SE456934B

SE456934B - Liq. metal pumping system

Info

Publication number: SE456934B
Application number: SE8700966A
Authority: SE
Inventors: P-O Kaagstroem
Original assignee: Graenges Aluminium Ab
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1988-11-14
Also published as: SE8700966D0; SE8700966L

Abstract

Appts. comprises a liq. pumping unit having a pump chamber connected to a main chamber, with the inlet connection having a much lower flow resistance in the direction into the pumping chamber than in the reserve direction, and with the outlet connection having a lower flow resistance out of the pumping chamber than in the reverse direction. Cyclic depression or overpressure in the pump chamber relative to the pressure in the main chamber, causes alternate flow in and flow out of liq. between the main chamber and pump chamber.

Description

S! 10 15 20 25 30 35 456 934 relser i smältan, vilka åstadkommes genom pumpning av smält metall mellan huvudrummet och sidorummet. S! 45 15,945 in the melt, which are produced by pumping molten metal between the main chamber and the side chamber.

I den ovan beskrivna kända anordningen användes manöv- rerbara kolvar såsom ventiler, som öppnar och stänger öpp- ningarna mellan pumphuset och huvudrummet respektive sido- rummet, för att styra strömningen av smält metall mellan huvudrummet och sidorummet. Sådana manövrerbara kolvar förslits emellertid kraftigt i den besvärliga miljö, i vil- ken de arbetar, och måste därför regelbundet bytas ut, vil- ket medför en viss underhållskostnad. Dessutom medför anordnandet av de manövrerbara kolvventilerna även en rela- tivt hög anskaffningskostnad för anordningen.In the known device described above, manoeuvrable pistons are used, such as valves, which open and close the openings between the pump housing and the main chamber and the side chamber, respectively, to control the flow of molten metal between the main chamber and the side chamber. However, such maneuverable pistons wear out severely in the difficult environment in which they operate, and must therefore be replaced regularly, which entails a certain maintenance cost. In addition, the arrangement of the manoeuvrable piston valves also entails a relatively high acquisition cost for the device.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en anordning vid smältugnar av den inled- ningsvis angivna typen, vilken möjliggör pumpning av smält metall mellan ett huvudrum och ett sidorum utan användande av rörliga kolvventiler, så att underhållskostnaderna ned- bringas till ett minimum och även anskaffningskostnaderna minskas väsentligt. Detta ändamål uppnås genom att anord- ningen ges de i kraven angivna kännetecknen.The main object of the present invention is therefore to provide a device for smelting furnaces of the initially stated type, which enables pumping of molten metal between a main chamber and a side chamber without the use of movable piston valves, so that the maintenance costs are reduced to a minimum and also the acquisition costs. significantly reduced. This object is achieved by giving the device the characteristics specified in the requirements.

Genom att öppningarna mellan pumphuset och huvudrummet respektive sidorummet utformas såsom kanaler, dvs ges en viss längd i strömningsriktningen, kan ett riktningsberoen- de strömningsmotstånd åstadkommas. Detta innebär att genomströmningsmängden per tidsenhet blir olika stor i de olika riktningarna. Med ett cykliskt varierande tryck 1 pumphuset erhålles alltså.en nettoströmning i den riktning, i vilken strömningsmotståndet är minst. Om kanalerna är så samordnade, att de har det lägsta strömningsmotståndet i samma riktning, dvs antingen i riktningen från huvudrummet genom pumphuset till sidorummet eller i den motsatta rikt- ningen, kan pumpning av smält metall åstadkommas mellan huvudrummet och sidorummet utan användande av rörliga, manövrerbara ventilelement.By the openings between the pump housing and the main chamber and the side chamber, respectively, being designed as channels, ie given a certain length in the flow direction, a direction-dependent flow resistance can be achieved. This means that the flow rate per unit time will be different in the different directions. With a cyclically varying pressure in the pump housing, a net flow is thus obtained in the direction in which the flow resistance is least. If the ducts are so coordinated that they have the lowest flow resistance in the same direction, i.e. either in the direction from the main chamber through the pump housing to the side chamber or in the opposite direction, pumping of molten metal can be accomplished between the main chamber and the side chamber without using movable, maneuverable valve element.

En utföringsform av anordningen enligt uppfinningen skall nu närmare beskrivas nedan med hänvisning till de bifogade ritningsfigurerna. 10 15 20 25 30 35 456 934 Fig. 1 visar schematsikt en smältugn av den inled- ningsvis angivna typen, vid vilken öppningarna mellan pump- huset och huvudrummet respektive sidorummet utformats i enlighet med uppfinningen.An embodiment of the device according to the invention will now be described in more detail below with reference to the accompanying drawing figures. Fig. 1 shows a schematic view of a melting furnace of the type indicated in the introduction, in which the openings between the pump housing and the main chamber and the side chamber, respectively, are designed in accordance with the invention.

Fig. 2 visar schematiskt i större skala pumphuset enligt fig. 1 anslutet till organ för alstring av över- och undertryck i pumprummet.' Den i fig. 1 i horisontell tvärsektion visade ugnen innefattar ett ugnsrum, som förutom av botten och lock (icke visade) begränsas av väggar 10-15. Ugnsrummet är medelst en mellanvägg 16 uppdelat 1 ett huvudrum 17 och ett sidorum 18. Sidorummet står i förbindelse med huvudrummet genom en öppning 19 i mellanväggen 16. Ugnsrummets ena sidovägg 15 är försedd med en öppningsbar lucka 20 för chargering av huvudrummet med grovt aluminiumskrot. Vid ugnens motsatta sidovägg ll är ett pumphus 21 anordnat, vilket står i förbindelse med huvudrummet och sidorummet genom kanaler 22 respektive 23 i sidoväggen ll. Smält metall kan sålunda cirkulera från huvudrummet 17 genom pumprummet 21 till sidorummet 18 och tillbaka till huvud- rummet, såsom antydes medelst pilar.Fig. 2 shows diagrammatically on a larger scale the pump housing according to Fig. 1 connected to means for generating overpressure and negative pressure in the pump chamber. The oven shown in horizontal cross-section in Fig. 1 comprises an oven compartment which, in addition to the bottom and lid (not shown), is delimited by walls 10-15. The oven compartment is by means of a partition wall 16 divided into a main compartment 17 and a side compartment 18. The side compartment communicates with the main compartment through an opening 19 in the partition wall 16. One side wall 15 of the oven compartment is provided with an openable door 20 for charging the main compartment with coarse aluminum scrap. At the opposite side wall 11 of the furnace, a pump housing 21 is arranged, which communicates with the main space and the side space through channels 22 and 23, respectively, in the side wall 11. Molten metal can thus circulate from the main space 17 through the pump space 21 to the side space 18 and back to the main space, as indicated by arrows.

Kanalerna 22 och 23 är utformade med successivt avta- gande genomströmningsytor. Kanalen 22 har sin största genomströmningsyta vid den ände, som är vänd mot huvudrum- met 17, och sin minsta genomströmningsyta vid den ände, som är vänd mot pumphuset 21. Kanalen 23 har sin största genomströmningsyta vid den ände, som är vänd mot pumphuset 21, och sin minsta genomströmningsyta vid den ände, som är vänd mot sidorummet 18. Båda kanalerna 22,23 har mjukt run- dade kanter vid den ände, som har den största genomström- ningsytan, och skarpa kanter vid den ände, som har den minsta genomströmningsytan. Genom denna utformning av kana- lerna får kanalerna olika strömningsmotstånd i olika rikt- ningar. Kanalen 22 har ett väsentligt lägre strömningsmot- stånd för smält metall, som flyter från huvudrummet 17 in i pumphuset 21, än för metall, som flyter från pumphuset in i huvudrummet. Kanalen 23 har ett väsentligt lägre ström- 10 15 20 25 30 35 456 934 ningsmotstånd för smält metall, som flyter från pumphuset 21 in i sidorummet 18, än för metall, som flyter från sido- rummet in i pumphuset. När trycket i pumphuset är lägre än i huvudrummet och sidorummet, kommer en större mängd smält metall att strömma in 1 pumphuset från huvudrummet genom kanalen 22 än från sidorummet genom kanalen 23. När trycket i pumphuset är högre än i huvudrummet och sidorummet, kom- mer en större mängd smält metall att strömma in i sidorum- met genom kanalen 23 än in i huvudrummet genom kanalen 22.The channels 22 and 23 are designed with successively decreasing flow surfaces. The channel 22 has its largest flow area at the end facing the main chamber 17 and its smallest flow area at the end facing the pump housing 21. The channel 23 has its largest flow area at the end facing the pump housing 21. , and its smallest flow area at the end facing the side space 18. Both channels 22,23 have softly rounded edges at the end having the largest flow area, and sharp edges at the end having the smallest the flow surface. Through this design of the channels, the channels have different flow resistances in different directions. The duct 22 has a significantly lower flow resistance for molten metal flowing from the main chamber 17 into the pump housing 21 than for metal flowing from the pump housing into the main chamber. The channel 23 has a substantially lower flow resistance for molten metal flowing from the pump housing 21 into the side chamber 18 than for metal flowing from the side chamber into the pump housing. When the pressure in the pump housing is lower than in the main chamber and the side chamber, a larger amount of molten metal will flow into the pump housing from the main chamber through the channel 22 than from the side chamber through the channel 23. When the pressure in the pump housing is higher than in the main chamber and side chamber, a larger amount of molten metal to flow into the side space through the channel 23 than into the main space through the channel 22.

Härigenom uppkommer ett nettoflöde av smält metall från huvudrummet genom pumphuset till sidorummet, såsom indike- ras medelst'pilarna i öppningarna 22 och 23. Genom den cyk- liska variationen av trycket i pumphuset och utformningen av kanalerna 22,23 åstadkommes sålunda en cirkulation av smält metall från huvudrummet genom pumphuset till sidorum- met.This results in a net flow of molten metal from the main chamber through the pump housing to the side chamber, as indicated by the arrows in the openings 22 and 23. The cyclic variation of the pressure in the pump housing and the design of the channels 22, 23 thus provides a circulation of molten metal from the main chamber through the pump housing to the side chamber.

Såsom visas i fig. 2 är pumphuset försett med ett lock 35, så att ett slutet rum bildas. Detta slutna rum står genom en rörledning 36 i förbindelse med en fläkt 37. Rör- ledningen är invid fläkten uppdelad i två grenar 38,39, av vilka den ena 38 är ansluten till fläktens insugningssida 40 och den andra 39 är ansluten till fläktens utblåsnings- sida 41. ledning 42 och ett luftfilter 43 förbunden med den omgivan- Fläktens insugningssida 40 är vidare genom en rör- de atmosfären, och fläktens utblåsningssida 41 är även för- bunden med en rörledning 44 för utblåsningsluft från fläk- ten. Rörledningarna 38,39,42,44 är invid fläkten försedda med trottelventiler 45,46,47 respektive 48, vilka kan om- ställas medelst ett tryckluftdrivet styrorgan 49 för stäng- ning respektive öppning av de olika rörledningarna. Venti- lerna är kopplade parvis, så att fläktens insugningssida 40 är ansluten till rörledningen 36 till pumphuset och fläk- tens utblåsningssida 41 är ansluten till rörledningen 44 för bortledning av utblåsningsluft från fläkten eller alternativt fläktens utblåsningssida 41 är ansluten till rörledningen 36 till pumphuset och fläktens insugninssida 40 är ansluten till atmosfären genom luftfiltret 43. I det 10 15 20 25 30 35 456 934 förstnämnda fallet âstadkommes ett undertryck i pumphuset i förhållande till trycket 1 huvudrummet, och i det sistnämn- da fallet, vilket illustreras i fig. 2, övertyck i pumphuset. Övertrycket respektive undertrycket åstadkommes ett kan lämpligen vara av storleksordningen 0,2 atmosfärer i förhållande till trycket i huvudrummet.As shown in Fig. 2, the pump housing is provided with a lid 35, so that a closed space is formed. This closed space is connected by a pipe 36 to a fan 37. The pipe is next to the fan divided into two branches 38, 39, one of which 38 is connected to the intake side 40 of the fan and the other 39 is connected to the exhaust pipe of the fan. page 41. line 42 and an air filter 43 connected to the ambient fan side 40 are further connected by a stirred atmosphere, and the exhaust side 41 of the fan is also connected to a pipe 44 for exhaust air from the fan. The pipelines 38,39,42,44 are provided next to the fan with throttle valves 45,46,47 and 48, respectively, which can be switched by means of a compressed air-driven control means 49 for closing and opening the various pipelines, respectively. The valves are connected in pairs, so that the intake side 40 of the fan is connected to the pipeline 36 to the pump housing and the exhaust side 41 of the fan is connected to the exhaust pipe 44 for discharging exhaust air from the fan or alternatively the exhaust side 41 of the fan is connected to the pump housing 36 and suction side 40 is connected to the atmosphere through the air filter 43. In the former case, a negative pressure is produced in the pump housing relative to the pressure in the main chamber, and in the latter case, as illustrated in Fig. 2, overpressure in the pump house. The overpressure and the underpressure are produced, one may suitably be of the order of 0.2 atmospheres in relation to the pressure in the main space.

Pumphuset är vidare_försett med en flottöranordning med en i vertikal led rörlig flottörkropp 50, vilken är förbunden med en styrstång 51, som är förskjutbart lagrad i pumphusets lock 35. Styrstångens övre ände är försedd med ett indikatororgan 52, vilket är anordnat att samverka med en nedre och en övre impulsgivare 53,54 för indikering av en minimum-nivå respektive en maximum-nivå hos smältan i pumphuset. Flottörkroppen 50 och styrstången 51 med indika- tororganet 52 visas i fig. 2 i ett mellanläge. lmpulsgivarna 53,54 är anslutna till en icke visad styranordning, vilken styr trottelventilerna 45-48 vid fläkten 37 för cyklisk variation av trycket i pumphuset.The pump housing is further provided with a float device with a floating body 50 movable vertically, which is connected to a guide rod 51, which is slidably mounted in the lid 35 of the pump housing. The upper end of the guide rod is provided with an indicator means 52, which is arranged to cooperate with a lower and an upper impulse sensor 53,54 for indicating a minimum level and a maximum level, respectively, of the melt in the pump housing. The float body 50 and the guide rod 51 with the indicator means 52 are shown in Fig. 2 in an intermediate position. The pulse sensors 53,54 are connected to a control device (not shown), which controls the throttle valves 45-48 at the fan 37 for cyclic variation of the pressure in the pump housing.

Genom den cykliska variationen av trycket i pumphuset kommer ett nettoflöde av smält metall att flyta från huvud- rummet till sidorummet, vilket befrämjar cirkulationen av smält metall mellan huvudrummet och sidorummet. Den cykli- ska växlingen av trycket kan ske med en frekvens av t ex omkring 1 period per minut, vilket vid en volym i pumphuset av 4 kubikmeter ger en pumpkapacitet av omkring 2-3 ton aluminium per minut. Även om endast en utföringsform av anordningen har visats och beskrivits, är det uppenbart att många modifika- tioner och variationer är möjliga inom ramen för uppfin- ningstanken. Kanalerna mellan pumphuset och huvudrummet respektive sidorummet kan ha en avtagande genomströmningsy- ta utmed endast en del av kanalens längd eller utmed hela kanalens längd och t ex ungefär ha formen av en trumpet eller en stympad kon. Kanalernas kanter vid den ände, där genomströmningsytan är störst, kan vara fasade i stället för mjukt rundade. Kanalernas kanter vid den ände, där genomströmningsytan är minst, kan vara mer eller mindre 456 954 10 15 20 25 skarpa. Ju skarpare kanterna är, desto högre blir ström- ningsmotståndet för smält metall som strömmar in i kanaler- na vid de skarpa kanterna. Kanalerna kan även helt eller delvis utgöras av insatta rördelar, vilka skjuter ut ur väggen och därigenom bildar en skarp kant vid den kanalän- de, där genomströmningsytan är minst. Kanalerna kan därige- nom lätt göras längre och eventuellt vinklas i förhållande till den vägg, genom vilken de passerar. Kanalerna kan då även lätt utformas med flera sektioner, om detta erfordras för uppnående av önskad skillnad i strömningsmotstånd mel- lan de olika riktningarna. I stället för att utforma kana- lerna med en avtagande genomströmníngsyta, kan kanalerna utformas för att ge turbulens eller störningar i strömning- en, som är olika för olika genomströmningsriktningar, så att därigenom olika strömningsmotstånd i olika riktningar erhålles. Detta kan eventuellt åstadkommas genom en eller flera insatser i kanalerna. Det kan slutligen i vissa fall vara tillräckligt med att endast en öppning är utformad såsom en kanal med olika strömningsmotstånd i olika rikt- ningar för att en viss cirkulation genom pumphuset skall erhållas. Pumpeffekten och följaktligen cirkulationen av smält metall blir emellertid mindre än om flera kanaler med olika strömningsmotstånd användes. Det är givetvis även möjligt att anordna flera kanaler såväl mellan pumphuset och huvudrummet som mellan pumphuset och sidorummet.Due to the cyclic variation of the pressure in the pump housing, a net flow of molten metal will flow from the main chamber to the side chamber, which promotes the circulation of molten metal between the main chamber and the side chamber. The cyclic change of the pressure can take place with a frequency of, for example, about 1 period per minute, which at a volume in the pump housing of 4 cubic meters gives a pumping capacity of about 2-3 tonnes of aluminum per minute. Although only one embodiment of the device has been shown and described, it is obvious that many modifications and variations are possible within the scope of the inventive concept. The channels between the pump housing and the main chamber and the side chamber, respectively, can have a decreasing flow area along only a part of the length of the channel or along the entire length of the channel and, for example, have approximately the shape of a trumpet or a truncated cone. The edges of the channels at the end where the flow area is largest may be bevelled instead of softly rounded. The edges of the channels at the end where the flow area is smallest may be more or less sharp. The sharper the edges, the higher the flow resistance of molten metal flowing into the channels at the sharp edges. The channels can also consist wholly or partly of inserted pipe parts, which project out of the wall and thereby form a sharp edge at the channel end, where the flow area is smallest. The channels can thus easily be made longer and possibly angled in relation to the wall through which they pass. The channels can then also easily be designed with several sections, if this is required to achieve the desired difference in flow resistance between the different directions. Instead of designing the channels with a decreasing flow area, the channels can be designed to give turbulence or disturbances in the flow, which are different for different flow directions, so that different flow resistances in different directions are thereby obtained. This can possibly be achieved through one or more efforts in the channels. Finally, in some cases it may be sufficient that only one opening is designed as a channel with different flow resistances in different directions in order for a certain circulation through the pump housing to be obtained. However, the pumping effect and consequently the circulation of molten metal is less than if several channels with different flow resistances are used. It is of course also possible to arrange several channels both between the pump housing and the main chamber and between the pump housing and the side chamber.

Claims

10 15 25 25 30 456 934 Patent claims

An apparatus for smelting furnaces comprising a main chamber (17); a side compartment (18) communicating with the main compartment through an opening (19) in an oven wall (16); of the type, and a pump housing (21), which communicates with both the main chamber and the side chamber through at least one opening (22,23) to each chamber in an oven wall (11) and which is provided with means (36-49) for cyclic variation of the pressure in the pump housing between an overpressure and a negative pressure in relation to the pressure in the main chamber, characterized in that the openings (22, 23) between the pump housing (21) and the main chamber (17) and the side chamber (18) are formed. made as channels (22,23) with less flow resistance in one direction than in the other direction and that the channels (22,23) are so coordinated that the flow resistance in the channels is less either in the direction from the main chamber through the pump housing to the side chamber or in the opposite direction, so that in case of negative pressure in the pump housing (21) molten material is sucked into the pump housing to a greater extent from one (eg 17) of the two chambers (17,18) and in case of overpressure in the pump housing molten material is squeezed from the pump housing to a greater extent into it second (18) of the two chambers, whereby pumping of molten material in the direction from the main chamber to the side chamber or vice versa is effected.

Device according to claim 1, characterized in that each channel (22, 23) has a flow surface which decreases in the pump direction.

Device according to claim 2, characterized in that the channels (22, 23) at the end, where the flow area is largest, have bevelled edges.

Device according to claim 3, characterized in that the channels (22, 23) at the end, where the flow area is largest, have softly rounded edges.

Device according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the channels (22, 23) at the end where the flow area 456 is smallest have sharp edges.

Device according to any one of claims 2-5, characterized in that the flow area of each channel (22, 23) decreases continuously along at least a part of the distance between the ends of the channel.

Device according to claim 6, characterized in that the flow area of each channel decreases continuously along the entire distance between the ends of the channel.