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Verfahren und Vorrichtung zur schnellen Durchführung von metallurgischen
Verfahren Es sind; bereits Vorrichtütigen Lind Anwendungsarten bekannt, mit deren
Hilfe durch aufeinanderfolgendes und abwechselndes Umgießen eines Metalls und einer
Schlacke aus einem Behälter in einen arideren und umgekehrt i.nfti>l!ge .der ,dem
Metall durch dieses Umgießen mitgeteilten kinetischen Energie eine innige Vermischun.g.der
Schlzacke und des Metalls herbeigeführt wird, welche gestattet, schnelle Reaktionen
zwischen dem Metall und der Schlacke zu erzielen. Das Metall und die Schlacke werden
Vermischungen unterworfen, .die mit Unterbrechungen ausgeführt werden. Andererseits
ist wegen der -rorm dieser Vorrichtungen ihr Puttet verhältnismäßig bedeutenden
zersetzenden Wirküngen unterworfen.
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Die Patentinhaberin hat festgestellt, daß es mög= lieh ist, schnelle
!Zeäktioneti des Metalls auf die Schlacke zu erzielen, wenn ein Gemisch von Metall
und Reaktionsstoff mit abwechselnd zu- und abnehmenden Geschwindigkeiten in einem
um seine zur großen Achse des Behälters senkrechte Achse mit einer ausreichenden
Geschwindigkeit in Drehung versetzten Behälter von annähernd ovaler oder elliptischer
Form fortlaufend zur Umschüttung
gebracht wird, damit eine gegenseitige
Durchdringung des Metalls und des Reaktionsstoffes erfolgt. Die Änderungen der Geschwindigkeit
des Emporhebens und des Umschüttens der in der Vorrichtung in Bewegung befindlichen
Masse, die auf die veränderlichen Abstände der flüssigen Masse in bezug auf die
Drehachse der Vorrichtung zurückzuführen sind, haben bedeutende gegenseitige Durchdringungen
des Metalls und der Schlacke zur Folge, wenn die Drehgeschwindigkeit der Vorrichtung
zwischen zwei Grenzwerten gehalten wird, einem unteren Grenzwert, bei dem das Metall
und die Schlacke lediglich in zwei Schichten fließen, die ohne gegenseitige Durchdringung
aneinander gleiten, und einem oberen Grenzwert, bei dem das Metall durch die Zentrifugalkraft
gegen die Wandung der Vorrichtung gedrückt bleibt:, während die Schlacke sich in
einer inneren Schicht einstellt, die andern Metall anliegt, mit dem sie sich nicht
mischt. Zwischen diesen beiden äußeren Grenzen, die von der Art des Metalls, seiner
Dichte, seiner Viskosität sowie ,den entsprechenden Eigenschaften der Schlacke abhängen,
erfolgt die gegenseitige Durchdringung des Metalls und: der Schlacke mit einer Stärke,
die mit der Entfernung von den oben angegebenen Grenzwerten zunimmt, um in jedem
einzelnen Fall von Metall und( Schlacke einen Höchstwert bei einer Drehgeschwindigkeit
der Vorrichtung zu erreichen, welche die günstigste Geschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit
ist, bei der die angestrebte Reaktion zwischen dem Metall und der Schlacke in der
kürzesten Zeit vor sich geht. Diese Geschwindigkeit wird in jedem Fall durch Versuche
bestimmt.
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Dank der Form der Vorrichtung erfolgt eine fast fortlaufende gegenseitige
Durchdringung des- Metalls und der Schlacke, wodurch die Dauerdes Vorgangs verringert
wird; andererseits. sind die Beschädigungen des Futters des Behälters auf ein Mindestmaß
herabgesetzt.
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Die Wandungen des Behälters 'können eine Form erhalten, die nicht
genau oval oder elliptisch, sondern vielmehr doppeltrapezförmig mit abgerundeten
Übergängen ist. Die verhältnismäßig plötzlichen Krümmungsänderungen, die sich aus
dieser Form ergeben, verstärken die Strömungen, die für die Schnelligkeit des Vorgangs
günstig sind.
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Neben (dein vorstehend beschriebenen Durchmischungsverfahren hat die
Erfindung die oben beschriebene Vorrichtung und insbesondere auch eine derartige
Vorrichtung zum Gegenstand, bei .dem der Behälter kardanisch an einer waagerechten
Drehwelle unter Vermittlung einer Gabel angebracht ist, die mit der Welle zusammenhängt
und an' deren Schenkeln der Behälter mittels Drehzapfen gelagert ist, deren Achse
senkrecht zu der die Gabel tragenden Drehwelle ist. Die große Achse -des Behälters
ist senkrecht zur Achse des Drehzapfens. Der Behälter kann somit zwei Drehbewegungen
ausführen, eine um die Haupfidrehwelle der Vorrichtung, die andere um die Achse
der Drehzäpfen.
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Die Vorrichtung weist eine Öffnung für die Beschickung mit den Stoffen
auf, von .denen der eine auf -den anderen zur Einwirkung gebracht werden soll; diese
Öffnung, die auch als Gießtülle für die Schlacke oder selbst für das, Metall dienen
kann, ist beispielsweise in der Seitenwand des Behälters in .gleichen Abständen
von den: Drehzapfen und im wesentlichen auf der halben Höhe des Behälters ausgebildet.
Ein Gießloch kann gegenüber der obenerwähnten Beschickungsöffnung angeordnet sein.
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Es ist auf diese Weise möglich, den Behälter in alle möglichen Stellungen
zu bringen, insbeson$ere in die der Beschickung und dem Abgießen entsprechenden
Stellungen.
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Es kann ferner ein vollkommener Verschluß des Behälters vorgesehen
sein, beispielsweise mit Hilfe von dichten Deckeln, die. auf die Öffnungen gebracht
werden. Ein solcher Verschluß ermöglicht, im Vakuum oder unter Druck oder auch in
einer Atmosphäre von geregelter Zusammensetzung zu arbeiten.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Zeichnungen, in denen die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht ist, und zwar zeigt Fig. )i einen Aufriß der Vorrichtung, Fig. 2
einen Grundriß derselben, Fig. 3 eine Stirnansicht .des Behälters im Schnitt nach
der Linie A-A der Fig. i mit seiner Traggabel, Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt
des Behälters in der Stellung für das Ausfließen des Metalls, Fig. 5 einen entsprechenden,
vergrößerten Schnitt des Behälters in der Stellung für .das Abschlacken. In Berndargestellten
Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung aus einem Behälterei, ,der mittels Drehzapfen
:2 in einer Gabel 3 gelagert ist, die mit einer Achse 4 zusammenhängt, welche über
ein Zahnradgetriebe 5, 6 durch einen Motor 7 angetrieben wird.
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Der Behälter wird von einer metallischen Hülle 8 über einem feuerfesten
inneren Futter 9 gebildet. Eine Öffnung ist bei io für die Beschickung und ,die
Entleerung der Schlacke .ausgebildet. Bei ri (Feg. 4) ist ein Gießloch für das Metall
angeordnet. Die Einzelheiten dieses Gießloches sind in der Fig. 5 weggelassen.
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Das Innere des Behälters i 'hat die Form eines doppelten trapezförmigen
Pyramidenstumpfes mit abgerundeten Übergängen bei IQ, ib, ic, id, wobei von den
Wänden des Pyramidenstumpfes die einen im wesentlichen eben und die anderen gekrümmt
sind, wie aus Fig. 3, 4 und 5 ersichtlich.
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Um schnelle Reaktionen auszuführen, beispielsweise zwischen einem
geschmolzenen Metall und einer geschmolzenen Schlacke, werden zunächst das geschmolzene
Metall und die geschmolzene Schlacke in Aden Behälter i eingebracht, nachdem dieser
in eine senkrechte Stellung gebracht worden ist, in der .die große Achse des ovalen
Querschnitts senkrecht und die Ebene der Gabeln 3 waagerecht ist. Die in den Behälter
eingebrachte Menge des geschmolzenen. Metalls und der geschmolzenen Schlacke muß
eine solche sein, daß der Spiegel des
Bades deutlich unterhalb der
Gieß- oder Beschickungsöffnung liegt.
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Nachdem die Beschickung erfolgt ist, wird der Behälter i um,die Hauptdrehachse
4 der Anordnung in Drehung gesetzt. Man stellt alsdann fest, daß, wenn die Drehgeschwindigkeit
einen ausreichenden Wert erreicht hat, zwischen dem geschmolzenen Metall und der
geschmolzenen Schlacke eine ausgezeichnete Wirbelung stattfindet mit einer gleichsam
ununterbrochenen gegenseitigen Durchdringung der Metall- und Schlacketeilchen. Bei
einer langsameren Geschwindigkeit würde nur ein Gleiten der Schlackeschicht auf
der Metallschicht stattfinden, wobei die Stoffe mach ihren Dichten geschieden bleiben:.
Bei einer größeren Geschwindigkeit dagegen würden sich die Schichten gegen die Wandungen
legen und infolge der Fliehkraft getrennt bleiben. Es ist also wichtig, daß die
Drehgeschwindigkeit im Laufe der Behandlung zwischen zwei Grenzen gehalten wird,
um die innige gegenseitige Durchdringung der beiden Flüssigkeiten herbeizuführen
und so eine sehr rasche Abwicklung der angestrebten: Reaktionen zu ermöglichen.
Diese Drehgeschwindigkeit hängt unter anderem von den Abmessungen der Vorrichtung
ab. Sie wird in jedem Einzelfall leicht -durch einen Vorversuch bestimmt.
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Beispielsweise sind bei einer Vorrichtung, die einen. Behälter i aufweist,
dessen innerer Querschnitt die folgenden Abmessungen besitzt: große Achse 2,4o m,
kleine Achse i,6o m, und, der zur innigen Durchmischung ,eines geschmolzenen Metalls
und einer ebenfalls geschmolzenen Schlacke dient, gute Ergebnisse mit einer Drehgeschwindigkeit
von etwa dreizehn Umdrehungen in der Minute erhalten worden.
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Die Vorteile der Vorrichtung von der beschriebenen Bauart sind die
folgenden: :i. Die Durchmischung der miteinander in Reaktion tretenden: Stoffe erfolgt
praktisch fortlaufend ohne Unterbrechung, so daß die Reaktion in einer sehr kurzen
Zeit durchgeführt werden kann; 2. diese Durchmischung wird durch eine gleichförmige
Drehbewegung herbeigeführt, die leicht mit geringen Kosten zu verwirklichen ist;
3. die innere Form des Behälters ist einf'ac'h und weist keinen vorspringenden Teil
auf, wodurch die Herstellung und die Unterhaltung der feuerfesten Auskleidung weitgehend
erleichtert wird; die Ausbesserungen können ohne Schwierigkeit und mit geringen.
Kosten erfolgen; 4. das Abgießen des Metalls oder der Schlacke kann sehr bequem
vorgenommen werden. Fig. 4 zeigt die Stellung, die dem Behälter zu erteilen ist,
um das Metall abfließen zu lassen. Fig. 5 zeigt die dem Behälter zu erteilende Stellung,
um die Schlacke zu entleeren und das Metall in der Vorrichtung zu belassen. Diese
Stellungen können durch Drehung des Behälters in dem einen oder anderen Sinne um
die Drehzapfen 2 mit Hilfe eines Handrades i2 eingestellt werden, nachdem der Stift
13 entfernt worden ist, worauf die Hauptdrehachse 4 der Anordnung in eine solche
Lage gebracht wird, daß die Sehenkel der Gabel 3 sich in einer waagerechten Ebene
befinden.
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Fig. 5 läßt erkennen, wie besonders leicht es ist, über dem Metallband
die sauf ihm schwimmende Schlacke zu entfernen. In Anbetracht der verhältmäßig bedeutenden
Tiefe und des verhältnismäßig geringen Querschnitts des in dieser Stellung von dem
Metallbad und der Schlacke eingenommenen Volumensi kann durch einfaches Abgießen
fast die ganze Schlacke entfernt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß ein bedeutender
Anteil des Metalls mitgerissen wird. Dies ist besonders für den Fall wichtig, daß
das Volumen des behandelten Metalls klein gegenüber dem Volumen der Schlacke ist.
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Wenn die Vorrichtung mit einer Gießöffnung für das Ausgießen des Metalls
ausgestattet wird, wie in Fig.4 dargestellt, ist es leicht ersichtlich, daß das
Abgießen des Metalls möglich ist, indem der Vorrichtung die in dieser Figur angegebene
Stellung erteilt wird.
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Im vorstehenden ist ständig die Rede gewesen von Reaktionen zwischen
geschmolzenem Metall und geschmolzener Schlacke, jedoch ist die Anwendung der Vorrichtung
keineswegs auf derartige Reaktionen beschränkt. Die Vorrichtung eignet sich ebensogut
zu anderen Reaktionen, z. B. zwischen einem geschmolzenen Metall und schmelzbaren
oder nichtschmelzbaren festen Stoffen, die sich in dem Metall auflösen oder nicht,
wobei der feste Körper in diesem letzteren Fall in der Vorrichtung vorzugsweise
in Form von Stücken oder von Pulver eingebracht werden muß.
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Anstatt das Metall und .die Schlacke in geschmolzenem Zustand in ,die
Vorrichtung einzubringen, kann auch das Metall in geschmolzenem Zustand und die
Schlacke oder Schlackebestandteile teils in geschmolzenem Zustand und teils in festem
Zustand eingebracht werden, wobei die festen Bestandteile sich in. der Schlacke
im Laufe der gegenseitigen Durchmischung auflösen, und zwar entweder infolge der
durch das Metall zugeführten Wärme oder infolge der durch die Reaktionen selbst
erzeugten Wärme.
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Ferner kann das zu behandelnde Metall insgesamt oder zum Teil in fester
Form eingebracht werden. Ganz allgemein können flüssige oder feste Anteile in veränderlichen
Mengen auf einmal oder in Bruchteilen eingebracht werden, vorausgesetzt, d;aß eine
flüssige Phase von genügend großem Volumen von Anfang an vorhanden ist oder rasch
gebildet wird und daß durch die eingebrachten Bestandteile oder durch die Reaktionen
selbst reine Wärme zugeführt wird, damit die Temperatur bis zum Ende der Behandlung
auf einem ausreichenden Wert bleibt.