NO140024B

NO140024B - Konduksjonspumpe for flytende korroderende metaller og fremgangsmaate for fremstilling av deler for saadan pump.

Info

Publication number: NO140024B
Application number: NO4696/72A
Authority: NO
Inventors: Henri Carbonnel; Robert Borie
Original assignee: Alsacienne Atom
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1979-03-12
Also published as: JPS573302B2; FR2165224A6; GB1417150A; AU5024172A; SE378650B; CA954573A; NO140024C; DE2262811A1; IT1046457B; JPS552365A; US3829243A; AU467925B2; CH574687A5

Description

Foreliggende oppfinnelse angår forbedringer ved konduksjonspumper innrettet for nedsenkning i flytende metall og pumpning av korroderende metaller som aluminium, sink, støpejern eller stål i flytende tilstand.

Pumper for flytende metaller er i stadig økende grad anvendt

for å drive strømmende metall, særlig i støperier og ved rens-ning av metallene. Ved drift av en konduksjonspumpe bringes således en elektrisk strøm til å passere gjennom et tverrsnitt av en pumpekanal med flytende metall, samtidig som et magnet-felt perpendikulært på retningen av den elektriske strøm på-trykkes vedkommende kanaltverrsnitt. Det flytende metall vil da bli påvirket en kraft som er rettet langs den tredje akse av et rettvinklet koordinatsystem, hvis første to akser er rettet henholdsvis i retning av magnetfeltet og i retning av nevnte elektriske strøm gjennom metallet, og metallet bringes til å strømme i retning av nevnte tredje akse som i praksis hovedsakelig faller sammen med pumpekanalens lengderetning.

For aktive metaller som aluminium, sink, støpejern eller stål,

må det da anvendes en pumpekanal av varmebestandig material for det flytende metall, men sådanne materialer er vanligvis temme-lig dårlige elektriske ledere.. Den elektriske motstand i veggene av pumpekanalen hindrer da at den elektriske strøm kan ledes gjennom til et tverrsnitt av det flytende metall. Dette forhold har under lang tid hindret konstruksjon av praktisk brukbare konduksjonspumper for korroderende flytende metaller. Denne vanskelighet er imidlertid nå overvunnet ved at to motstående sider av strømningskanalen for det flytende metall på

det ønskede sted erstattes av elektroder som muliggjør den ønskede føring av elektrisk strøm, tvers over kanalen mens de to øvrige sider av kanalen fortsatt utgjøres av ikke ledende varmebestandig material, som er støpt eller utformet ved til-virkning av pumpen. Sådanne elektroder må kunne motstå påvirkning av meget korroderende metaller og samtidig gi god ledningsevne for den elektriske strøm, samtidig som det må sikres en væsketett tetning av kanalen ved elektrodene. Endelig er det kjent at den ledende strømsløyfe i seg selv kan utgjøres av et hvilket som helst ledende legeme, som f.eks. en konven-sjonell metall-leder av kobber eller nikkel, eller av en hul kanal som er fylt av det ledende, korroderende metall. I alle tilfeller må imidlertid denne ledende strømsløyfe ende i elektroder som befinner seg i kontakt med vedkommende kanal for flytende metall samt har de ovenfor angitte egenskaper. Elektrodene må således utgjøres av et material med varmeutvidelseskoeffisient som i så høy grad som mulig sammenfaller med utvidelseskoeffisienten for det anvendte varmebestandige metall i strømningskanalen, slik at det ikke vil opptre konstruksjons-svikt på grunn av forskjellig varmeutvidelse av de to materialer. Videre må vedkommende elektroder være elektrisk forbundet med strømsløyfen, og kunne fuktes av det flytende korroderende metall som pumpes. Elektrodematerialet må åpenbart kunne motstå kjemisk påvirkning fra det varme korroderende flytende metall uten å ta skade.

Kjente utførelser av denne art har flere fordeler, som særlig beror på det forhold at det er mulig å senke sådanne pumper ned i selve det flytende metall, og at det er mulig å starte vedkommende pumpe uten ytre igangsetning. Pumpelegemets omfang er også mindre enn for konkurrerende pumper (nærmere bestemt induksjonspumper) siden de nødvendige viklinger i foreliggende tilfelle kan anordnes i avstand fra pumpelegemet ot utenfor det flytende metall. Når det gjelder pumpning ved hjelp av en pumpe nedsenket i et metall i en støpeform e.l., vil således pumpen ikke oppta så meget verdifull plass i støpeformen. Ved at viklingene er anordnet over metall-badets overflate er de også lettere å beskytte mot eventuelle raske temperaturstig-ninger .

Generelt er det kjent teknikk å fremstille korrosjonssikre elektroder som -tillater strømovergang til vedkommende flytende metall og samtidig har en varmeutvidelseskoeffisient som meget nær er tilpasset den tilsvarende koeffisient for det varmebestandige material som avgrenser strømningskanalen for det flytende metall på minst en side.

I det tilfellet strømsløyfen mellom elektrodene utgjøres av en kanal for det korroderende metall som skal pumpes, er det videre erkjent at vedkommende elektroder må tilvirkes av et porøst, varmebestandig material impregnert med det korroderende flytende metall som skal transporteres.

På denne bakgrunn av teknikkens stilling er det et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret konduksjonspumpe for flytende, korroderende metaller.

Oppfinnelsen gjelder således en konduksjonspumpe for flytende korroderende metaller og med en pumpekanal for det flytende metall samt en ledende strømsløyfe, som fører en elektriske strøm som flyter tvers over et parti av pumpekanalen og perpendikulært på strømningsretningen for det flytende metall i kanalen, idet strømsløyfen omfatter to elektroder som er innbyrdes elektrisk sammenkoblet gjennom et avsnitt av sløyfen.

Konduksjonspumpens særtrekk i henhold til opppfinnelsen består herunder i at i det minste en del av nevnte sløyfe er utført i et utglødet og ledende keramisk material som er porøst i sådan grad at materialet kan impregneres eller gjennomtrekkes av det korroderende metall som pumpes.

Fortrinnsvis utføres såvel de to elektroder som den hele den øvrige del av strømsløyfen av nevnte keramiske material.

Utvidelseskoeffisienten av elektroder utført i ledende keramisk material ligger meget nær den tilsvarende koeffisient for det varmebestandige material som avgrenser de øvrige sider av pumpekanalen for det flytende metall. Det er således lett å sikre den nødvendige væsketetning mellom elektrodene og pumpekanalen.

Ohmske effekttap ved kontakten mellom elektrodene og den ledende sløyfe er således unngått ved den foretrukkede utførelse av oppfinnelsens konduksjonspumpe. Denne utførelse forenkler pumpens konstruksjon, således at perfekt væsketetning kan sikres ved de aktive deler av strømsløyfen.

Disse forbedringer er gjort mulig ved hjelp av en material-behandling som forbedrer ledningsevnen for de nevnte ledende keramiske materialer, samtidig som deres mekaniske egenskaper forbedres. Det er derfor et ytterligere formål for oppfinnelsen å angi hensiktsmessige fremgangsmåter ved sådan materialbe-handling.

For å gjøre et keramisk material, som f.eks. utgjøres av ledende partikler av titan-diborid, porøst etter støpningen, er det nødvendig at materialet ikke utsettes for noen som helst sammen-trykning under sintringsprosessen. Den mekaniske forbindelse mellom partiklene vil derfor ikke alltid få den styrke som det er mulig å oppnå. Utglødning i nøytral atmosfære vil da i henhold til oppfinnelsen i vesentlig grad kunne forbedre for-bindelsen mellom de ledende korn. På lignende måte vil det for gitte mekaniske egenskaper være mulig å tolerere en større porøsitet, når det keramiske material senere utsettes for ut-glødning. En bedre vætningsevne for den ledende sløyfe samt en nedsetning av dens elektriske motstand kan således oppnås ved å utsette ledningssløyfen eller elektrodene for en komplet-terende varmebehandling etter støpningen. En sådan behandling kan lett utføres i industriell skala.

Oppfinnelsen angår således også fremgangsmåter for fremstilling av deler av porøst og elektrisk ledende keramisk material for en pumpe av ovenfor art, idet fremgangsmåtenes særtrekk i henhold til oppfinnelsen henholdsvis består i at det porøse og ledende keramiske material utglødes i nøytral atmosfære ved en temperatur av størrelsesorden 1600°C og at det keramiske material herdes i et bad av korroderende flytende material, som holdes ved en temperatur 50 - 250°C høyere enn metallets smeltepunkt og -er blitt påført et overflateskikt av alkalimetall-fluorider.

I visse tilfeller når de egenskaper som ønskes oppnådd er en bedre væting med det flytende metall som skal pumpes, såvel som en bedre beskyttelse mot oksydering, kan herdning alene være tilstrekkelig. Det bør bemerkes at når det flytende metall som skal pumpes er jern, vil herdningen samtidig med-føre utglødning.

Nevnte herdningav elektrodene eller hele den ledende strøm-sløyfe kan, særlig etter forutgående utglødning, hensiktsmessig oppnås ved en foretrukket utførelse som gir meget tilfredsstill-ende resultater og er beskrevet nedenfor under henvisning til den eneste vedføyde tegning, som skjematisk anskueliggjør av herdningsprosessen.

På tegningen er det vist en tank som inneholder det korroderende flytende metall 2 ved en temperatur 50 - 250°C høyere enn metallets smeltepunkt (850°C for aluminium). Metalltanken 1

er ned til sin halve dybde ved hjelp av en skillevegg 3 opp-delt i to avdelinger 4 og 5. I avdeling 4 er det flytende metall forsynt med et overflateskikt av en viss tykkelse av alkalimetall-fluorider 6. Herdningsoperasjonen består i en første herdning av de elektroder som skal behandles, i tankens avdeling 4, hvoretter elektroden overføres for herdning til avdeling 5.

De alkalimetall-fluorider som flyter på overflaten av det flytende metall, fukter elektroden ved passasje gjennom skiktet og muliggjør derved bedre vedheftning av metallet i porene for det ledende keramiske material. Dette resulterer i en stor forbedring av materialets vætning med flytende metall når pumpen er bragt i drift, samtidig som det keramiske material i øket grad beskyttes mot oksydering.

Deler som er herdet ved den fremgangsmåte som er angitt ovenfor, har vist seg særskilt egnet for anvendelse i pumpekonstruk-sjoner utført i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Selv om de utførelser som er beskrevet ovenfor synes å gi de største fordeler, vil det likevel forstås at forskjellige modifikasjoner kan gjøres uten at oppfinnelsens ramme over-skrides. Dette gjelder særlig en pumpe med en strømsløyfe hvis to elektrodeender, som befinner seg i kontakt med det flytende metall som pumpes, er utført av porøst og ledende impregnert keramisk material, mens resten av sløyfen utgjøres av en hul kanal for flytende metall.

Claims

1. Konduksjonspumpe for flytende korroderende metaller og med en pumpekanal for det flytende metall samt en ledende strøm-sløyfe, som fører en elektrisk strøm som flyter tvers over et parti av pumpekanalen og perpendikulært på strømningsretningen for det flytende metall i kanalen, idet strømsløyfen omfatter to elektroder som er innbyrdes elektrisk sammenkoblet gjennom et avsnitt av sløyfen, karakterisert ved at i det minste en del av nevnte sløyfe er utført i et utglødet og ledende keramisk material som er porøst i sådan grad at materialet kan impregneres eller gjennomtrekkes av det korroderende metall som pumpes.

2. Konduksjonspumpe som angitt i krav 1, karakterisert ved at de to elektroder som befinner seg i kontakt med det flytende metall, er utført i nevnte keramiske material.

3. Konduksjonspumpe som angitt i krav 1, karakterisert ved at hele strømsløyfen som er ført mellom to motstående sider av nevnte parti av pumpekanalen, utgjøres av nevnte keramiske material.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av deler av porøst elektrisk ledende keramisk material for en pumpe som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at det porøse og ledende keramiske material utglødes i nøytral atmosfære ved en temperatur av størrelsesorden 1600°C.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av deler av porøst og elektrisk ledende keramisk material for en pumpe som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at det keramiske material herdes i et bad av korroderende flytende metall, som'holdes ved en temperatur 50 - 250°C høyere enn metallets smeltepunkt og er blitt påført et overflateskikt av alkalimetall-fluorider.