DE69802409T2

DE69802409T2 - Abgedichtetes gefäss zur behandlung oxidierbaren flüssigmetalls

Info

Publication number: DE69802409T2
Application number: DE69802409T
Authority: DE
Inventors: Jacques Moriceau
Original assignee: Aluminium Pechiney SA; Pechiney Rhenalu SAS
Current assignee: Novelis Inc Canada
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: FR2766209B1; JP2001510238A; US6331269B1; EP0998588B1; NO20000206D0; NO322601B1; ATE208434T1; FR2766209A1; CA2296749A1; CA2296749C; NO20000206L; AU8633898A; DE69802409D1; ES2166180T3; WO1999004046A1; EP0998588A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Gefäß oder eine Pfanne zur Behandlung leicht oxidierbaren Flüssigmetalls, mit einer oder mehreren Vorrichtungen, mit denen verhindert wird, dass Gase, die für das Flüssigmetall oder für Geräte, die sich in dem Gefäß befinden, schädlich sind, in das Gefäß eindringen, wodurch das Gefäß dann inertisiert ist. Bei den schädlichen Gasen handelt es sich generell um Gase, die Sauerstoff und/oder Wasserdampf enthalten.

STAND DER TECHNIK

Es ist bekannt, dass oxidierbare Flüssigmetalle, insbesondere Aluminium, Magnesium oder ihre Legierungen behandelt werden müssen, um sie zu entgasen, insbesondere um Wasserstoff zu entziehen und/oder um die Alkalien oder die Einschlüsse, insbesondere die festen Einschlüsse, die bei ihrer Oxidation entstehen, zu entfernen, bevor sie zu Halbzeug vergossen werden.
Diese Behandlung umfasst insbesondere das Einblasen eines Gases (im Allgemeinen Argon mit oder ohne Chlor), beispielsweise unter Verwendung eines in dem Flüssigmetall versenkten Verteilerrotors, dessen Antriebswelle und Turbine zumeist aus Graphit sind, und/oder ein einfaches Filtrieren durch ein Filterbett aus Filterwerkstoff, beispielsweise einen porösen Keramikkörper oder ein beliebiges anderes Filtermedium.
Die Erzielung eines sehr geringen Gehalts an Wasserstoff im Metall ist für bestimmte Metallsorten kritisch und für die meisten stets gewünscht, um eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften zu vermeiden. Einrichtungen, mit denen Wasserstoff, der durch die Reduktion des in der Umluft enthaltenen Wasserdampfs entsteht, wieder in das Flüssigmetall eingeleitet wird, vermögen die Wirkungen der Entgasung in Grenzen zu halten.
Auch das Nichtvorhandensein von Einschlüssen, die insbesondere bei der Oxidation des Flüssigmetalls entstehen, die durch den Sauerstoff der Luft und/oder den Wasserdampf hervorgerufen wird, ist oft grundlegend für die Vermeidung von Fehlern in den später erzeugten Werkstücken, beispielsweise dünnen Bändern.
Außerdem kann der Kontakt des Flüssigmetalls mit dem Sauerstoff der Luft oder dem Wasserdampf folgende Konsequenzen haben:
- hoher Schmelzverlust mit der Gefahr, dass sich die Zusammensetzung der Legierung ändert,
- Gefahr, dass sich viel feste Schlacke in Form einer dicken Kruste bildet, die zu einer für die Qualität der Schmelze nachteiligen Verunreinigung und zu einem Verschleiß der Welle des Gaseinblasrotors durch Erosion führt, wo doch diese Gase entfernt werden sollen,
- außerdem ein oxidationsbedingter frühzeitiger Verschleiß der oxidierbaren Teile, die sich in dem Behandlungsgefäß befinden, insbesondere der Rotorwelle, die in der Regel aus Graphit ist. ·
Somit ist es von größter Wichtigkeit, dass sowohl im Verlauf der Behandlung als auch während der Zeit des Temperaturhaltens zwischen zwei Behandlungen jeglicher Kontakt des Flüssigmetalls mit der Sauerstoff und/oder Wasserdampf enthaltenen Umluft vermieden wird, um die Leistungen der Behandlungsgefäße und die Qualität des behandelten Metalls zu verbessern.
Dazu ist es bekannt (Patente EP 216393, US 3870511), an der Oberfläche des Metalls unter dem Deckel des Behandlungsgefäßes, das einen Dichtverschluss aufweist, einen leichten Gasstrom mit geringem Gehalt an Wasserdampf oder einen Inertgasstrom, zum Beispiel vom Typ Argon, aufrechtzuerhalten oder umlaufen zu lassen, jedoch erweist sich eine solche Vorrichtung als kostspielig im Hinblick auf den Inertgasverbrauch und gleichzeitig als unzulänglich, was die Wirksamkeit betrifft. Insbesondere wird dabei nur die Oberfläche des Bades abgeschirmt. Außerdem sind die gewöhnlichen Vorrichtungen zum dichten Verschließen des Gefäßes in der Regel kompliziert und kostenaufwendig im Einsatz, um gegen Lufteintritte wirksam zu sein.
Es ist weiterhin bekannt, das Flüssigmetall unter Vakuum im Gefäß zu schützen (Patent DE 43 07 867), allerdings ist diese Lösung sowohl mit hohen Kosten verbunden als auch schwierig durchzuführen und kann sogar Lufteintritte hervorrufen.
Aus der Patentanmeldung JP 62 240724 (Showa) ist ein Behandlungsgefäß (1) und sein Deckel (10) bekannt; die Abdichtung zwischen Gefäß und Deckel ist dabei durch eine Protuberanz (13) sichergestellt, die sich am Umfang des Deckels (10) befindet und in einem Sandbett (9) vergraben ist, das in einer entsprechend ausgebildeten Rinne (8) am Umfang des Oberteils des Gefäßes (1) enthalten ist, und durch eine wärmebeständige Dichtung (12), die zwischen dem Deckel (10) und der Gefäßoberseite (11) angebracht ist. Eine solche Dichtungsanordnung ist weder in der Montage noch im Betrieb besonders einfach und zeigt deutlich, dadurch, dass sie zweiteilig ist, dass jede der beiden Dichtungen einzeln betrachtet unzureichend ist. Außerdem ist die Gefahr nicht ausgeschlossen, dass die Schmelze durch den Sand verunreinigt wird. Die Abdichtung der Durchführung des Gaseinblasrotors (4) durch den Deckel erfolgt außerdem durch eine druckbeaufschlagte Gaskammer (22), die den Nachteil aufweist, Gas zu verbrauchen und überwacht werden zu müssen.
Weiterhin ist aus der Patentanmeldung DE 28 15 011 eine Vorrichtung zur Abdichtung eines Vakuum-Schmelzgefäßes bekannt, mit einem aufblasbaren Wulst (16), der mit einem elastischen Dichtband (17) zusammenwirkt, das an seinem Umfang angebracht ist und zur Abdichtung des Gefäßes an einer Innenwand der Rinne (21) dicht anliegt, wobei der Wulst, der den Druck bewirkt, in einer durch den Dichtrand (18) verschlossenen Aufnahme fest montiert ist auch diese zusammengesetzte Dichtungsanordnung ist weder in der Ausführung noch im Betrieb besonders einfach, da sie gegen Vakuum beständig sein soll.
Es ist auch bekannt, die Oberfläche des Flüssigmetalls mit geschmolzenen Abdecksalzen zu schützen, jedoch ist dieser Schutz angesichts der brodelnden Oberfläche bedingt durch die Entgasungsbehandlung unvollkommen und die Gefahr, dass Einschlüsse in das Flüssigmetall eingebracht werden, liegt auf der Hand. Außerdem müssen die Abdecksalze behandelt werden.
Die Anmelderin hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, ein inertes Behandlungsgefäß zu entwickeln, mit dem jeglicher schädliche Kontakt zwischen Flüssigmetall und Außenluft vermieden werden kann, wobei das Gefäß weiterhin genauso kompakt und noch wirtschaftlicher und einfacher zu realisieren und zu betreiben sein soll. ·
Bekannt sind auch zahlreiche Modelle von Gefäßen für die kontinuierliche oder halbkontinuierliche Behandlung oxidierbarer Flüssigmetalle.
Diese Gefäße weisen zunächst ein Gefäßgehäuse auf, das im wesentlichen aus einem Außenbehälter aus Stahl besteht, dessen Innenwände mit einem relativ porösen und in Bezug auf das behandelte Metall möglichst inerten feuerfesten Mauerwerk ausgekleidet sind. Die Innenausstattung hängt von der oder den Behandlungen ab, denen das Metall unterworfen werden soll.
Das so ausgemauerte Gefäß kann mit Hilfe von Trennwänden, die ebenfalls aus inertem feuerfesten Mauerwerk bestehen, in drei Kammern unterteilt werden.
Dieses Mauerwerk wird zumindest teilweise mit Mörtel und feuerfestem Isoliermaterial hergestellt. Zum Trocknen und Brennen dieses feuerfesten Mauerwerks unter gleichzeitiger Vermeidung seiner Verformung weist das Gehäuse eine Vielzahl Löcher auf, um die Ableitung des Wasserdampfs und der Trocknungsgase zu ermöglichen. Sie dienen auch zur Ableitung eines Teils des Wasserdampfs, der bei Stillständen oder Entleerungsarbeiten des Gefäßes von den feuerfesten Stoffen und/oder dem Isoliermaterial oder allgemeiner von der Auskleidung aufgenommen wurde, wobei ein anderer Teil des Wasserdampfs das in dem Gefäß behandelte Metall verunreinigen kann.
Umgekehrt können diese Löcher bei Stillständen des Gefäßes wesentlich zur Feuchtigkeitsaufnahme der Auskleidung beitragen, wobei die Feuchtigkeit im weiteren Verlauf zumindest teilweise wieder in das behandelte Metall zurückgeht und, wie bereits gesagt, seine Qualität beeinträchtigt.
Die Gefäße weisen auch einen Deckel auf, durch den vielfach lösbare (d. h. von dem Gefäß entfernbare) und/oder bewegliche Einrichtungen, die zur Durchführung des Behandlungsverfahrens notwendig sind, geführt sind. Dabei handelt es sich insbesondere um Mittel zur Einleitung der Behandlungsgase, d. h. in der Regel um Verteilerturbinen, die am Wellenstumpf eines Rotors angebracht sind; dieser Rotor kann so durch den Deckel geführt sein oder zuweilen auch von einer festen Ummantelung umgeben sein, wobei das Ganze lösbar bleibt. Es kann sich auch um Mittel zur Erwärmung des Flüssigmetalls handeln, wie zum Beispiel teilweise in die Schmelze eingetauchte Heizstäbe, die lösbar sein können, oder um Mittel zur Temperaturmessung (Thermoelemente).
Das Gefäßgehäuse weist wie der Deckel eine metallische Außenwand auf, die eventuell mit Löchern versehen und innen mit Feuerfestmaterial ausgekleidet ist. Zwischen dem Deckel und der Oberfläche der Schmelze ist in der Regel ein Zwischenraum vorgesehen.
Die Gefäße weisen weiterhin Eintritts- und Austrittsmittel für das Flüssigmetall auf, die so ausgestaltet sein können, dass jeglicher Kontakt zwischen dem in dem Gefäß behandelten Metall und der Außenluft vermieden wird. Bei diesen Mitteln handelt es sich im Allgemeinen um solche vom Typ "steigende Versorgung" oder "hebernde Versorgung", bei denen das Flüssigmetall selbst die Abdichtung und die Isolierung des Gefäßinnenraums nach außen gewährleistet.
Das Gefäßgehäuse kann an seiner Basis eine Entleerungsöffnung aufweisen, die durch seine Wand geführt ist und beispielsweise mit einem abnehmbaren Stopfen verschlossen werden kann.
Diese Hilfseinrichtungen können alle der Ursprung des störenden und für die Qualität des behandelten Metalls schädlichen Eindringens feuchter Luft sein; es ist deshalb notwendig, dies zu vermeiden.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Inertgefäß zur Behandlung oxidierbaren Flüssigmetalls, so wie es im Patentanspruch 1 definiert ist.
Die im Allgemeinen metallische dichte Ummantelung aus Stahl ist luftdicht verschlossen. Sie kann aus mehreren, dicht miteinander verbundenen Teilen bestehen. Die so hergestellte doppelte Ummantelung enthält ein trockenes und vorzugsweise inertes Erdgas, zum Beispiel Stickstoff oder Argon. Dabei kann es sich um einen schwachen Gasstrom handeln, wobei die Ummantelung dann mindestens einen Gaseintritt und einen Gasaustritt aufweist, die in der Regel kalibriert und/oder verschließbar sind, oder um statische Luft, deren Druck so kontrolliert wird, dass er geringfügig über dem Luftdruck liegt.
Sie kann an einem Tiefpunkt des Gehäuses oder Deckels einen Ablasshahn zur Ableitung des Kondenswassers aufweisen, das aus dem Feuerfestmaterial kommt und durch die Löcher der Wandung strömt.
Die randseitige aufblasbare Dichtung, die dazu dient, die Dichtheit zwischen dem Gefäßgehäuse und seinem Deckel herzustellen, besteht aus einem einfachen temperaturbeständigen Wulst aus Elastomer, der vorzugsweise mit einem neutralen Gas mit einem Druck gefüllt ist, der an das Gewicht des Deckels und die Oberfläche der abzudichtenden Auflageflächen entsprechend angepasst ist.
Eine solche Vorrichtung ist ein wichtiges Mittel der Erfindung und erweist sich als besonders effizient und gleichzeitig wirtschaftlich und einfach zu realisieren. Sie ermöglicht es nämlich, den Innenraum des Gefäßes und die Oberfläche des Metallbades sicher von der Außenluft zu isolieren, da sie sich sehr gut an die mit dem Deckel und dem abzudichtenden Gefäßgehäuse fest verbundenen Auflageflächen anpasst, die in der Regel unregelmäßige Geometrien, oftmals verwundene Profile und eine approximative Ebenheit aufweisen und leicht verformbar sind; sie allein ermöglicht also eine gute Inertisierung des Gefäßes.
Außerdem ist der Deckel, der einfach auf den aufblasbaren Wulst aufgelegt ist und durch sein Eigengewicht die Dichtheit sicherstellt, leicht, schnell und automatisch fernbedienbar, wodurch jegliches Risiko für das Personal vermieden wird.
Erfindungsgemäß ist es mitunter von Vorteil, wenn das Inertgefäß zumindest diese doppelte Ummantelung aufweist, mit der verhindert werden kann, dass bei Stillständen und Entleerungsarbeiten des Gefäßes Feuchtigkeit von dem feuerfesten Mauerwerk aufgenommen wird und diese Feuchtigkeit dann während der Behandlung wieder in das Metall gelangt und es verunreinigt. Die Inertisierung des Gefäßes wird noch verbessert, wenn das Gefäß selbst mit einer aufblasbaren Dichtung und/oder mit Abdichtungsmitteln an den Durchführungen der Hilfseinrichtungen ausgestattet ist.
Um bessere Ergebnisse zu erzielen, ist es selbstverständlich ratsamer, wenn das Gefäß während der Arbeiten, die ein Halten der Temperatur erfordern, und/oder während der Entleerungsarbeiten geschlossen bleibt.
Die Hilfseinrichtungen zur Durchführung und Kontrolle der Behandlung des Flüssigmetalls sind in der Regel lösbar, d. h. sie können durch den Deckel oder das Gefäßgehäuse hindurch bedient werden, um sie zu positionieren oder mit Hilfe von Hebevorrichtungen aus dem Flüssigmetall herauszuziehen; es handelt sich dabei insbesondere um die Einrichtungen zur Zuführung von Behandlungsgas (zum Beispiel Antriebswelle der Rotorturbine), zur Erwärmung des Flüssigmetalls (zum Beispiel teilweise eingetauchte Heizstäbe), zur Temperaturmessung (zum Beispiel ein teilweise eingetauchtes Thermoelement). Eine lösbare Einrichtung, die durch das Gefäßgehäuse geführt ist, kann beispielsweise eine Entleerungsöffnung sein, die durch einen mit einer Betätigungsspindel bewegten Stopfen verschlossen wird.
Die Einrichtungen können auch beweglich sein, wie zum Beispiel die rotierende Welle des Gasinjektors, wenn sie nicht mit einer festen Schutzhülse versehen ist.
Die Abdichtung dieser lösbaren und/oder beweglichen Einrichtungen bei der Durchführung durch den Deckel oder das Gefäßgehäuse ist vorteilhaft durch eine Vorrichtung vom Typ Stopfbuchse sichergestellt, die gewöhnlich aufweist:
- einen die Einrichtung umgebenden Flansch, der dicht (z. B. durch Schweißen) am Deckel oder am Gefäßgehäuse oder an der sie umgebenden Ummantelung befestigt ist und in dem eine Aufnahme für einen Dichtungsring vorgesehen wurde, welcher in seinen Abmessungen an die bewegliche Einrichtung angepasst ist und diese umgibt,
- einen Dichtungsring in der Regel eine Tresse aus Graphit, die in der die Einrichtung umgebenden Aufnahme angeordnet ist,
- einen Gegenflansch, der ebenfalls die Einrichtung umgibt und Mittel aufweist, durch welche die Dichtung gegen die Wandungen der Aufnahme und die lösbare und/oder bewegliche Einrichtung gedrückt werden kann, und zwar mit Hilfe von Spannvorrichtungen, die mit dem mit dem Deckel oder dem Gefäßgehäuse fest verbundenen Flansch zusammenwirken.
Der Flansch und seine Stopfbuchse können lösbar, aber dicht am Deckel oder am Gefäßgehäuse vermittels einer Dichtung und Spannmittel auch an einem ersten Flansch solide befestigt sein, der unmittelbar und dicht (zum Beispiel durch Schweißen) am Deckel oder am Gefäßgehäuse befestigt ist, was Ausbau und Wartung erleichtert.
Diese in beide Richtungen dichte Vorrichtung ist besonders wirksam, um das Flüssigmetall von der Außenluft zu isolieren, insbesondere dann, wenn ein Gasüberdruck im Innern des Gefäßes herrscht oder wenn zufällig ein Unterdruck entsteht, beispielsweise bedingt durch eine unerwartete Abkühlung.
Wenn feste Einrichtungen durch den Deckel oder das Gefäßgehäuse geführt sind, erfolgt die Abdichtung auf herkömmliche Weise, d. h. die Einrichtung wird über eine Dichtung an einem Gegenflansch festgelegt, der auf dem Deckel oder dem Gefäßgehäuse dicht befestigt oder aufgeschweißt ist.
Die Vorrichtung zur Regelung des Drucks im Innern des Gefäßes weist typisch durch den Deckel geführte Gaseintritts- und Gasaustrittsrohre auf und wird mit einem trockenen Erdgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon betrieben. Das gewöhnlich mit einem Druckventil versehene Austrittsrohr kann auch zur Abführung der in das Flüssigmetall eingeleiteten Behandlungsgase dienen.
Die Druckregelungsvorrichtung kann auch dazu verwendet werden, in das Gefäß einen inerten Gasstrom einzuleiten, der während der Behandlung über die Oberfläche des Flüssigmetalls streicht, oder um das Gefäß unter trockenem und inerten Erdgas zu halten.
Sie weist weiterhin eine Einrichtung mit einer klassischen Druckregelschleife auf, die den Druck im Gefäß mit einem Sollwert vergleicht und die Druckregler auf den Gaseintritts- und Gasaustrittsrohren entsprechend aktiviert. Zusätzlich kann sie mit einer Gasmengenregulierung kombiniert sein.
Diese Vorrichtung ist dann besonders wirksam, wenn sie zusätzlich mit Vorrichtungen zur Abdichtung des Deckels verwendet wird, um die Verunreinigung der Flüssigmetalloberfläche und die Verbrennung oder frühzeitige Abnutzung der oxidierbaren Einrichtungen, zum Beispiel aus Graphit, zu vermeiden.
Um das Innere des Gefäßes vor der Außenluft zu schützen, wenn der Flüssigmetallspiegel zu niedrig ist und dadurch die Dichtheit in den sog. "steigenden" Ein- und Austrittsmitteln des Flüssigmetalls, insbesondere bei Entleerungs- und Befüllungsarbeiten, nicht mehr gewährleistet ist, ist es von Vorteil, diese Mittel mit eigenem Dichtungsmaterial auszustatten, beispielsweise mit einer Verschlussklappe.
Um bei der Inertisierung des Gefäßes die besten Ergebnisse zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäßen Mittel teilweise oder besser noch ganz miteinander zu kombinieren.
In Fig. 1 ist ein Gesamtschema eines abgedichteten Behandlungsgefäßes dargestellt, das eine Gaseinspritzung mittels eines versenkten Rotors und Hilfseinrichtungen aufweist; dabei sind mehrere erfindungsgemäße Abdichtungsmittel miteinander kombiniert.
So weist das Gefäß eine doppelte äußere Ummantelung auf, eine aufblasbare Dichtung zwischen Decke(und Gefäßgehäuse, Dichtungsmaterial vom Typ Stopfbuchse auf den lösbaren und/oder beweglichen Einrichtungen, die durch den Deckel und das Gefäßgehäuse geführt sind, und eine Vorrichtung zur Regelung des Druckes im Innern des Gefäßes.
In (1) ist die feuerfeste Ausmauerung des Gefäßgehäuses erkennbar, welche die Innenseite der Metallwand (2) auskleidet und das Flüssigmetall (3) enthält. In die Metallwand (2) ist eine Vielzahl von Löchern (nicht dargestellt) gebohrt, um die Ableitung des Wasserdampfs im Feuerfestmaterial während seines Trocknens zu ermöglichen; sie ist zur Bildung einer Doppelwand von einer Ummantelung (4) umgeben; im Innenraum (5) dieser Doppelwand ist ein trockenes Erdgas enthalten, dessen Druck höher ist als der Luftdruck, um zu vermeiden, dass die Außenluft mit der feuerfesten Auskleidung in Kontakt kommt und das Flüssigmetall verunreinigt.
Das trockene Erdgas wird mit Hilfe einer automatischen Druckregelung (7), die das Ventil (8) in Gang setzt, über das Rohr (6) in die Doppelwand (5) eingeleitet, wobei der Druck über den Messkreis (9) bestimmt wird.
Die äußere Ummantelung (4) weist in (10) einen an einem Tiefpunkt angeordneten und mit einem Ventil versehenen Abzweigstutzen zur Ableitung des gebildeten Kondenswassers auf.
(11) ist ein mit einem Ventil versehenes Gasaustritismittel, das zur Erzeugung eines Gasstroms in der Doppelwand und zur Ableitung des beim Trocknen des Feuerfestmaterials entstehenden Wasserdampfs verwendet werden kann.
Der Innenraum des Gefäßes ist durch eine Trennwand (12) aus feuerfestem Material in Kammern unterteilt.
Der Deckel weist wie das Gefäßgehäuse eine feuerfeste Auskleidung (13) auf der Innenseite der Metallwand (14) auf, welche ihrerseits von einer Ummantelung (15) umgeben ist, um eine gasgefüllte Doppelwand zu erhalten; die Gasversorgungsvorrichtung ist nicht dargestellt, sie kann so ausgestaltet sein wie die des Gefäßgehäuses.
Die sog. "steigenden" Ein- und Austrittsmittel für das Flüssigmetall, bei denen das Flüssigmetall selbst die Isolierung zwischen Gefäßinnenraum und Außenluft gewährleistet, können identisch sein.
In der Figur ist nur ein Ein- und Austrittsmittel beispielhaft dargestellt.
Es weist einen Kanal (16) zur Zuführung von Flüssigmetall auf, einen einfallenden Schacht (17), der so in der Wand des Gefäßgehäuses ausgebildet ist, dass die in das Gefäß mündende Öffnung bei normalem Betrieb unter dem Flüssigmetallspiegel (18) liegt.
Für den Fall, dass der Metallspiegel im Gefäß nicht hoch genug ist oder bei fehlendem Metall, beispielsweise bei Entleerungs- oder Befüllungsarbeiten, kann eine bewegliche oder regulierbare Verschlussklappe (19) vorgesehen sein.
Das Gefäß wird durch den Deckel mit Hilfe einer randseitigen aufblasbaren Dichtung (20) verschlossen, welche die Isolierung des Gefäßinnenraums sicherstellt und seine Beaufschlagung mit Überdruck ermöglicht.
Sie ist in einer ebenfalls randseitigen Aufnahme angeordnet, deren mindestens eine Wandung (21) (hier sind es zwei) fest mit dem Deckel verbunden ist und als Lagerfläche für die Dichtung dient, wobei mindestens eine andere Wandung (22) (hier sind es zwei) fest mit dem Gefäßgehäuse verbunden ist und ebenfalls als Lagerfläche für die Dichtung dient.
Der Querschnitt der Aufnahme ist ein Viereck, könnte aber auch eine andere Form haben, beispielsweise eine Kreisform.
Die aufblasbare Dichtung ist gewöhnlich aus wärmebeständigem weichelastischen Elastomer. Sie hat vorteilhaft einen rechteckigen Querschnitt, der einen besseren Kontakt mit den Auflageflächen und eine bessere Dichtwirkung ermöglicht.
Die Dichtheit wird durch Auffüllen der Dichtung in der Regel mit Stickstoff bewirkt, wobei sich die Dichtung dann an die als Auflagefläche dienenden Wandungen der Aufnahme drückt.
Eine solche Vorrichtung ist deshalb besonders geeignet, weil sie die Ebenheitsfehler der Auflageflächen oder die Dimensionsfehler ihrer Aufnahme, die sich bei dieser Art von Großgefäßen nicht vermeiden lassen, sehr gut berücksichtigt, selbst dann, wenn sich diese Fehler dadurch, dass das Gefäß zudem wiederholten Erwärmungs- und Abkühlungsprozessen ausgesetzt wird, verschärfen oder verändern.
Die Versorgung der aufblasbaren Dichtung mit Gas erfolgt über das Rohr (23) mit Hilfe des Druckreglers (24).
Die Vorrichtung zur Druckregulierung im Innern des Gefäßes umfasst eine Versorgungsleitung (25), die an einen Gasdruckregler (26) angeschlossen ist, welcher auf ein Ventil (27) einwirkt.
Die Austrittsleitung (28) dient sowohl als Druckanschlussstelle für den Druckregler (26) als auch als Abzug für die Behandlungsgase des Flüssigmetalls; sie ist mit einem regelbaren Ventil (29) ausgestattet.
Mit dem Druckregler (26) kann ein Gasmengenregler gekoppelt werden, falls die Oberfläche des Flüssigmetalls während der Behandlung, oder allgemeiner der Innenraum des Gefäßes mit einem Inertgas durchgespült und dabei ein höherer Druck als der Luftdruck aufrechterhalten werden soll.
Als durch den Deckel geführte Einrichtung ist zunächst ein Gasinjektionsrotor mit einer Turbine (30) vorgesehen, welche im Flüssigmetall versenkt ist und von einer Welle (31) angetrieben wird.
Die Dichtungsanordnung weist einen ersten Flansch (32) auf, der auf dem Deckel dicht befestigt ist (z. B. durch Schweißung, Dichtung, ...) und auf dem vermittels einer Dichtung (33) eine Stopfbuchse mit einem Flansch oder kranzförmig ausgebildeten Teil (34) fest angebracht ist, die die Welle (31) umgibt und dick genug ist, um eine an den Wellendurchmesser angepasste kreisförmige Aufnahme zu enthalten, in der eine Tresse (35) angeordnet ist, die von dem mit dem Teil (34) verschraubten Gegenflansch oder Spezialkranz (36) komprimiert wird.
Mit dieser Dichtungsanordnung kann sich die Welle sowohl drehen als auch in der Höhe verstellt oder aus dem Gefäß herausgezogen werden.
Als weitere durch den Deckel geführte Einrichtung ist das Heizelement (37) (vom Typ Heizstab) vorgesehen, das mit einem Ende in die Schmelze eintaucht und mit dem anderen Ende aus dem Gefäß herausragt. Die Abdichtung der Durchführung durch den Deckel erfolgt wie bei der Rotorwelle durch eine Dichtungsanordnung, die einen dicht auf dem Deckel befestigten ersten Flansch (38) umfasst, auf dem die eigentliche Stopfbuchse, wie die oben genannte (34-35-36) für die Rotorwelle (31), vermittels einer Dichtung (39) fest angebracht ist.
Erfindungsgemäß können auch Thermoelemente oder beliebige andere Vorrichtungen (nicht dargestellt) fest oder lösbar montiert werden.
Als Vorrichtung, die durch die Wandung des Gefäßgehäuses geführt ist, ist die Entleerungsöffnung vorgesehen, die aus einem Rohr (41) besteht, welches durch einen mit einer Spindel (43) betätigten Stopfen (42) verschlossen wird. Um die Dichtheit im Bereich der Spindel (43) herzustellen, können die gleichen Vorrichtungen wie für den Heizstab verwendet werden, beispielsweise ein die äußere Öffnung des Rohrs (41) umgebender erster Flansch (44), auf dem wiederum vermittels einer Dichtung (45) die eigentliche Stopfbuchse (46) fest angebracht ist, die die Dichtheit im Bereich der Betätigungsspindel (43) gewährleistet.
Die Stopfbuchsendichtungen oder -tressen sind in der Regel aus Graphit, können aber auch O-Ringe aus gewöhnlichem Elastomer sein, wenn die Temperatur der Flansche, auf denen sie angeordnet sind, dies zulässt. Es können auch aufblasbare Dichtungen oder beliebige andere geeignete Techniken verwendet werden.
Dieses Beispiel der Erfindung könnte auch bei einem Behandlungsgefäß zum Filtrieren von Flüssigmetall oder bei einem kombinierten Gefäß zur Behandlung mit Gas und Filtrieren Anwendung finden.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die Erfindung ermöglicht eine wirksamere und vollständigere Entgasung des Metalls, indem jeglicher Kontakt des Flüssigmetalls mit dem Wasserdampf, der zu einer erneuten Anreicherung des Metalls mit Gasen führen könnte, oder mit der Luft, die es verschmutzen könnte, vermieden wird.
Dieser Kontakt kann an der freien Oberfläche des Metalls und an der Grenzfläche zwischen dem Metall und der hochprozentig porösen Auskleidung entstehen, weswegen es von Vorteil ist, zusätzlich zur Inertisierung der Flüssigmetalloberfläche, die sich aus der Verwendung einer aufblasbaren Dichtung und optional aus dem Überdruck im Gefäß ergibt, ein Gefäß mit einer Doppelwand zu verwenden, um jegliche schädliche Verbreitung von Feuchtigkeit oder Luft durch die Auskleidung hindurch zu vermeiden, wobei die Inertisierung noch verbessert wird, wenn die Stellen, an denen die lösbaren und/oder beweglichen Hilfseinrichtungen durch das Gefäßgehäuse geführt sind, abgedichtet werden.
Durch die Erfindung kann auch ein frühzeitiger Verschleiß der zum Beispiel aus Graphit bestehenden Verbrauchsteile infolge Oxidation verhindert werden. Bei fehlender Inertisierung herrscht nämlich eine Temperatur von ca. 500 bis 700ºC in dem Raum oberhalb des Flüssigmetalls und fördert die Oxidation bedingt durch die Luft, die sich dort befindet und durch natürliche Konvektion erneuert werden kann.
So wurde in der Vergangenheit oft festgestellt, dass ein inerter Gasstrom in die Nähe der Rotorwelle aus Graphit geführt werden musste, um dort die Oxidation zu hemmen und einen Bruch zu vermeiden.
Die erfindungsgemäßen Inertisierungsvorrichtungen zur Isolierung des über dem Flüssigmetall liegenden Raums, insbesondere mit Hilfe der Dichtung zwischen Gefäßgehäuse und Deckel, die vorteilhaft durch die Dichtungsmittel der Hilfseinrichtungen und/oder die Druckregelungsvorrichtung ergänzt wird, ermöglichen es, die Anwesenheit von Sauerstoff und Wasserdampf zu verhindern. Es wird dann keine exzessive Oxidation des Flüssigmetalls mehr festgestellt, da sich die Menge anfallender Schlacke so spürbar reduzieren lässt, dass entsprechende Eingriffe zu ihrer Beseitigung - unabhängig von den Gebrauchsbedingungen des Gefäßes - praktisch nicht mehr erforderlich sind. Auch der Wasserstoffgehalt des Flüssigmetalls ist und bleibt schwach.
Außerdem bleibt eine sehr leichte und schnelle Einsetzbarkeit bzw. Bedienungsfreundlichkeit des mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen versehenen Gefäßes erhalten, wobei insbesondere die Bedienungsarbeiten (beispielsweise die Deckelbedienung) vollständig ferngesteuert werden können.

Claims

1. Inertgefäß zur Behandlung oxidierbaren Flüssigmetalls (3) mit einem Gefäßgehäuse und einem darüber angebrachten Deckel, wobei Gehäuse und Deckel jeweils eine Metallwand (2, 14) aufweisen, die auf ihrer Innenseite mit einer inerten feuerfesten Auskleidung (1, 13) versehen ist, eine Vielzahl von Löchern in die Wand des Gefäßgehäuses und wahlweise in die des Deckels gebohrt sind, lösbare und/oder bewegliche Hilfseinrichtungen (31, 37) durch den Deckel und wahlweise das. Gefäßgehäuse geführt sind, das Gefäßgehäuse Eintritts- und Austrittsmittel (17) für das Flüssigmetall aufweist, dergestalt, dass jeglicher Kontakt zwischen dem Flüssigmetall (3) im Gefäß und der Außenluft vorzugsweise mit Hilfe einer Einrichtung vom Typ Flüssigmetallheber vermieden wird, das Gefäß wahlweise mit einer Druckregelungsvorrichtung (25-27) ausgestattet ist, mit der sein Innendruck auf einen höheren Wert als der Luftdruck eingestellt werden kann, und es dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens eine aufblasbare Dichtung (20) zwischen Deckel und Gefäßgehäuse aufweist, dass die Dichtung (20) in einer randseitigen Aufnahme (21, 22) plaziert ist, deren mindestens eine Wandung (21) fest mit dem Deckel verbunden ist und als Lagerfläche für die Dichtung dient und mindestens eine andere Wandung (22) fest mit dem Gefäßgehäuse verbunden ist und ebenfalls als Lagerfläche für die Dichtung dient, und dass die Dichtung (20) mit den Wandungen (21, 22) unmittelbar in Kontakt ist.

2. Inertgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (20) rechteckigen Querschnitts ist.

3. Inertgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich eine der folgenden Vorrichtungen aufweist:

a) eine dichte Ummantelung (4, 15), welche die Metallwand (2, 14) des Gefäßgehäuses und wahlweise des Deckels, wenn dieser Löcher aufweist, umgibt, wobei die Ummantelung (4, 15) durch einen Hohlraum, der ein trockenes Erdgas enthält, von der Wand getrennt ist;

b) Dichtungsmittel (34-36, 40, 46) auf sämtlichen lösbaren und/oder beweglichen Hilfseinrichtungen, die durch den Deckel und wahlweise das Gefäßgehäuse geführt sind.

4. Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dichte Ummantelung des Gefäßgehäuses am Tiefpunkt einen Abzweigstutzen (10) zur Ableitung von Wasserdampfkondensat aufweist.

5. Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmittel der lösbaren und/oder beweglichen Hilfseinrichtungen vom Typ Stopfbuchse sind und vorzugsweise einen Flansch (34) aufweisen, der dicht am Deckel oder am Gefäßgehäuse befestigt ist, wobei der Flansch eine ringförmige Aufnahme um die lösbare und/oder bewegliche Einrichtung (31) herum aufweist, einen Dichtungsring (35) in der Aufnahme sowie einen Gegenflansch (36) mit Mitteln zum Komprimieren des Dichtungsrings (35) mit Hilfe von Spannvorrichtungen, die mit dem Flansch (34) zusammenwirken.

6. Gefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dichte Befestigung des Flanschs (34) am Deckel, am Gefäßgehäuse oder an der diese umgebenden dichten Ummantelung eine Schweißnaht oder vermittels einer Dichtung (33) und Spannmittel eine Befestigung des Flanschs (34) an einem ersten Flansch (32) aufweist, welcher dicht auf den Deckel, das Gefäßgehäuse oder die dichte Ummantelung aufgeschweißt ist.

7. Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfseinrichtungen mindestens eines der folgenden Elemente umfassen: einen Rotor (30, 31) zur Einleitung von Behandlungsgas in das Flüssigmetall, ein oder mehrere zum Teil in das Metall eingetauchte Heizelemente (37), ein Thermoelement, eine Vorrichtung zur Entleerung des Gefässes.

8. Gefäß nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen oder der Dichtungsring aus Graphit sind.

9. , Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Eintritts- und Austrittsmitteln für das Flüssigmetall, dergestalt, dass die Isolierung zwischen Gefäß und Außenluft durch das Flüssigmetall gewährleistet ist, um eine sog. "steigende" oder "hebernde" Zuführungsvorrichtung handelt, die innerhalb des Gefäßgehäuses unter der freien Oberfläche (18) des Flüssigmetalls (3) eine Öffnung aufweist, über welche das Flüssigmetall befördert wird.

10. Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintritts- und Austrittsmittel für das Flüssigmetall eine regulierbare dichte Verschlussklappe (19) aufweisen, die es ermöglicht, bei zu wenig oder fehlendem Flüssigmetall (3) die Metalleintritts- oder Austrittsöffnung des Gefäßes zu verschließen.