WO1987005382A1 - Device for degassing molten metals - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenen Metallen

Stand der Technik

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Gaseinspritzdüsensystem für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor für die Entgasung von geschmolzenem Metall mit einem Spülgas.

Ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für das Entgasen von geschmolzenem Metall ist in der US-PS 4 177 066 offenbart. Die Erfindung dieses genannten Patentes lehrt das Entgasen von geschmolzenem Metall unter Verwendüng einer Vorrichtung, bestehend aus einem Wirbeltankreaktor, wobei das geschmolzene Metall tangential in den Reaktor eingeleitet wird und das geschmolzene Metall in einer Wirbelbewegung vom Reaktoreinlass zum Reaktorauslass geführt wird. Um den gewünschten Strom des Metalles in einer Wirbelbewegung vom Metalleinlass zum Metallaαslass zu erreichen ist es notwendig, dass der Metalleinlass in bezug auf die Reaktorwand derart angeordnet ist, dass das geschmolzene Metall tangential in den Reaktor geleitet wird.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform umfasst der Wirbeltankreaktor einen ersten, im wesentlichen mit einer zylindrischen Seitenwand ausgestatteten Teil und darunter, unter dem ersten, im wesentlichen zylindrischen Seitenwandteil einen zweiten, sich nach unten verengenden Seitenwandteil. Die Gaseinspritzdüsen für das Spülgas sind in den Wänden des sich verengenden Seitenwandteiles in verschieden hohen Positionen angeordnet, um die Blasenverteilung des Spülgases durch die ganze Schmelze hindurch während des Durchtrittes vom Reaktoreinlass zum Reaktorauslass zu optimieren. Durch die Anordnung der Sprühdüsen in verschiedenen Hohen des sich verengenden Wandteiles sind diese in verschiedenen Abstanden von der zentralen Achse des Wirbeltankreaktors, womit eine maximale Gasblasenverteilung erreicht wird. Die Einzelheiten der verschiedenen Vorrichtungsteile des Wirbeltankreaktors und die Sprühdüsenanordnungen, wie in der US-PS 4 177 066 offenbart, können ebenso mit dem verbesserten Gaseinspritzdüsensystem nach vorliegender Erfindung zur Anwendung gelangen.

Während der obenerwähnte Wirbeltankreaktor wie in der US-PS 4 177 066 beschrieben, gegenüber bekannten, zum Stande der Technik gehörenden Vorrichtungen, erhebliche Vorteile aufweist, ergaben sich doch noch eine Anzahl von Problemen mit dem Gaseinspritzdüsensystem. Im besonderen sind zu erwähnen, der beobachtete unerwünschte Durchtritt von Metall aus dem Reaktor im Bereich der Düsenspitze. Zusätzlich war man mit dem Problem konfrontiert, dass das Spülgas seinerseits aus dem Gasführungssystem selbst austrat. Schliesslich wurde gefunden, dass die Gaseinspritzdüsen die Tendenz aufwiesen, zu brechen, wenn sie durch die Reaktorwand in den Tank eingesetzt wurden.

Die US-PS 4 392 636 beschreibt eine Gaseinleitungsdüse für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor gemäss genannter US-PS 4 177 066. Das Gaseinleitungssystem umfasst einen Düseneinsatz, der in der Wand des Wirbeltankreaktors gesi chert eingesetzt ist und bündig mit der inneren Reaktorwand ist. Der Düseneinsatz ist mit einer Sitzoberfläche ausgerüstet, die ihrerseits zu einem Düsenspitzenkegel aus keramischem Material oder ähnlichem, passend geformt ist. Die Gaseinleitungsdüse stützt sich federbelastet gegen diesen Düsenspitzenkegel und der Düsenspitzenkegel entsprechend gegen den Düseneinsatz, so dass ein Metalldurchtritt aus dem Reaktor im Bereich der Gaseinleitungsdüse vermieden wird. Die Gaseinleitungsdüse ist gegenüber der Spülgaszuführung durch eine Schraubvorrichtung gesichert, unter Verwendung einer Dichtung zwischen dem Düsenschraubteil und der Spülgasdüse. Es wurde gefunden, dass die drehende Bewegung des Düsenschraubteils auf die Dichtung zwischen dem Düsenschraubteil und der Spülgasdüse sich ungünstig auf deren dichtende Wirkung auswirkt. In Anbetracht dessen, dass der Wirbeltankreaktor für die Entfernung von Wasserstoff und Erdalkalimetallen aus geschmolzenem Aluminium vorgesehen ist und dazu aktive Gase wie Chlorgas oder ähnliches verwendet werden, war es zwingend, dass eine leckfreie Auslegung des Spülgaszuführungssystems entwickelt wurde.

US-PS 4 494 735 beschreibt eine Gaseinleitungsdüse für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor der oben beschriebenen Art. Das Gasdüsensystem umfasst einen Düseneinsatz der an der Reaktorwand des Wirbeltankreaktors befestigt ist und bündig mit der inneren Wandbegrenzung ist. Der Düseneinsatz ist mit einer Aufnahmefläche versehen, die passend zur Aufnahme eines Düsenspitzenkonus aus keramischem oder ähnlichem Material, ausgestaltet ist. Die Spülgasdüse wird mit einer entsprechenden Kraft gegen den Düsenspitzenkonus ge drückt, um eine Dichtung der Spitze gegenüber dem Spitzenkonus und somit einem Metalldurchtritt aus dem Reaktor im Bereich der Spülgasdüsen zu vermeiden. Die Spülgasdüse ist gegenüber der Spülgaszuführungsleitung durch eine Düsenschraubverbindung gesichert, welche eine Düsenspitzenschraube enthält, die den Düsenkörper aufnimmt. Die Düsenspitzenschraube hält in nicht drehender Weise eine Befestigungsplatte, die gegen eine Dichtung presst, die zwischen der Befestigungsplatte und dem hinteren Ende des Düsenkörpers angeordnet ist. Ein Gewinde ist in der Düsenspitzenschraube eingeschraubt und stützt die Befestigungsplatte gegen die Dichtung und weiter gegen den Düsenkörper, um eine leckfreie Dichtung zu erzielen. Eine Federscheibe kann zwischen der Befestigungsplatte und dem Gewinde angeordnet sein um die Befestigungsplatte stützen zu helfen. Die Düsenanordnung nach dem '735 Patent vermag anfänglich ohne Leckprobleme zu arbeiten, mit der Zeit ist jedoch ein Metalldurchtritt zu beobachten, da das Düsenspitzenkonusmaterial sich zersetzt. Dementsprechend ist ein erster Gegenstand vorliegender Erfindung eine verbesserte Gaseinspritzdüse zur Zuführung von gasförmigem Material, die frei ist von Leckproblemen in der Gaszuführungsleitung.

Ein hauptsächlicher Gegenstand vorliegender Erfindung ist das zur Verfügungstellen einer Gaseinspritzdüse für die An- wendung in einem Wirbeltankreaktor für die Entgasung von geschmolzenem Metall mit einem Spülgas.

Es ist ein besonderer Gegenstand vorliegender Erfindung, eine verbesserte Gaseinleitungsdüse für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor für die Entagsung von geschmolzenem Metall zur Verfügung zu stellen, bei dem der Gasaustritt im Bereich der Düsenspitze eliminiert ist.

Es ist noch ein weiterer Gegenstand vorliegender Erfindung, eine verbesserte Gaseinspritzdüse zur Verfügung zu stellen, welche genannte Verbesserungen aufweist und die einfach und billig im Gebrauch ist. Weitere Gegenstände und Fortschritte vorliegender Erfindung sind nachstehend beschrieben.

In Uebereinstimmung mit vorliegender Erfindung sind die vorgenannten Gegenstände und Fortschritte vollumfänglich berücksichtigt.

Vorliegende Erfindung umfasst eine verbesserte Gaseinleitungsdüsenvorrichtung für die Anwendung in einem Wirbeltankreaktor für die Anwendung bei der Entgasung von geschmolzenem Metall mit einem Spülgas. Die Gaseinleitungsdüsenvorrichtung umfasst einen hohlen Düsensitz dessen Bohrung einen ersten konisch zulaufenden Abschnitt und einen zweiten konisch zulaufenden Abschnitt, beide verbunden durch einen Schulterteil, weiters einen hohlen Düsenspitzenkonus, dichtend eingepasst im Bereich dieses zweiten konisch zulaufenden Abschnittes, um eine erste Dichtung zu bilden, weiters eine Düsenspitzendichtung in besagtem ersten konisch zulaufenden Abschnitt, die an den Schulterteil des hohlen Düsensitzes stösst, unter Ausbildung einer zweiten Dichtung und eine hohle Düsenspitze mit einem zylindrischen Schulterteil und einem konisch zulaufenden Spitzenteil, angeordnet im Bereich des hohlen Düsensitzes, wobei die konisch zulaufende Düsenspitze in den hohlen Dü senspitzenkonus aufgenommen wird und der Schulterteil gegen die Düsenspitzendichtung gepresst wird, wobei die Dichtung zwischen dem Schulterteil der Düsenspitze und dem Düsensitz dichtend eingepasst wird, und eine Gaszuführungsdichtung, befestigt an der Düsenspitze zur Speisung von Gas, und weiters Isolationsmaterialien, welche die Leitung umgeben, um die Leitung im gereich des hohlen Düsensitzes zu isolieren, vorgesehen sind. In üebereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind eine Platte und ein Abstandsrohr um die Gaszuleitung vorgesehen, welche die Isolation um die Gaszuleitung festhalten. Die Isolation umfasst eine erste und eine zweite Umwicklung aus keramischen Fasern.

Die Vorrichtung vorliegender Erfindung eliminiert Metalldurchtritte aus dem Reaktor im Bereich der Düsenspitze, verhütet Gasdurchbrüche in der Gaszuleitung und erlaubt ein leichtes Austauschen der Düse bei einer Verstopfung.

Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer vorzugsweisen Ausführungsform eines Wirbeltankreaktors wie beschrieben in US-PS 4 177 066 mit der verbesserten Gaseinspritzdüsenvorrichtung nach vorliegender Erfindung.

Figur 2 ist eine schematische Teilansicht der Gaseinspritzdüsenvorrichtung vorliegender Erfindung, entlang der Linie 2-2 der Figur 3.

Figur 3 ist eine Frontansicht der Gaseinspritzdüsenhaltevorrichtung, angebracht am Wirbeltankreaktor. Figur 4 ist eine Explosionszeichnung der Teile der Gaseinspritzdüsenvorrichtung in Uebereinstimmung mit vorliegender Erfindung.

Bezugnehmend auf Figur 1 ist die Spülgasdüse in einer vorzugsweisen Anordnung am einen Wirbeltankreaktor 10 gezeigt, umfassend einen ersten im wesentlichen zylindrischen Seitenwandteil 12 und einem zweiten nach unten sich verjüngenden Seitenwand 14, unterhalb des zylindrischen Seitenwandteils 12. Wie vorher erwähnt, können Spülgasdüsenvorrichtungen gemäss vorliegender Erfindung in jeden der in der US-PS 4 177 066 beschriebenen Wirbeltankreaktor eingefügt werden und auch die verschiedenen Ausführungsformen des Wirbeltankreaktors werden hiermit umfasst.

Eine Anzahl von Gasdüsenvorrichtungen sind im sich verjüngenden Seitenwandteil 14 jeweils mittels eines Halterahmens 16 befestigt. Mit speziellem Bezug auf Figuren 2 bis 4 wird die Gasdüsenvorrichtung und der Halterahmen im Detail beschrieben. Insbesondere aus Figur 2 wird der sich verjüngende Seitenwandteil 14 des Wirbeltankreaktors, weleher eine erste innere Wand 18, die aus geeignetem feuerfesten Material hergestellt wird, und eine zweite äussere Wand 20, die vorzugsweise aus Stahl hergestellt wird, und von der inneren Wand 18 einen Abstand aufweist, ersichtlich. Eine Isolationsfüllung 22 ist zwischen dem Raum zwisehen der inneren Wand 18 und der äusseren Wand 20 angebracht. Die innere Wand 18 ist mit einer Anzahl von Oeffnungen 24 versehen, die dafür vorgesehen sind, jeweils eine Düsenvorrichtung nach vorliegender Erfindung aufzunehmen. In jeder der Oeffnungen 24 ist ein hohler Düsensitz 26 an gebracht, dessen Bohrung einen ersten sich verengenden Abschnitt 28 und einen zweiten sich verengenden Abschnitt 30 aufweist, die beide durch einen Schulterteil 32 verbunden sind. Der Düsensitz kann aus jedem geeigneten keramischen Material hergestellt werden.

Ein hohler Düsenspitzenkonus 34 aus geeignetem keramischen Material ist dichtend im Bereich des zweiten sich verengenden Bohrung 30 des hohlen Düsenspitzensitzes 26 eingepasst. Eine Düsenspitzendichtung 36 aus geeignetem keramisehen Material liegt an und dichtet gegen die Schulter 32 des hohlen Düsensitzes 26. Eine mit einer Schulter versehene Düsenspitze 38 mit dem zylindrischen Schulterteil 40 und einem sich verjüngenden Spitzenteil 42 ist innerhalb des hohlen Düsensitzes 26 eingesetzt, derart, dass der verjungende Spitzenteil 42 in den hohlen Düsenspitzenkonus 34 passt, um eine erste Dichtung gegen einen Metalldurchtritt zu bilden. Der Schulterteil 40 der hohlen Düsenspitze 38 presst die Düsenspitzendichtung gegen den Absatz in Teil 32 des Düsensitzes 26 unter Ausbildung einer zweiten Dichtung gegen einen Metalldurchtritt.

Eine Gaszuführungsleitung 44 ist in einer Vertiefung 46 im hohlen, mit einer Schulter versehenen Gasdüsenspitze 38 eingepresst, keramisch gebunden oder dergleichen, um eine gasdichte Verbindung zu bilden. Die Gaszuführungsleitung 44 ist im Bereich des hohlen Düsensitzes 26 von einer Isolation aus keramischen Fasern 48 und der konisch geformten Faserumhüllung 50 umgeben. Die keramische Faserisolation 48 wird durch eine Platte 52, welche die Gaszuführungsleitung 44 umgibt, gehalten. Die Platte 52 ist durch ein Distanzrohr 54, welches die Leitung 44 umgibt, befestigt.

Vorzugsweise ist die konisch geformte Faserumhüllung 50 aus wärmequellbarem Dichtungsmaterial hergestellt, das während des Aufheizens anquillt und eine dritte Dichtung gegen Metalldurchtritt bildet. Geeignetes Material ist bekannt unter dem Namen "Sureseal", ein Warenzeichen, eingetragen auf Consolidated Aluminium Corporation, für wärmequellbares keramisches Fasermaterial.

Insbesondere sichtbar in Figur 4 ist ein Verbindungsstück 56, welches in die Gaszuführungsleitung 44 eingefügt ist, um gasdicht an eine Gasleitung 58, durch welche das Spülgas zugeführt wird, anzuschliessen. Ein Rückhaltebügel 60 ist über dem Verbindungsstück 46 befestigt und mittels der Schraube 62 gesichert. Die Düsenvorrichtung ist am Reaktor 10 mittels eines kreuzförmigen Armes 64, welcher an der äusseren Wand 20 des Reaktors mit Bolzen und Muttern befestigt ist, angebracht. Der kreuzförmige Arm wird vom Schild 68 und der Feder 70 an Ort gehalten, die sich ihrerseits am Rückhaltebügel 60 über die Rückhalteplatte 72 und Schrauben 74 abstützt. Es wurde gefunden, dass bei Verwendung der Gaseinspritzdüse nach vorliegender Erfindung ein Metalldurchtritt verhindert wird.

Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht durch die Zeichnungen limitiert ist. Diese dienen der näheren Erläuterung und bestmöglichem Verständnis der Erfindung und lassen eine Modifikation der Form, der Grösse, der Anordnung der Teile und Funktionsweisen zu. Die Erfindung umfasst auch alle diese Modifikationen, die auch im Sinne und im Bereich der Ansprüche liegen.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenem Metall, umfassend eine Kammer mit einem inneren, verlängerten Seitenwandteil und einem äusseren verlängerten Seitenwandteil mit einer zentralen Achse, mit einem Metalleinlass in einer ersten Höhe, in bezug auf die Kammer tangential angeordnet, damit das schmelzflüssige Metall tangential in diese Kammer und in wirbelformigem Strom vom diesem Metalleinlass durch die Kammer nach unten fliesst, einem Metallauslass, angeordnet in einer zweiten Höhe, unter der ersten Höhe liegend, um das Metall aus der Kammer auszubringen und wenigstens einen Spülgaseinlass, angebracht im Bereich des zweiten sich nach unten verengenden Seitenwandteiles, unterhalb der ersten Höhe, um das Spülgas in die Kammer zu leiten, wobei der oderdie Spülgaseinlässe eine Düsenvorrichtung umfassen, die dichtend in jeweils eine Oeffnung eingepasst ist, die ihrerseits in diesem zweiten sich nach unten verjüngenden Seitenwandteil vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Düsenvorrichtung einen hohlen Düsensitz mit einer Bohrung mit einem ersten sich verjüngenden Abschnitt und einen zweiten sich verjüngenden Abschnitt enthält, die durch einen Absatz verbunden sind, aufweist, und ein hohler Düsenspitzenkonus dichtend in diesem zweiten sich verjüngenden Abschnitt eingesetzt ist und eine Düsenspitze, die im ersten sich ver jüngenden Abschnitt montiert ist und an den Absatzteil des hohlen Düsensitzes anschliesst, wobei die Düsenspitze hohl ist, mit einer Schulter versehen ist, einen zylindrischen Schulterteil und einen sich verjüngenden Spitzenteil aufweist und im hohlen Düsensitz derart eingepasst ist, dass der Schulterteil an eine Düsenspitzendichtung anpasst und die Düsenspitzendichtung zwischen dem Schulterteil der Düsenspitze und dem Absatz des Düsensitzes eingepasst ist und der sich verjungende Spitzenteil dichtend in den Düsenspitzenkonus passt, und eine Gaszuführungsvorrichtung in gasdichter Ausführung mit der Düsenspitze verbunden ist, um das Gas derselben zuzuführen und eine Isolation, welche die Zuführungsleitung im Bereich des hohlen Düsensitzes umgibt, vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Platte und ein Distanzrohr um die Gasleitung vorgesehen sind, um die Isolation am Ort zu halten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Isolation eine erste und eine zweite Umhüllung aus keramischen Fasern enthält.

4. Düsenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hohlen Düsensitz mit einer Bohrung mit einem ersten sich verjüngenden Abschnitt und einem zweiten sich verjüngenden Abschnitt enthält, die durch einen Absatz verbunden sind, aufweist, und ein hohler Düsenspitzenkonus dichtend an diesem zweiten sich verjüngenden Abschnitt eingesetzt ist und eine Düsenspitze, die im ersten sich verjüngenden Abschnitt montiert ist und an den Absatzteil des hohlen Düsensitzes anschliesst, wobei die Düsenspitze hohl ist, mit einer Schulter versehen ist, einen zylindrischen Schulterteil und einen sich verjüngenden Spitzenteil aufweist und im hohlen Düsensitz derart eingepasst ist, dass der Schulterteil an eine Düsenspitzendichtung zwischen dem Schulterteil der Düsenspitze und dem Absatz des Düsensitzes dichtend eingepasst ist und der sich verjüngende Spitzenteil dichtend an den Düsenspitzenkonus angepasst ist, und eine Gaszuführungsvorrichtung in gasdichter Ausführung mit der Düsenspitze verbunden ist, um das Gas derselben zuzuführen und eine Isolation, welche die Zuführungsleitung im Bereich des hohlen Düsensitzes umgibt, vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, in der eine Platte und ein Distanzrohr um die Gaszuführung vorgesehen ist, um die Isolation am vorgesehenen Ort zu halten.

6. Vorrichtung gemäss Anspruch 5, worin die Isolation eine erste und eine zweite keramische Faserumhüllung enthält.