EP3520926B1 - Vorrichtung und verfahren zum pumpen heisser schmelzen - Google Patents

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EP3520926B1
EP3520926B1 EP19155824.6A EP19155824A EP3520926B1 EP 3520926 B1 EP3520926 B1 EP 3520926B1 EP 19155824 A EP19155824 A EP 19155824A EP 3520926 B1 EP3520926 B1 EP 3520926B1
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EP
European Patent Office
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pipe
pump head
riser pipe
riser
melt
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EP3520926A1 (de
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Karl Rimmer
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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
    • B22D35/00—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/18—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium being mixed with, or generated from the liquid to be pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00—Stirring devices for molten material
    • F27D27/005—Pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/14—Charging or discharging liquid or molten material

Definitions

  • Melts are melts made of metals, metal alloys and metal compounds such as sulfides or arsenides.
  • the GB 1125005 A shows the step-by-step pumping of molten metal from one open container into another, higher-lying open container, the outlet of the riser pipe bent at the end simply ending at the edge of the next container.
  • the US 4590988 A also shows a rising pipe bent at the end, which divides into a drain pipe and a ventilation opening at the exit. In these embodiments, the molten metal can come into contact with ambient air.
  • the U.S. 4,666,377 A shows a method and a mammoth pump corresponding to the preamble of claim 1 comprising a Bundles of substantially vertical lifting tubes for lifting liquids, the U.S. 4,666,377 A shows a plurality of tubes side by side and each individual tube has an inside diameter of less than about an inch.
  • the purity of a melt is decisive for the quality of the workpiece or semi-finished product made from it.
  • a reduced purity of the melt can result in further processing, such as casting or atomizing, centrifuging, in particular by means of rotary elements such as centrifugal sieves or Centrifugal cages, negatively affect.
  • the pump head thus forms a housing which, in the operating state, shields the melt and the conveying gas escaping from the melt from the ambient air.
  • the melt flows from the riser pipe to the bottom of the pump head and from there into the discharge pipe without gas bubbles, while the conveying gas emerging from the melt collects at the top of the pump head and escapes or is pumped out via the gas discharge pipe.
  • inert gas is used as the conveying gas, for example nitrogen or other inert gases (for example argon, hydrogen, etc.).
  • a melt filter also known as a frit, is attached in front of the mouth of the conveying gas line or in front of the inlet or in the inlet of the riser pipe.
  • a frit is a porous filter made of glass or ceramic or of combination elements comprising glass and / or ceramic, which distributes the inert gas.
  • the riser pipe is usually a straight pipe.
  • the conveying gas line usually ends at the entrance or something inside the entrance of the riser pipe.
  • the inside diameter of the conveying gas line is usually only 2 to 20% of the inside diameter of the riser pipe.
  • the inside diameter of the riser pipe is usually larger than that of the drain pipe.
  • the inside diameter of the gas discharge pipe is usually smaller than the inside diameter of the riser pipe and the inside diameter of the drain pipe.
  • the pump head has a base which, in the operating state, is located on the underside of the pump head.
  • the riser pipe and the drain pipe usually open into the bottom of the pump head, the gas exhaust pipe usually opens on the wall opposite the bottom (ceiling) or on the upper edge of the pump head.
  • the conveying gas can be discharged and disposed of through the gas discharge pipe, so that no gases or dusts escape in an uncontrolled manner during pumping.
  • the riser pipe viewed in the direction of the riser pipe, protrudes further into the pump head than the drain pipe ensures that, in the operating state, the melt covers the inlet of the drain pipe and thus no reactive gas can get into the drain pipe or the melt flowing in it.
  • the closed pump head ensures that only the conveying gas escaping from the melt, which is an inert gas, is in the pump head. If the gas discharge pipe, which is used to discharge the conveying gas, is defective, at least the discharge pipe would be shielded from the ambient air by the melt.
  • an overflow pipe opens into the pump head in such a way that its end, viewed in the direction of the riser pipe, protrudes further into the pump head than the riser pipe, and that when the device is in operation, melt can flow freely from the pump head . That is, in the operating state of the device is the end of the Overflow pipe higher than the end of the riser pipe and thus in any case higher than the end of the drain pipe.
  • the overflow pipe also ensures that the level of the melt cannot rise above the overflow pipe.
  • the overflow pipe then usually empties again into the container from which the melt is pumped up with the riser pipe, which ensures a closed melt cycle.
  • the inner diameter of the overflow pipe is usually larger than that of the drain pipe, but smaller than or equal to that of the riser pipe. In most cases, the pump head will then have a diameter (normal to the longitudinal axis of the riser pipe) which is greater than the sum of the diameters of the riser pipe and drain pipe and overflow pipe.
  • riser pipe protrudes up to 200 mm, preferably 40-100 mm, into the pump head.
  • drain pipe opens into the bottom of the pump head, it is ensured that the drain pipe does not end above the riser pipe or possibly not above the overflow pipe in the operating state of the device. This is because the bottom of the pump head is the deepest area of the pump head when it is in operation.
  • One embodiment of the invention provides a second riser pipe which is arranged so that melt can be pumped out of the pump head. This means that melt can be pumped out of the pump head to a greater height if the first riser pipe alone is not sufficient for such a great height.
  • the second riser then preferably belongs to a device which is again designed according to the invention. In this way, two or more devices according to the invention can be arranged one above the other in a cascade-like manner. In other words, the sump of the pump head can be used as a suction space for a further pump stage.
  • the device according to the invention can be used for pumping melts made of metals, alloys or metal compounds, in particular for metal compounds such as sulfides or arsenides.
  • a shielding of the environment by the pump head is desirable.
  • At least the riser pipe is preheated during start-up, that is to say, for example, before the conveying gas is switched on.
  • other parts of the device according to the invention can also be preheated. The preheating can prevent damage to the parts of the device according to the invention due to the sudden action of heat from the melt.
  • the device according to the invention can be applied to melts made of metals, metal alloys and metal compounds such as sulfides or arsenides.
  • metals metal alloys and metal compounds
  • metal compounds such as sulfides or arsenides.
  • aluminum, magnesium, tin, lead, copper, iron, nickel, bismuth or zinc come into consideration as metals or as components of the metal alloys or as components of the metal compounds.
  • the individual components of the device according to the invention must be compatible with the melts to be pumped.
  • Steel, graphite or refractory ceramics can be considered.
  • the device can be manufactured from refractory semi-finished products of simple geometry, preferably from tubes and plates.
  • a device according to the invention is shown in operation.
  • the necessary pressure difference between the inlet (suction opening), below, and the outlet (outlet opening), above, of the riser pipe 1 is achieved by introducing inert gas 2 through a conveying gas line 4 into the melt 3.
  • the riser pipe 1 is immersed in a vessel with melt 3, e.g. an oven, pan, or pan.
  • the introduced inert gas 2 forms bubbles 5 in the melt 3.
  • the formation of bubbles can be controlled via a frit 10 (see FIG Fig. 2 ), which is located in front of the mouth of the delivery gas line 4.
  • the resulting temporary gas-melt mixture has a lower density than the melt 3 and rises in the riser pipe 1, which prevents the melt and gas from separating.
  • the mixture finally flows into the pump head 6, which has a much larger cross-section than the riser pipe 1. This is where the two phases separate.
  • the conveying gas can be diverted and disposed of in a controlled manner via the gas discharge pipe 7.
  • the melt can via the drain pipe 8 in a closed Pipe system are conducted.
  • the overflow 9 returns the excess melt to the original melt vessel.
  • the flow rate of the melt 3 can be adjusted by means of the amount of the inert gas 2.
  • the inert gas 2 When introduced, the inert gas 2 is heated up to the melt temperature. It expands and takes up a larger volume, which has a positive effect on gas consumption.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment of the inlet of the riser pipe 1, which widens away from the pump head 6 in the form of a funnel 11.
  • the inlet of the riser pipe 1 made of steel with an inner diameter of 22 mm and a wall thickness of 1.5 mm is immersed to a depth of 500 mm.
  • the conveying gas line 4 made of steel has an inside diameter of 4 mm and a wall thickness of 1 mm.
  • the conveying gas line 4 opens openly and centrally into the riser pipe 1, namely 50 mm above the inlet of the riser pipe 1.
  • Nitrogen is used as the inert gas 2.
  • a gas volume flow of 0.62 Nm 3 / h conveys a melt quantity of 500 kg / h, a gas volume flow of 1.1 Nm 3 / h conveys even 1000 kg / h.
  • the delivery height is 500 mm above the tin melt level of the furnace from which the melt 3 is pumped out.
  • the inlet of the riser pipe 1 made of high-temperature steel with an inner diameter of 30 mm and a wall thickness of 5 mm to a depth of 320 mm is immersed in a magnesium melt at a temperature of 700 °.
  • the Conveying gas line 4 made of steel has an inside diameter of 4 mm and a wall thickness of 1 mm.
  • the conveying gas line 4 opens openly and centrally into the riser pipe 1, namely 50 mm above the inlet of the riser pipe 1.
  • Nitrogen is used as the inert gas 2.
  • a gas volume flow of 0.49 Nm 3 / h conveys a melt quantity of 220 kg / h.
  • the delivery height is 400 mm above the magnesium melt level of the furnace from which the melt 3 is pumped out.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen von heißen Schmelzen unter Verwendung des Mammutpumpeneffekts, die Vorrichtung umfassend
    • ein beidseitig offenes Steigrohr, das an seinem Ausgang mit zumindest einem Ablaufrohr über einen Pumpenkopf in Verbindung steht,
    • eine Fördergasleitung, die im Bereich des Eingangs des Steigrohrs endet, zum Fördern von Schmelze durch das Steigrohr,
    • ein Ablaufrohr, durch welches im Betriebszustand der Vorrichtung heiße, aus dem Steigrohr aufsteigende Schmelze frei abfließen kann, wobei ein als abgeschlossenes Gehäuse ausgebildeter Pumpenkopf vorgesehen ist, in welchen das Steigrohr und das Ablaufrohr münden, sowie zumindest ein, dem Steigrohr und dem Ablaufrohr gegenüber liegendes, Gasabzugsrohr zum Entfernen des Fördergases, wobei der Pumpenkopf einen größeren Querschnitt aufweist als das Steigrohr, das Ablaufrohr oder das Gasabzugsrohr.
  • Als Schmelzen werden hier Schmelzen aus Metallen, aus Metalllegierungen und aus Metallverbindungen, wie Sulfide oder Arsenide, bezeichnet.
    • STAND DER TECHNIK
  • Es ist bekannt, den Mammutpumpeneffekt zum Fördern von heißen Metallschmelzen einzusetzen. Die GB 1125005 A zeigt das stufenweise Pumpen von Metallschmelzen von einem offenen Behälter in einen anderen, höher gelegenen offenen Behälter, wobei der Ausgang des am Ende gebogenen Steigrohres einfach am Rand des nächsten Behälters endet. Die US 4590988 A zeigt ebenfalls ein am Ende gebogenes Steigrohr, das sich am Ausgang in ein Ablaufrohr und eine Lüftungsöffnung aufteilt. Bei diesen Ausführungsformen kann die Metallschmelze mit Umgebungsluft in Berührung kommen. Die US 4 666 377 A zeigt ein Verfahren sowie eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Mammutpumpe umfassend ein Bündel von im wesentlichen vertikalen Heberohren zum Anheben von Flüssigkeiten, wobei die US 4 666 377 A eine Vielzahl von Rohren nebeneinander zeigt und jedes einzelne Rohr einen Innendurchmesser von weniger als etwa einen Inch aufweist.
  • Die Reinheit einer Schmelze ist entscheidend für die Qualität des aus ihr hergestellten Werkstücks oder Halbzeuges. Eine verminderte Reinheit der Schmelze kann die Weiterverarbeitung, etwa das Gießen oder Verdüsen, Verschleudern, insbesondere mittels Rotationselementen wie Schleudersieben oder Schleuderkäfigen, negativ beeinflussen. Es ist daher bei vielen Schmelzen erforderlich, dass diese unter inerter Atmosphäre erschmolzen und gefördert werden.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Pumpen von heißen Schmelzen zur Verfügung zu stellen, mit der die Schmelze beim Transport von der Umgebungsluft weitgehend abgeschirmt ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
    Der Pumpenkopf bildet somit ein Gehäuse, das im Betriebszustand die Schmelze und das aus der Schmelze entweichende Fördergas gegenüber der Umgebungsluft abschirmt. Die Schmelze fließt aus dem Steigrohr zum Boden des Pumpenkopfs und von dort gasblasenfrei in das Ablaufrohr, während das aus der Schmelze austretende Fördergas sich oben im Pumpenkopf sammelt und über das Gasabzugsrohr entweicht oder abgepumpt wird.
  • Als Fördergas wird in an sich bekannter Weise Inertgas verwendet, etwa Stickstoff oder andere Inertgase (z.B. Argon, Wasserstoff etc). Um ausreichend kleine Blasen von Inertgas im Steigrohr zu erzeugen, wird ein Schmelzefilter, auch als Fritte bezeichnet, vor der Mündung der Fördergasleitung angebracht bzw. vor dem Eingang oder im Eingang des Steigrohrs. Eine Fritte ist ein poröser Filter aus Glas oder Keramik oder aus Kombinationselementen umfassend Glas und/oder Keramik, der das Inertgas verteilt.
  • Das Steigrohr ist in der Regel ein gerades Rohr. Die Fördergasleitung endet meist am Eingang oder etwas innerhalb des Eingangs des Steigrohrs. Der Innendurchmesser der Fördergasleitung beträgt in der Regel nur 2 bis 20% des Innendurchmessers des Steigrohrs. Der Innendurchmesser des Steigrohrs ist in der Regel größer als jener des Ablaufrohrs. Der Innendurchmesser des Gasabzugsrohrs ist in der Regel kleiner als der Innendurchmesser des Steigrohrs und der Innendurchmesser des Ablaufrohrs.
  • Der Pumpenkopf weist einen Boden auf, der sich im Betriebszustand an der Unterseite des Pumpenkopfs befindet. Das Steigrohr und das Ablaufrohr münden in der Regel in den Boden des Pumpenkopfs, das Gasabzugsrohr mündet in der Regel an der dem Boden gegenüberliegenden Wand (Decke) oder am oberen Rand des Pumpenkopfs.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Pumpenkopf kann das Fördergas durch das Gasabzugsrohr abgeführt und entsorgt werden, sodass beim Pumpen keine Gase oder Stäube unkontrolliert entweichen.
  • Dadurch, dass das Steigrohr, in Richtung des Steigrohres gesehen, weiter in den Pumpenkopf hineinragt als das Ablaufrohr, ist sichergestellt, dass im Betriebszustand die Schmelze den Eingang des Ablaufrohres überdeckt und somit kein reaktives Gas in das Ablaufrohr oder zur darin ablaufenden Schmelze gelangen kann. Im Normalfall ist durch den abgeschlossenen Pumpenkopf gewährleistet, dass sich nur das aus der Schmelze entweichende Fördergas, das ein Inertgas ist, im Pumpenkopf befindet. Sollte das Gasabzugsrohr, das der Ableitung des Fördergases dient, defekt sein, so wäre zumindest das Ablaufrohr durch die Schmelze von Umgebungsluft abgeschirmt.
  • Eine verbesserte Abschirmung der Schmelze wird dadurch erreicht, dass ein Überlaufrohr so in den Pumpenkopf mündet, dass dessen Ende, in Richtung des Steigrohres gesehen, weiter in den Pumpenkopf hineinragt als das Steigrohr, und dass im Betriebszustand der Vorrichtung Schmelze aus dem Pumpenkopf frei abfließen kann. Das heißt, im Betriebszustand der Vorrichtung liegt das Ende des Überlaufrohres höher als das Ende des Steigrohrs und damit jedenfalls höher als das Ende des Ablaufrohrs. Durch das Überlaufrohr wird zudem sichergestellt, dass der Spiegel der Schmelze nicht über das Überlaufrohr hinaus ansteigen kann. Das Überlaufrohr mündet dann in der Regel wieder in jenen Behälter, aus dem die Schmelze mit dem Steigrohr hochgepumpt wird, wodurch ein geschlossener Schmelzekreislauf sichergestellt ist. Der Innendurchmesser des Überlaufrohrs ist in der Regel größer als jener des Ablaufrohrs, aber kleiner oder gleich wie jener des Steigrohrs. Meist wird der Pumpenkopf dann einen Durchmesser (normal zur Längsachse des Steigrohrs) aufweisen, der größer ist als die Summe der Durchmesser von Steigrohr und Ablaufrohr und Überlaufrohr.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Steigrohr bis 200 mm, vorzugsweise 40-100 mm, in den Pumpenkopf hineinragt.
  • Wenn das Ablaufrohr in den Boden des Pumpenkopfes mündet, ist sichergestellt, dass das Ablaufrohr im Betriebszustand der Vorrichtung nicht bis oberhalb des Steigrohrs oder gegebenenfalls nicht oberhalb des Überlaufrohres endet. Denn der Boden des Pumpenkopfes ist im Betriebszustand der tiefste Bereich des Pumpenkopfes.
  • Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht ein zweites Steigrohr vor, welches so angeordnet ist, dass Schmelze aus dem Pumpenkopf herausgepumpt werden kann. Damit kann also Schmelze aus dem Pumpenkopf auf eine größere Höhe gepumpt werden, falls das erste Steigrohr alleine für eine so große Höhe nicht ausreicht. Das zweite Steigrohr gehört dann vorzugsweise zu einer Vorrichtung, die wieder erfindungsgemäß ausgebildet ist. Auf diese Weise können zwei oder auch mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen kaskadenartig übereinander angeordnet werden. Mit anderen Worten kann der Sumpf des Pumpenkopfs als Ansaugraum für eine weitere Pumpstufe genutzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Pumpen von Schmelzen aus Metallen, Legierungen oder Metallverbindungen verwendet werden, insbesondere für Metallverbindungen wie Sulfide oder Arsenide. Hier ist oft auch aufgrund der Dämpfe, die aus der Schmelze austreten, eine Abschirmung der Umgebung durch den Pumpenkopf erwünscht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Pumpen von heißen Schmelzen unter Verwendung des Mammutpumpeneffekts, wird durchgeführt unter Verwendung einer Vorrichtung umfassend
    • ein beidseitig offenes Steigrohr, das an seinem Ausgang mit zumindest einem Ablaufrohr über einen Pumpenkopf in Verbindung steht,
    • eine Fördergasleitung, die im Bereich des Eingangs des Steigrohrs endet,
    • vorzugsweise ein Ablaufrohr, durch welches im Betriebszustand der Vorrichtung heiße, aus dem Steigrohr aufsteigende Schmelze, frei abfließen kann,
    • einen als abgeschlossenes Gehäuse ausgebildeten Pumpenkopf, in welchen das Steigrohr und das Ablaufrohr münden, sowie zumindest ein, dem Steigrohr und dem Ablaufrohr gegenüber liegendes, Gasabzugsrohr zum Entfernen des Fördergases, wobei der Pumpenkopf einen größeren Querschnitt aufweist als das Steigrohr, das Ablaufrohr oder das Gasabzugsrohr, wobei das Steigrohr, in Richtung des Steigrohres gesehen, weiter in den Pumpenkopf hineinragt als das Ablaufrohr, und wobei ein Überlaufrohr so in den Pumpenkopf mündet, dass dessen Ende, in Richtung des Steigrohres gesehen, weiter in den Pumpenkopf hineinragt als das Steigrohr, und wobei im Betriebszustand der Vorrichtung Schmelze aus dem Pumpenkopf frei abfließen kann.
    Das Verfahren wird also insbesondere unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt und umfasst die Verfahrensschritte
    • Eintauchen des Eingangs des Steigrohrs in eine Schmelze,
    • Einstellung der Gasmenge des Fördergases, sodass der Spiegel der Schmelze im Pumpenkopf oberhalb des Ausgangs des Steigrohres liegt.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zumindest das Steigrohr bei Inbetriebnahme, also etwa vor dem Einschalten des Fördergases, vorgewärmt wird. Selbstverständlich können auch weitere Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgewärmt werden. Durch das Vorwärmen können Schäden durch eine plötzliche Hitzeeinwirkung der Schmelze an den Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf Schmelzen aus Metallen, aus Metalllegierungen und aus Metallverbindungen, wie Sulfide oder Arsenide, angewendet werden. Als Metalle oder als Bestandteile der Metalllegierungen oder als Bestandteile der Metallverbindungen kommen beispielsweise Aluminium, Magnesium, Zinn, Blei, Kupfer, Eisen, Nickel, Wismut oder Zink in Frage.
  • Die einzelnen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung müssen zu den zu pumpenden Schmelzen kompatibel sein. In Frage kommen etwa Stahl, Graphit oder feuerfeste Keramiken. Die Vorrichtung kann aus feuerfesten Halbzeugen einfacher Geometrie, vorzugsweise aus Rohren und Platten, gefertigt werden.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wird anhand zweier schematischer Figuren, die jeweils ein mögliches Ausführungsbeispiel darstellen, näher erläutert, wobei
    • Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt und
    • Fig. 2 eine alternative Form des Eingangs des Steigrohrs im Längsschnitt.
  • In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Betrieb dargestellt. Die notwendige Druckdifferenz zwischen Eingang (Ansaugöffnung), unten, und Ausgang (Auslassöffnung), oben, des Steigrohrs 1 erfolgt durch das Einleiten von Inertgas 2 über eine Fördergasleitung 4 in die Schmelze 3. Das Steigrohr 1 taucht in ein Gefäß mit Schmelze 3, z.B. einen Ofen, Tiegel oder Pfanne. Das eingeleitete Inertgas 2 bildet Blasen 5 in der Schmelze 3. Die Blasenbildung kann über eine Fritte 10 (siehe Fig. 2) unterstützt werden, welche sich vor der Mündung der Fördergasleitung 4 befindet. Das entstehende temporäre Gas-Schmelze-Gemisch besitzt gegenüber der Schmelze 3 eine geringere Dichte und steigt im Steigrohr 1 auf, welches die Entmischung von Schmelze und Gas verhindert.
  • Das Gemisch mündet schließlich im Pumpenkopf 6, der einen wesentlich größeren Querschnitt besitzt als das Steigrohr 1. Hier findet die Entmischung der beiden Phasen statt. Das Fördergas kann kontrolliert über das Gasabzugsrohr 7 abgeleitet und entsorgt werden. Die Schmelze kann über das Ablaufrohr 8 in ein geschlossenes Rohrsystem geleitet werden. Der Überlauf 9 führt die überschüssige Schmelze in das ursprüngliche Schmelzegefäß zurück.
  • Steigrohr 1, Ablaufrohr 8 und Überlauf 9 münden im Boden des Pumpenkopfs 6. In diesem Beispiel ragt der Überlauf 9 am weitesten in das Innere des Pumpenkopfs 6, auch das Steigrohr 1 ragt in das Innere des Pumpenkopfs 6. Nur das Ablaufrohr 8 ragt nicht in das Innere des Pumpenkopfs 6.
  • Die Fördermenge der Schmelze 3 kann mittels der Menge des Inertgases 2 eingestellt werden. Beim Einleiten erwärmt sich das Inertgas 2 bis auf die Schmelzetemperatur. Dabei dehnt es sich aus und beansprucht ein größeres Volumen, was sich positiv auf den Gasverbrauch auswirkt.
  • Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Eingangs des Steigrohrs 1, welches sich vom Pumpenkopf 6 weg in Form eines Trichters 11 erweitert.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele für den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben.
    • Beispiel 1: Pumpen von Zinnschmelzen
  • In einer Zinnschmelze mit einer Temperatur von 360° taucht der Eingang des Steigrohrs 1 aus Stahl mit einem Innendurchmesser von 22 mm und einer Wandstärke von 1,5 mm bis in eine Tiefe von 500 mm ein. Die Fördergasleitung 4 aus Stahl hat einen Innendurchmesser von 4 mm und eine Wandstärke von 1 mm. Die Fördergasleitung 4 mündet offen und zentrisch in das Steigrohr 1, und zwar 50 mm oberhalb des Eingangs des Steigrohrs 1. Als Inertgas 2 wird Stickstoff verwendet. Ein Gasvolumenstrom von 0,62 Nm3/h fördert eine Schmelzemenge von 500 kg/h, ein Gasvolumenstrom von 1,1 Nm3/h fördert sogar 1000 kg/h. Die Förderhöhe beträgt 500 mm über dem Zinnschmelzespiegel des Ofens, aus dem die Schmelze 3 herausgepumpt wird.
    • Beispiel 2: Pumpen von Magnesiumschmelzen
  • In eine Magnesiumschmelze mit einer Temperatur von 700° taucht der Eingang des Steigrohrs 1 aus hochwarmfestem Stahl mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Wandstärke von 5 mm bis in eine Tiefe von 320 mm ein. Die Fördergasleitung 4 aus Stahl hat einen Innendurchmesser von 4 mm und eine Wandstärke von 1 mm. Die Fördergasleitung 4 mündet offen und zentrisch in das Steigrohr 1, und zwar 50 mm oberhalb des Eingangs des Steigrohrs 1. Als Inertgas 2 wird Stickstoff verwendet. Ein Gasvolumenstrom von 0,49 Nm3/h fördert eine Schmelzemenge von 220 kg/h. Die Förderhöhe beträgt 400 mm über dem Magnesiumschmelzespiegel des Ofens, aus dem die Schmelze 3 herausgepumpt wird.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Steigrohr
    2
    Inertgas (Fördergas)
    3
    Schmelze
    4
    Fördergasleitung
    5
    Blase
    6
    Pumpenkopf
    7
    Gasabzugsrohr
    8
    Ablaufrohr
    9
    Überlauf
    10
    Fritte
    11
    Trichter

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Pumpen von heißen Schmelzen (3) unter Verwendung des Mammutpumpeneffekts, die Vorrichtung umfassend
    - ein beidseitig offenes Steigrohr (1), das an seinem Ausgang mit zumindest einem Ablaufrohr (8) über einen Pumpenkopf (6) in Verbindung steht,
    - eine Fördergasleitung (4), die im Bereich des Eingangs des Steigrohrs (1) endet, zum Fördern von Schmelze (3) durch das Steigrohr (1),
    - ein Ablaufrohr (8), durch welches im Betriebszustand der Vorrichtung heiße, aus dem Steigrohr (1) aufsteigende Schmelze (3) frei abfließen kann, wobei ein als abgeschlossenes Gehäuse ausgebildeter Pumpenkopf (6) vorgesehen ist, in welchen das Steigrohr (1) und das Ablaufrohr (8) münden, sowie zumindest ein, dem Steigrohr (1) und dem Ablaufrohr (8) gegenüber liegendes, Gasabzugsrohr (7) zum Entfernen des Fördergases (2), wobei der Pumpenkopf (6) einen größeren Querschnitt aufweist als das Steigrohr (1), das Ablaufrohr (8) oder das Gasabzugsrohr (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (1), in Richtung des Steigrohres gesehen, weiter in den Pumpenkopf (6) hineinragt als das Ablaufrohr (8) und dass ein Überlaufrohr (9) so in den Pumpenkopf (6) mündet, dass dessen Ende, in Richtung des Steigrohres (1) gesehen, weiter in den Pumpenkopf (6) hineinragt als das Steigrohr (1), und dass im Betriebszustand der Vorrichtung Schmelze (3) aus dem Pumpenkopf (6) frei abfließen kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (1) bis 200 mm, vorzugsweise 40-100 mm, in den Pumpenkopf (6) hineinragt.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablaufrohr (8) in den Boden des Pumpenkopfes (6)mündet.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Steigrohr (1) vorgesehen ist, welches so angeordnet ist, dass Schmelze (3) aus dem Pumpenkopf (6) herausgepumpt werden kann.
  5. Verwendung einer Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen zum Pumpen von Schmelzen (3) aus Metallen, Legierungen oder Metallverbindungen.
  6. Verwendung nach Anspruch 5 für Schmelzen (3) aus Sulfiden oder Arseniden.
  7. Verfahren zum Pumpen von heißen Schmelzen (3) unter Verwendung des Mammutpumpeneffekts, unter Verwendung einer Vorrichtung umfassend
    - ein beidseitig offenes Steigrohr (1), das an seinem Ausgang mit zumindest einem Ablaufrohr (8) über einen Pumpenkopf (6) in Verbindung steht,
    - eine Fördergasleitung (4), die im Bereich des Eingangs des Steigrohrs (1) endet,
    - vorzugsweise ein Ablaufrohr (8), durch welches im Betriebszustand der Vorrichtung heiße, aus dem Steigrohr (1) aufsteigende Schmelze (3) frei abfließen kann,
    - einen als abgeschlossenes Gehäuse ausgebildeten Pumpenkopf (6), in welchen das Steigrohr (1) und das Ablaufrohr (8) münden, sowie zumindest ein, dem Steigrohr (1) und dem Ablaufrohr (8) gegenüber liegendes, Gasabzugsrohr (7) zum Entfernen des Fördergases (2), wobei der Pumpenkopf (6) einen größeren Querschnitt aufweist als das Steigrohr (1), das Ablaufrohr (8) oder das Gasabzugsrohr (7), wobei das Steigrohr (1), in Richtung des Steigrohres gesehen, weiter in den Pumpenkopf (6) hineinragt als das Ablaufrohr (8), und wobei ein Überlaufrohr (9) so in den Pumpenkopf (6) mündet, dass dessen Ende, in Richtung des Steigrohres (1) gesehen, weiter in den Pumpenkopf (6) hineinragt als das Steigrohr (1), und wobei im Betriebszustand der Vorrichtung Schmelze (3) aus dem Pumpenkopf (6) frei abfließen kann, umfassend die Verfahrensschritte
    - Eintauchen des Eingangs des Steigrohrs (1) in eine Schmelze (3),
    - Einstellung der Gasmenge des Fördergases (2), sodass der Spiegel der Schmelze (3) im Pumpenkopf (6) oberhalb des Ausgangs des Steigrohres (1) liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Steigrohr (1) vor dem Einschalten des Fördergases (2) vorgewärmt wird.
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