum übrigen Teil der Speicherkammer, um dieses davon abzuheben, und auch zwecks horizontaler Bewegung relativ zum übrigen Teil, um den Zugang zum Inneren der Speicherkammer zu ermöglichen, aufweist.

10. Umwälzvorrichtung nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das abnehmbare Deckelteil außerdem Elektroden zur Pegelregelung trägt, die in das Innere der Speicherkammer vorstehen, um den oberen Pegel des im Inneren befindlichen geschmolzenen Metalls zu ermitteln.

11. Umwälzvorrichtung nach jedem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das abhebbare Deckelteil eine Einrichtung zum Erzeugen eines Vakuums im Inneren der Speicherkammer und zum Zuführen von unter Druck stehendem Gas in diese trägt.

12. Umwälzvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Druckfühler zur Ermittlung von Druckveränderungen im Inneren der Speicherkammer enthält, die sich aus dem "Blubbern" von Gas ergeben, das aus dem Inneren der Speicherkammer in das Innere der Schmelzofenkammer gedrückt wird.

13. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler einen Durchflußmesser aufweist, durch den sich ein konstanter Luftstrom bewegt, und die Luft dem Inneren der Speicherkammer zugeführt wird, wobei Druckdifferenzen im Inneren der Speicherkammer, die durch "Blubbern" hervorgerufen werden, auf ihn einwirken.

14. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser einen Schwimmer enthält, der sich in dem konstanten Luftstrom, dessen Druckpegel durch die gemessenen Druckabweichungen gestört ist, befindet, und der Druckfühler eine Einrichtung zur Feststellung der Bewegungen des Schwimmers aus einer Gleichgewichtslage, die einem ständigen Druck im Inneren der Speicherkammer entspricht, aufweist.

15. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine weitere Einrichtung zum Verarbeiten der Signale aus dem Druckfühler enthält, um die Periode, in der positiver Druck auf das Innere der Speicherkammer ausgeübt wird, nach Feststellung von "Blubbern" durch den Fühler zu verkürzen.

16. Umwälzvorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung zur Messung der Perioden, in denen geschmolzenes Metall in das Innere der Speicherkammer gezogen und aus dieser ausgestoßen wird, und zur Anpassung von deren Dauer enthält, um die Steuerung des oberen und unteren Pegels des geschmolzenen Metalles im Inneren der Speicherkammer aufrechtzuerhalten.

17. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung so gestaltet ist, daß eingangs die Phasen, bis ein maximaler oberer Pegel und ein minimaler unterer Pegel erreicht sind, verlängert werden und dann die Phasen um eine wesentliche Zeitdauer vermindert werden, um einen etwas geringeren als den maximalen oberen Pegel und einen etwas größeren als den minimalen unteren Pegel zu erreichen und nach dieser Zeitdauer den Vorgang zu wiederholen, um das Füllen der Speicherkammer mit geschmolzenem Metall zu optimieren.

18. Umwälzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenteil so angeordnet ist, daß es das geschmolzene Metall horizontal in die Schmelzofenkammer von einer Seitenwand nahe einer Endwand oder von einer Endwand nahe einer Seitenwand, zur anderen Seitenwand hin unter einem Winkel zwischen 10 und 45 Grad zur Ebene der anderen Endwand richtet.

19. Umwälzvorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die vakuum-/druckerzeugende Einrichtung eine Strahlpumpe aufweist, deren Unterdruckeingang mit dem Inneren der Speicherkammer und deren Hochdruckeingang mit einer Druckluftquelle verbunden ist, und die Strahlpumpe ein Steuerventil aufweist, dessen Auslaß geöffnet ist, um durch den Unterdruckeingang ein Vakuum im Inneren der Speicherkammer zu erzeugen, und geschlossen ist, um die Druckluft durch den Unterdruckeingang in das Innere der Speicherkammer zu leiten.

20. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Druckluft, der dem Hochdruckeingang der Strahlpumpe zugeführt wird, auf einen höheren Wert gebracht wird, wenn das Steuerventil geöffnet ist und dem Inneren der Speicherkammer ein Vakuum zugeführt wird, und auf einen geringeren Wert gebracht wird, wenn das Steuerventil geschlossen ist und dem Inneren der Speicherkammer Druck zugeführt wird.

21. Umwälzvorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine vakuum-/druckerzeugende Einrichtung enthält, die mit dem Inneren der Speicherkammer zur wechselweisen und fortgesetzten Erzeugung eines Vakuums/positiven Druckes darin verbunden ist, um geschmolzenes Metall aus der Schmelzofenkammer in deren Inneres zu ziehen, bzw. das geschmolzene Metall von dieser in die Schmelzofenkammer in Form eines Umwälzstrahles auszustoßen;

wobei die vakuum-/druckerzeugende Einrichtung aus einem Kompressor, der einen Einlaß und einen Auslaß und eine Einrichtung zur wechselweisen Verbindung des Einlasses und des Auslasses mit dem Inneren der Speicherkammer aufweist, um dementsprechend auf das Innere der Speicherkammer Vakuum und Druck auszuüben.