EP0169290B1 - Vorrichtung für den Einsatz in der Entgasung von geschmolzenem Metall - Google Patents

Vorrichtung für den Einsatz in der Entgasung von geschmolzenem Metall Download PDF

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EP0169290B1
EP0169290B1 EP84810534A EP84810534A EP0169290B1 EP 0169290 B1 EP0169290 B1 EP 0169290B1 EP 84810534 A EP84810534 A EP 84810534A EP 84810534 A EP84810534 A EP 84810534A EP 0169290 B1 EP0169290 B1 EP 0169290B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
clamping plate
seal
nozzle body
gas
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP84810534A
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English (en)
French (fr)
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EP0169290A2 (de
EP0169290A3 (en
Inventor
Robert E. Hershey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Schweizerische Aluminium AG
Alusuisse Lonza Services Ltd
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Publication date
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Publication of EP0169290A3 publication Critical patent/EP0169290A3/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for use in degassing molten metal in a swirl chamber and to a nozzle unit for introducing gas.
  • the vortex flow reactor comprises a vortex chamber with an upper, substantially cylindrical section and a funnel-shaped section adjoining the upper section with an inner wall and an outer wall, which is arranged at a distance from the inner wall.
  • Inlet nozzles for purge gas are provided at different heights on the funnel-shaped section in order to achieve an optimal distribution of the purge gas bubbles over the entire melt when flowing through from the reactor inlet to the reactor outlet. Since the nozzles are arranged at different heights in the converging wall section, the flushing gas nozzles are also at different distances from the central axis of the vortex flow reactor, as a result of which a maximum distribution of the flushing gas bubbles is achieved.
  • US Pat. No. 4,392,636 describes a gas inlet nozzle for use in a vortex flow reactor according to US Pat. No. 4,177,066.
  • the design of the gas nozzle comprises a nozzle insert which is arranged in the wall of the vortex flow reactor and is flush with the inside of said wall.
  • the nozzle insert has a contact surface for receiving a conical nozzle tip made of ceramic or similar material.
  • the purging gas nozzle is pressed against the conical nozzle tip under spring pressure, in order to seal the nozzle against the conical tip and this against the nozzle insert, so that no metal escapes from the reactor in the region of the purging gas nozzle.
  • the purge gas nozzle is connected to the purge gas supply line via a nozzle screw connection with a seal between the screw connection and the purge gas nozzle. It has been shown that the rotational movement of the nozzle screw connection on the seal between the screw connection and the purge gas nozzle is disadvantageous for an effective seal. Since the vortex flow reactor is used to separate hydrogen and alkaline earth metals from molten aluminum and thereby active gases such as Chlorine or similar used, it is an absolute necessity to provide a really tight version for the purge gas supply.
  • An important object of the present invention is to provide a gas inlet nozzle in an improved version for use in a vortex flow reactor for degassing molten metal, in which there are no gas leaks between the nozzle screw connection and the purge gas nozzle.
  • Another object of the present invention is to provide an improved gas inlet nozzle using the aforementioned improvement which is easy to handle and is not expensive.
  • the present invention includes the improved design of a gas inlet nozzle for use in a vortex flow reactor for degassing molten metal using a purge gas.
  • the purge gas nozzle comprises a nozzle insert, which is arranged in the wall of the vortex flow reactor and is flush with the inside of the wall.
  • the nozzle insert has a support surface for receiving a conical nozzle tip made of ceramic or similar material.
  • the purging gas nozzle is pressed against the conical tip in a spring-loaded manner in order to seal the nozzle against the conical tip so that no metal escapes from the reactor in the area of the purging gas nozzle.
  • the purging gas nozzle is connected to the purging gas supply line via a nozzle screw connection which comprises a nozzle nut for receiving the nozzle body.
  • the nozzle nut receives a clamping plate which presses against a seal which is provided between the clamping plate and the rear of the nozzle body.
  • a screw with an external thread is picked up by the thread of the nozzle nut and presses the clamping plate against the seal and accordingly against the nozzle body in order to ensure a complete seal.
  • a spring washer can be provided between the clamping plate and the screw with an external thread in order to support the pressing of the clamping plate.
  • Said device for holding said clamping plate in a non-rotatable design can comprise at least one cutout in said nozzle nut, which receives a projection on said clamping plate.
  • a gas supply pipe can be firmly connected to the clamping plate.
  • the invention also includes a nozzle unit having a nozzle nut, a nozzle body held by said nozzle nut and a clamping plate, a seal having a first section which bears against said nozzle body for complete sealing, and a second section which bears against said one for complete sealing Clamping plate is present, a device for pressing said clamping plate in a non-rotating design against said seal, and a screw which is connected to said nozzle nut such that said clamping plate is pressed against said seal and said seal against said nozzle body .
  • a spring washer can be provided between said clamping plate and said screw.
  • Said device for holding the clamping plate in the nozzle unit can comprise, in a non-rotatable embodiment, at least one cutout in said nozzle nut, which receives a projection on said clamping plate. Furthermore, a gas supply pipe can be firmly connected to the clamping plate mentioned.
  • the flushing gas nozzle unit rests in a mounting bracket which is rigidly connected to the outer wall of the vortex flow reactor.
  • the holder is designed so that the nozzle unit can be easily removed and replaced in the event of a blocked nozzle tip or wear of the conical nozzle tip or in a similar case.
  • Fig. 1 shows the built-in purge gas nozzle on the preferred embodiment of a vortex flow reactor 10 with an upper, essentially cylindrical section 12 and a lower, funnel-shaped section 14, which directly adjoins the upper section 12.
  • the purge gas nozzle in the context of the present invention can be installed in all of the vortex flow reactors described in US Pat. No. 4,177,066, and the specific details of the design of the aforementioned vortex flow reactors are therefore referred to herein.
  • a number of gas inlet nozzle units are fastened to the outer wall 20 of the funnel-shaped section 14 with the aid of the mounting frame 16. With particular reference to Figs. 2-4, the details of the design of the gas inlet nozzle and the mounting frame are described in detail.
  • Fig. 2 shows the funnel-shaped section 14 of the vortex flow reactor with an inner wall 18 made of a suitable, refractory material and an outer wall 20, preferably made of steel, with a space to the inner wall 18.
  • the space 22 between the inner wall 18 and the outer wall 20 is preferably with suitable insulating material.
  • the outer wall 20 is equipped with a number of flange plates 24, the number of which depends on the number of nozzles provided on the vortex flow reactor.
  • the flange plates 24 have an opening 25 for receiving a nozzle unit and can either be integrated into the wall 20 or arranged at a distance from the wall 20 and fastened in a corresponding cutout in the wall 20 by welding or a similar method.
  • the flange plates 24 each have a number of bolts 26 which are provided in the flange plates 24 Holes 28 are secured by welding or a similar process.
  • the vortex flow reactor 10 has, as already mentioned, a number of purge gas nozzle units 60.
  • All of the nozzle units mentioned are fastened via an outer ring 30 to a flange section 32 and an upstanding section 36, the flange section 32 having a number of holes 34 for securing the outer ring 30 to the screw bolts 26.
  • the outer ring 30 is optionally placed over the bolts 26 with a lock over the nuts 38 and spring washers 40 with respect to each flange plate 24, in order to be able to regulate the contact pressure on the nozzle unit, as described in more detail hereinafter.
  • the inner wall 18 is provided with a number of passage openings 42 corresponding to the arrangement and number of openings 25 in the flange plates 24.
  • a nozzle insert 44 with a passage 46 and a conical bearing surface 48.
  • the nozzle inserts 44 are fastened in the passage openings 42 of the inner walls 18 by means of mortar and consist of suitable, fire-resistant material such as e.g. Silicon carbide or the like.
  • a conical nozzle tip 50 with a conical surface 52 is inserted, which is designed such that it brings about a complete seal with the contact surface 48 of the nozzle insert 44.
  • the conical nozzle tip 50 is preferably made of vacuum molded FIBERFRAX material (FIBERFRAX is a trademark of Harbison-Carborundum Corp. for alumina and silica ceramic fiber) which, under appropriate pressure, provides a complete seal between the conical surface 52 on the conical nozzle tip 50 and the bearing surface 48 of the nozzle insert 44 provides.
  • the conical nozzle tip 50 has a passage 54 with a bearing surface 58, which is designed in such a way that it effects a complete seal against the conical surface 64 of the nozzle body 62 of the nozzle unit 60.
  • the nozzle unit 60 comprises a nozzle body 62 with a passage 66 and a mouthpiece profile 68 behind the passage 66.
  • the nozzle body 62 is secured by a nozzle nut 72 which has two cutouts 76.
  • the clamping plate 73 with two ear-shaped projections 75 rests in the nozzle nut 72 such that the ears 75 engage in the cutout 76, so that the clamping plate 73 is held in the nozzle nut 72 in a non-rotating design.
  • a seal 78 is provided between the clamping plate 73 and the rear surface 70 of the nozzle body 62 in order to seal the clamping plate 73 against the nozzle body 62 in a gas-tight design.
  • a gas supply pipe 82 attached to the clamp plate 73 by welding or a similar method, communicates with the opening 79 in the clamp plate 73.
  • a screw 74 with an external thread which is designed such that it can be received by the nozzle nut 72 via the external thread 84 in order to press the clamping plate 73 against the seal 78, has a passage 80 for receiving the gas supply pipe 82.
  • the coupling 83 connects the gas hose 85 with the feed pipe 82.
  • a spring ring 77 can be provided between the clamping plate 73 and the screw 74 with an external thread.
  • the seal 78 can be a metal seal, but a metal impregnated graphite seal should preferably be used.
  • the nozzle unit 60 rests in the passage 54 of the conical nozzle tip 50 such that the conical contact surface 64 of the nozzle body 62 is pressed against the contact surface 58 of the conical nozzle tip 50 with the aid of the inner ring 86 and the nozzle compression spring 88.
  • the inner ring 86 has a passage 90 with an undercut portion 92 to receive one side of the nozzle compression spring 88, the other side of which rests against the rear wall 93 of the screw unit 74.
  • the inner ring 86 is provided with a number of arms 94 attached thereto which are designed to be securely received by the slots 96 provided in the upstanding portion 36 of the outer ring 30.
  • the nozzle compression spring 88 which bears against the undercut surface 92 at the passage 90 in the inner ring 86, presses against the rear wall 93 of the screw 74 with an external thread, around the nozzle unit and in particular to press the conical bearing surface 64 of the nozzle body 62 against the sealing surface on the conical nozzle tip 50 for complete sealing.
  • the pressure exerted by the spring 88 on the nozzle unit 60 can be varied by changing the position of the outer ring 30 with respect to the flange plate 24 in that the outer ring 30 is brought into different positions on the screw bolts 66 by means of the nuts 38 and the spring rings 40 becomes.
  • a nozzle unit and a mounting frame prevents molten metal from escaping from the reactor in the region of the nozzle body 62.
  • the provided screw 74 with external thread, nozzle nut 72, clamping plate 73, seal 78 and nozzle body 62 prevent gas leaks in the purge gas supply line.
  • the nozzle bodies do not protrude into the interior of the vortex flow reactor, damage to the nozzle bodies by the action of the molten metal and by cleaning the inner walls of the reactor are prevented.
  • the mouthpiece profile 68 of the nozzle body 62 can, as mentioned above, either consist of an opening with a straight passage and a constant diameter or have a converging / diverging profile.
  • the diameter of the straight passage section should be made as small as possible in order to to prevent clogging of the mouthpiece profile by molten metal.
  • the mouthpiece size can be between 0.127 mm and 1.905 mm, but should preferably be 0.254-1.27 mm.
  • the converging section should form an angle of approximately 10 ° -60 ° with the axis of the nozzle, if possible, but preferably 20 ° -40 °.
  • the diverging section should form an angle between approximately 1 ° and 8 ° with the axis of the nozzle, but preferably 2 ° and 4 °.
  • the transition between the converging and diverging sections must be designed as a smooth surface without abrupt changes in angle.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für den Einsatz in der Entgasung von geschmolzenem Metall in einer Wirbelkammer und auf eine Düseneinheit zur Einleitung von Gas.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung von geschmolzenem Metall wurde bereits in der US-PS 4177 066 beschrieben. Die Ausführungen in dieser Patentschrift beziehen sich auf die Entgasung von geschmolzenem Metall mit Hilfe einer Vorrichtung, die einen Wirbelströmungsreaktor umfasst, wobei geschmolzenes Metall tangential so in den Reaktor eingeleitet wird, dass das geschmolzene Metall in eine Wirbeldrehbewegung versetzt wird, während das Metall vom Reaktoreintritt zum Reaktoraustritt strömt. Um die gewünschte Wirbeldrehbewegung des geschmolzenen Metalls im Reaktor zwischen dem Eintritt und Austritt des Metalls zu erzielen, muss der Eintritt in bezug auf die Kammerwand des Reaktors so angeordnet sein, dass das geschmolzene Metall tangential in den Reaktor einströmen kann. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Wirbelströmungsreaktor eine Wirbelkammer mit einem oberen, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt und einen an den oberen Abschnitt anschliessenden trichterförmigen Abschnitt mit einer Innenwand und einer Aussenwand, die im Abstand zur Innenwand angeordnet ist. Einlassdüsen für Spülgas sind am trichterförmigen Abschnitt in verschiedenen Höhen vorgesehen, um beim Durchströmen vom Reaktoreintritt zum Reaktoraustritt eine optimale Verteilung der Spülgasbläschen über die gesamte Schmelze zu erzielen. Da die Düsen im zusammenlaufenden Wandabschnitt in verschiedener Höhe angeordnet sind, weisen die Spülgasdüsen auch unterschiedliche Abstände von der Mittelachse des Wirbelströmungsreaktors auf, wodurch eine maximale Verteilung der Spülgasbläschen erreicht wird. Was die speziellen Einzelaspekte der verschiedenen Ausführungsbeispiele von Wirbelströmungsreaktoren und Düsenanordnungen gemäss US-PS 4 177 066 anbetrifft, so kann durch aus die verbesserte Ausführung einer Gaseinlassdüse im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommen, und deshalb wird im Rahmen dieser Anmeldung auf die US-PS 4177 066 Bezug genommen.
  • Die vorgenannten Wirbelströmungsreaktoren gemäss US-PS 4 177 066 sind zwar den Vorrichtungen nach dem weiteren Stand der Technik für eine integrierte Entgasung technisch überlegen, aber die Ausführungen der Spühlgasdüsen haben sich in vielen Fällen als problematisch erwiesen. Insbesondere kommt es im Bereich der Düsenspitze zu Metallaustritten aus dem Reaktor. Aussderdem treten Gasundichtigkeiten in der Spülgaszufuhrleitung selbst auf. Schliesslich kommt es vor, dass die durch die Kammerwand in den eigentlichen Behälter heineinragenden Düsen abbrechen.
  • Die US-PS 4 392 636 beschreibt eine Gaseinlassdüse für den Einsatz in einem Wirbelströmungsreaktor gemäss US-PS 4 177 066. Die Ausführung der Gasdüse umfasst einen Düseneinsatz, der in der Wand des Wirbelströmungsreaktors angeordnet ist und bündig mit der Innenseite der genannten Wand abschliesst. Der Düseneinsatz besitzt eine Auflagefläche zur Aufnahme einer konischen Düsenspitze aus Keramik oder ähnlichem Werkstoff. Die Spülgasdüse wird federbelastet mit entsprechendem Druck gegen die konische Düsenspitze gedrückt, um die Düse gegen die konische Spitze und diese gegen den Düseneinsatz abzudichten, damit es im Bereich der Spülgasdüse zu keinem Metallaustritt aus dem Reaktor kommt. Die Spülgasdüse ist mit der Spülgaszufuhrleitung über eine Düsenschraubverbindung mit einer Dichtung zwischen der Schraubverbindung und der Spülgasdüse verbunden. Es hat sich gezeigt, dass die Drehbewegung der Düsenschraubverbindung an der Dichtung zwischen der Schraubverbindung und der Spülgasdüse für eine wirksame Abdichtung von Nachteil ist. Da der Wirbelströmungsreaktor der Abtrennung von Wasserstoff und Erdalkalimetallen aus geschmolzenem Aluminium dient und dabei Aktivgase wie z.B. Chlor o.ä. benutzt werden, ist es eine unbedingte Notwendigkeit, eine wirklich dichte Ausführung für die Spülgaszufuhr vorzusehen.
  • Demzufolge besteht ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Gaseinlassdüse in verbesserter Ausführung für den Einsatz in einem Wirbelströmungsreaktor zur Entgasung von geschmolzenem Metall mit Hilfe eines Spülgases vorzusehen, bei welcher Drehbewegungen in den Dichtungsbereichen Gaszuleitung und Gaseinleitung in die Metallschmelze vermieden werden.
  • Ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gaseinlassdüse in verbesserter Ausführung für den Einsatz in einem Wirbelströmungsreaktor zur Entgasung von geschmolzenem Metall vorzusehen, bei der es zu keinerlei Gasundichtigkeiten zwischen der Düsenschraubverbindung und der Spülgasdüse kommt.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, unter Einsatz der vorgenannten Verbesserung eine Gaseinlassdüse in verbesserter Ausführung vorzusehen, die sich einfach handhaben lässt und nicht teuer ist.
  • Weitere Ziele und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.
  • Die Ziele wurden erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung gemäss dem Wortlaut von Patentanspruch 1 erreicht.
  • Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8 und aus den Ansprüchen 9 bis 11.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst die verbesserte Ausführung einer Gaseinlassdüse für den Einsatz in einem Wirbelströmungsreaktor zur Entgasung von geschmolzenem Metall mit Hilfe eines Spülgases. Die Spülgasdüse umfasst einen Düseneinsatz, der in der Wand des Wirbelströmungsreaktors angeordnet ist und bündig mit der Innenseite der Wand abschliesst. Der Düseneinsatz besitzt eine Auflagefläche zur Aufnahme einer konischen Düsenspitze aus Keramik oder ähnlichem Werkstoff. Die Spühlgasdüse wird federbelastet mit entsprechendem Druck gegen die konische Spitze gedrückt, um die Düse gegen die konische Spitze abzudichten, damit es im Bereich der Spülgasdüse zu keinem Metallaustritt aus dem Reaktor kommt. Die Spülgasdüse ist mit der Spühlgaszufuhrleitung über eine Düsenschraubverbindung verbunden, die eine Düsenmutter zur Aufnahme des Düsenkörpers umfasst. Die Düsenmutter nimmt, in nichtdrehender Ausführung, eine Klemmplatte auf, die gegen eine Dichtung drückt, welche zwischen der Klemmplatte und der Rückseite des Düsenkörpers vorgesehen ist. Eine Schraube mit Aussengewinde wird über das Gewinde von der Düsenmutter aufgenommen und drückt die Klemmplatte gegen die Dichtung und entsprechend gegen den Düsenkörper, um so eine vollständige Abdichtung zu gewährleisten. Zwischen der Klemmplatte und der Schraube mit Aussengewinde kann ein Federring vorgesehen werden, um das Anpressen der Klemmplatte zu unterstützen.
  • Die genannte Vorrichtung zur Halterung der genannten Klemmplatte in nichtdrehbarer Ausführung kann zumindest einen Ausschnitt in der genannten Düsenmutter umfassen, die einen Vorsprung an der genannten Klemmplatte aufnimmt. Mit der Klemmplatte kann ein Gaszufuhrrohr fest verbunden sein.
  • Die Erfindung umfasst auch eine Düseneinheit mit einer Düsenmutter, einem von der genannten Düsenmutter und einer Klemmplatte gehaltenen Düsenkörper, einer Dichtung mit einem ersten Abschnitt, der zwecks vollständiger Abdichtung an dem genannten Düsenkörper anliegt, und einem zweiten Abschnitt, der zwecks vollständiger Abdichtung an der genannten Klemmplatte anliegt, einer Vorrichtung zum Anpressen der genannten Klemmplatte in nichtdrehender Ausführung gegen- die genannte Dichtung, sowie einer Schraube, die mit der genannten Düsenmutter so verbunden ist, dass die genannte Klemmplatte gegen die genannte Dichtung und die genannte Dichtung gegen den genannten Düsenkörper gepresst wird.
  • Bei der Düseneinheit kann ein Federring zwischen der genannten Klemmplatte und der genannten Schraube vorgesehen werden.
  • Die genannte Vorrichtung zur Halterung der Klemmplatte in der Düseneinheit kann in nichtdrehbarer Ausführung zumindest einen Ausschnitt in der genannten Düsenmutter umfassen, die einen Vorsprung an der genannten Klemmplatte aufnimmt. Ferner kann ein Gaszufuhrrohr fest mit der genannten Klemmplatte verbunden sein.
  • Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ruht die Spülgasdüseneinheit in ausbaubarer Ausführung in einer Montagehalterung, die starr mit der Aussenwand des Wirbelströmungsreaktors verbunden ist. Die Halterung ist so ausgeführt, dass die Düseneinheit leicht ausgebaut und im Falle einer verstopften Düsenspitze oder Abnutzung der konischen Düsenspitze oder in einem ähnlichen Fall ausgetauscht werden kann.
  • Die Vorrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterbindet Metallaustritte aus dem Reaktor im Bereich der Düsenspitze, verhindert Gasundichtigkeiten in der Spülgaszufuhrleitung und ermöglicht einen einfachen Austausch der Düse im Falle einer Verstopfung oder in ähnlichen Fällen.
    • Abb. 1 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Wirbelströmungsreaktors gemäss US-PS 4 177 066 mit der verbesserten Ausführung einer Gaseinlassdüse im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
    • Abb. 2 ist eine schematische Schnittansicht der Gaseinlassdüse im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäss Linie 11-11 von Abb. 3.
    • Abb. 3 ist eine Vorderansicht der am Wirbelströmungsreaktor befestigten Montagehalterung für die Gaseinlassdüse.
    • Abb. 4 ist eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung der Bauteile der Gaseinlassdüse im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
  • Abb. 1 zeigt die eingebaute Spülgasdüse am bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Wirbelströmungsreaktors 10 mit einem oberen, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 12 und einem unteren, trichterförmigen Abschnitt 14, der unmittelbar an den oberen Abschnitt 12 anschliesst. Die Spülgasdüse im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann, wie bereits erwähnt, in alle im Rahmen der US-PS 4 177 066 beschriebenen Wirbelströmungsreaktoren eingebaut werden, und auf die speziellen Detailaspekte der Ausführung der genannten Wirbelströmungsreaktoren wird daher hierin Bezug genommen.
  • Eine Anzahl von Gaseinlassdüseneinheiten wird mit Hilfe des Montagerahmens 16 an der Aussenwand 20 des trichterförmigen Abschnitts 14 befestigt. Unter besonderer Bezugnahme auf die Abb...2 - 4 werden die Details der Ausführung der Gaseinlassdüse und des Montagerahmens ausführlich beschrieben.
  • Insbesondere Abb. 2 zeigt den trichterförmigen Abschnitt 14 des Wirbelströmungsreaktors mit einer Innenwand 18 aus geeignetem, feuerfesten Material und eine Aussenwand 20, vorzugsweise aus Stahl, mit einem Zwischenraum zur Innenwand 18. Der Zwischenraum 22 zwischen der Innenwand 18 und der Aussenwand 20 ist vorzugsweise mit geeignetem Isoliermaterial ausgefüllt.
  • Die Aussenwand 20 ist mit einer Anzahl von Flanschblechen 24 ausgetattet, wobei deren Anzahl von der Zahl der am Wirbelströmungsreaktor vorgesehenen Düsen abhängt. Die Flanschbleche 24 weisen eine Oeffnung 25 für die Aufnahme einer Düseneinheit auf und können entweder in die Wand 20 integriert oder mit Abstand von der Wand 20 angeordnet und in einem entsprechenden Ausschnitt in der Wand 20 durch Schweissen oder ein ähnliches Verfahren befestigt werden. Die Flanschbleche 24 besitzen jeweils eine Anzahl von Schraubbolzen 26, die in den in den Flanschblechen 24 vorgesehenen Löchern 28 durch Schweissen oder ein ähnliches Verfahren gesichert sind. Der Wirbelströmungsreaktor 10 weist, wie bereits erwähnt, eine Anzahl von Spülgasdüseneinheiten 60 auf. Alle genannten Düseneinheiten sind über einen Aussenring 30 mit einem Flanschabschnitt 32 und einem aufragenden Abschnitt 36 befestigt, wobei der Flanschabschnitt 32 eine Anzahl von Löchern 34 zur Sicherung des Aussenrings 30 an den Schraubbolzen 26 aufweist. Der Aussenring 30 wird wahlweise, bezogen auf jedes Flanschblech 24, auf die Schraubbolzen 26 mit einer Absicherung über die Muttern 38 und die Federringe 40 aufgesetzt, um, wie hierin nachstehend ausführlicher beschrieben, den Anpressdruck auf die Düseneinheit regulieren zu können.
  • Die Innenwand 18 ist mit einer Anzahl von Durchlassöffnungen 42 entsprechend der Anordnung und Zahl der Oeffnungen 25 in den Flanschblechen 24 versehen. In jeder der Durchlassöffnungen 42 befindet sich ein Düseneinsatz 44 mit einem Durchlass 46 und einer konischen Auflagefläche 48. Die Düseneinsätze 44 sind in den Durchlassöffnungen 42 der Innenwände 18 mittels Mörtel befestigt und bestehen aus geeignetem, feuerfesten Material wie z.B. Siliciumcarbid o.ä. Im Durchlass 46 des Düseneinsatzes 44 ist eine konische Düsenspitze 50 mit einer konischen Fläche 52 eingesetzt, die so ausgeführt ist, dass sie mit der Auflagefläche 48 des Düseneinsatzes 44 eine vollständige Abdichtung bewirkt. Die konische Düsenspitze 50 besteht vorzugsweise aus vakuumgeformtem FIBERFRAX-Material (FIBERFRAX ist ein Warenzeichen der Harbison-Carborundum Corp. für keramische Faser aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid), das, unter entsprechendem Druck, für eine vollständige Abdichtung zwischen der konischen Fläche 52 an der konischen Düsenspitze 50 und der Auflagefläche 48 des Düseneinsatzes 44 sorgt. Die konische Düsenspitze 50 besitzt, ebenso wie der Düseneinsatz 44, einen Durchlass 54 mit einer Auflagefläche 58, die so ausgeführt ist, dass sie eine vollständige Abdichtung zur konischen Fläche 64 des Düsenkörpers 62 der Düseneinheit 60 bewirkt.
  • Die Düseneinheit 60 umfasst einen Düsenkörper 62 mit einem Durchgang 66 und einem Mundstückprofil 68 hinter dem Durchgang 66. Der Düsenkörper 62 ist über eine Düsenmutter 72 abgesichert, die zwei Ausschnitte 76 aufweist. Die Klemmplatte 73 mit zwei ohrenförmigen Vorsprüngen 75 ruht so in der Düsenmutter 72, dass die Ohren 75 in den Ausschnitt 76 eingreifen, damit die Klemmplatte 73 in nichtdrehender Ausführung in der Düsenmutter 72 gehalten wird. Eine Dichtung 78 ist zwischen der Klemmplatte 73 und der Rückfläche 70 des Düsenkörpers 62 vorgesehen, um die Klemmplatte 73 gegen den Düsenkörper 62 in gasdichter Ausführung abzudichten. Ein Gaszufuhrrohr 82, durch Schweissen oder eine ähnliche Methode an der Klemmplatte 73 befestigt, steht mit der Oeffnung 79 in der Klemmplatte 73 in Verbindung. Eine Schraube 74 mit Aussengewinde, die so ausgeführt ist, dass sie über das Aussengewinde 84 von der Düsenmutter 72 aufgenommen werden kann, um die Klemmplatte 73 gegen die Dichtung 78 zu pressen, besitzt einen Durchgang 80 zur Aufnahme des Gaszufuhrrohrs 82. Die Kupplung 83 verbindet den Gasschlauch 85 mit dem Zufuhrrohr 82. Ein Federring 77 kann zwischen der Klemmplatte 73 und der Schraube 74 mit Aussengewinde vorgesehen werden. Bei der Dichtung 78 kann es sich um eine Metalldichtung handeln, vorzugsweise sollte jedoch eine metallimprägnierte Graphitdichtung eingesetzt werden.
  • Die Düseneinheit 60 ruht so in dem Durchlass 54 der konischen Düsenspitze 50, dass die konische Auflagefläche 64 des Düsenkörpers 62 gegen die Auflagefläche 58 der konischen Düsenspitze 50 mit Hilfe des Innenrings 86 und der Düsendruckfeder 88 gepresst wird. Der Innenring 86 besitzt einen Durchlass 90 mit einem hinterschnittenen Abschnitt 92, um eine Seite der Düsendruckfeder 88 aufzunehmen, deren andere Seite an der Rückwand 93 der Schraubeneinheit 74 anliegt. Der Innenring 86 ist mit einer Anzahl von daran befestigten Armen 94 versehen, die so ausgeführt sind, dass sie sicher von den Schlitzen 96 aufgenommen werden, die in dem aufragenden Abschnitt 36 des Aussenrings 30 vorgesehen sind. Wenn die Arme 94 am Innenring 86 in den Schlitzen 96 am Aussenring 30 ruhen, drückt die Düsendruckfeder 88, die an der hinterschnittenen Fläche 92 am Durchlass 90 im Innenring 86 anliegt, gegen die Rückwand 93 der Schraube 74 mit Aussengewinde, um die Düseneinheit und insbesondere die konische Auflagefläche 64 des Düsenkörpers 62 zwecks vollständiger Abdichtung gegen die Dichtfläche an der konischen Düsenspitze 50 zu pressen. Der von der Feder 88 auf die Düseneinheit 60 ausgeübte Druck kann durch Veränderung der Position des Aussenrings 30 in bezug auf das Flanschblech 24 dadurch variiert werden, dass der Aussenring 30 auf den Schraubbolzen 66 mit Hilfe der Muttern 38 und der Federringe 40 in verschiedene Positionen gebracht wird. Durch die Anordnung einer Düseneinheit und eines Montagerahmens gemäss vorstehender Beschreibung werden Austritte von geschmolzenem Metall aus dem Reaktor im Bereich des Düsenkörpers 62 unterbunden. Ausserdem verhindern die vorgesehene Schraube 74 mit Aussengewinde, Düsenmutter 72, Klemmplatte 73, Dichtung 78 und Düsenkörper 62 Gasundichtigkeiten in der Spülgaszufuhrleitung. Schliesslich werden, da die Düsenkörper nicht in den Innenraum des Wirbelströmungsreaktors hineinragen, Beschädigungen der Düsenkörper durch Einwirkungen des geschmolzenen Metalls und durch Reinigung der Innenwände des Reaktors verhindert.
  • Das Mundstückprofil 68 des Düsenkörpers 62 kann, wie vorstehend erwähnt, entweder aus einer Oeffnung mit geradem Durchgang und konstantem Druchmesser bestehen oder ein zusammenlaufendes/auseinanderlaufendes Profil aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollte der Durchmesser des geraden Durchgangsabschnitts möglichst klein ausgeführt sein, um ein Verstopfen des Mundstückprofils durch geschmolzenes Metall zu unterbinden. Die Mundstückgrösse kann, im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zwischen 0.127 mm und 1.905 mm liegen, sollte aber vorzugsweise 0,254 - 1,27 mm betragen. Wird ein zusammenlaufendes/auseinanderlaufendes Profil benutzt, so sollte der zusammenlaufende Abschnitt mit der Achse der Düse möglichst einen Winkel von etwa 10° - 60° bilden, vorzugsweise jedoch 20° - 40°. Der auseinanderlaufende Abschnitt sollte mit der Achse der Düse einen Winkel zwischen etwa 1° - 8° bilden, vorzugsweise jedoch 2° - 4°. Der Uebergang zwischen den zusammenlaufenden und auseinanderlaufenden Abschnitten muss als glatte Fläche ohne abrupte Winkeländerungen ausgeführt sein.
  • Es konnte festgestellt werden, dass durch den Einsatz der Gaseinlassdüse im Rahmen dieser Erfindung Metallaustritte und Gasundichtigkeiten ausgeschaltet werden und die Lebensdauer der Düse wesentlich verlängert wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung für den Einsatz in der Entgasung von geschmolzenem Metall in einer Wirbelkammer (10) bekannter Bauart, bestehend aus einem oberen, zylindrischen Abschnitt (12) und einem unteren, trichterförmigen Abschnitt (14) mit Innenwänden (18) und Aussenwänden (20) und zumindest einer Einrichtung für die Spülgaszufuhr, die in einen an der Aussenwand (20) des trichterförmigen Abschnitts (14) der Kammer (10) befestigten Rahmen (16) eingebaut und mit einer Düseneinheit (60) versehen ist, die in einer konischen Oeffnung (46) eines mit einer konischen Oeffnung (42) in der Innenwand (18) fest verbundenen Einsatzes (44) flüssigmetalldicht ruht, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (62) der Düseneinheit (60) an jedem Ende (64; 70) Dichtungen (50; 78) aufweist, die mit Druckmitteln (88; 73), die zwischen Düsenkörper (62) und Rahmen (16) angeordnet sind, ohne Drehung des Düsenkörpers (62) und der Dichtungen (50; 78) einen pressenden Druck ausüben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (62) von einer Düsenmutter (72) und einer Klemmplatte (73) gehalten wird, und die auf der Fläche (70) des Düsenkörpers (62) liegende ringförmige Dichtung (78) mit ihrer anderen, nicht auf der Fläche (70) liegenden Fläche auf einer Fläche der Klemmplatte (73) pressend anliegt, wobei eine mit der Düsenmutter (72) verbundene Schraube (74) auf die nicht der Dichtung (78) anliegenden Fläche der Klemmplatte (73) Druck ausübt, derart, dass die Dichtung (78) mit ihren beiden Flächen auf die anliegenden Flächen des Düsenkörpers (62) und der Klemmplatte (73) gasdicht gepresst ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet; dass sich ein Federring (77) zwischen Klemmplatte (73) und Schraube (74) befindet.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Halterung der Klemmplatte (73) zumindest ein Ausschnitt (76) in der Düsenmutter (72) vorhanden ist, welche Klemmplatte (73) einen entsprechenden Vorsprung (75) an der Klemmplatte (73) aufweist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaszufuhrrohr (83) fest mit der Klemmplatte (73) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenwand (20) Druckmittel vorgesehen sind, welche die Düseneinheit (60) in die als Dichtung ausgebildete Düsenspitze (50) pressen, derart, dass sowohl die konische Fläche (52) der Düsenspitze (50) der konischen Fläche (48) der Oeffnung (46) als auch die konische Fläche (64) des Düsenkörpers (62) der konischen Fläche (58) der Dichtung bzw. Düsenspitze (50) pressend anliegt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittel eine Feder (88) ist, die zwischen einem ausbaubaren Innenring (86), dessen Arme (94) führ- und verrastbar in Schlitze (96) eines Aussenrings (30), der abstandsverstellbar zur Aussenoberfläche der Aussenwand (20) fest im Rahmen (16) eingebaut ist, angeordnet sind, und der Rückwand (93) der Schraube (74) ein- und vorgespannt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenring (30) in solchem Abstand zur äusseren Oberfläche der Aussenwand (20) auf Bolzen (26), die aus der Aussenwand (20) herausragen, ruht, dass die Vorspannung der Feder (88) wahlweise veränderbar ist.
9. Düseneinheit zur Einleitung von Gas, bestehend aus einem von einer Düsenmutter (72) und einer Klemmplatte (73) gehaltenen Düsenkörper (62), wobei die Klemmplatte (73) mit Vorsprüngen (75) versehen ist, die in entsprechenden Ausnehmungen (76) der Düsenmutter (62) drehfest gehalten sind, aus einer ringförmigen Dichtung (78), die zwischen der Fläche (70) am hinteren Ende des Düsenkörpers (62) und der dieser Fläche (70) gegenüberliegenden Fläche der Klemmplatte (73) eingespannt ist, aus einer mit der Düsenmutter (72) so verbundenen Schraube (74), dass diese auf der Fläche der Klemmplatte (73), die nicht mit der Dichtung (78) in Berührung steht, pressbar ist und dadurch auf die Dichtung (78) und die Fläche (70) über die Klemmplatte (73) eine gasdichte Flächenpressung ohne Drehung des Düsenkörpers (62) und der Dichtung (78) erzeugt wird.
10. Düseneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federring (77) zwischen der Klemmplatte (73) und der Schraube (74) vorgesehen ist.
11. Düseneinheit nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaszufuhrrohr (83) fest mit der Klemmplatte (73) verbunden ist.
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