WO2004029307A1

WO2004029307A1 - Rotor, vorrichtung und ein verfahren zum einbringen von fluiden in eine metallschmelze

Info

Publication number: WO2004029307A1
Application number: PCT/DE2003/003119
Authority: WO
Inventors: Ralf Scheid; Reiner Bauer
Original assignee: Hoesch Metallurgie Gmbh
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2004-04-08
Also published as: DE10393540D2; EP1543171A1; AU2003277809A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze. Metallschmelzen werden oft durch Einbringen eines Fluids entgast. Bei bekannten Rinnenentgasern werden hierzu in der strömenden Schmelze Rotoren angeordnet, durch die das Fluid eingebracht wird. Die Rotoren sorgen für eine gute Durchmischung von Fluid und Metallschmelze, es können aber auch schädliche Strudel auftreten. Die Verbesserungsvorschläge für den Rinnenentgaser sollen eine bessere Durchmischung bei gleichzeitig niedrigerer Gefahr von Strudelbildung bewirken. Hierzu sind an den Rotoren Rotorköpfe (30) mit konkaven Seitenrinnen (31) angeordnet. Der Rinnenentgaser weist ausserdem Rotoren und Trennwände dergestalt auf, dass zwischen zwei Tauchwänden mindestens zwei Rotoren angeordnet sind. Im vorgeschlagenen Verfahren durchströmt die Metallschmelze zudem eine Kontaktkammer mit mindestens zwei Rotoren. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in überraschend gutem Mass.

Description

Rotor. Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze

Die Erfindung betrifft einen Rotor, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze.

In der Metall verarbeitenden Industrie stellt sich häufig die Aufgabe, geschmolzenes Metall durch Gie- ßen oder vergleichbare Verfahren in eine gewünschte Form mit gewünschten Eigenschaften zu bringen. Als vergleichbar seien hier alle Verfahren verstanden, bei denen ein geschmolzenes Metall erhärtet und schließlich bestimmte Eigenschaften erfüllen soll. Die Metallschmelzen werden vor dem Eingang in die Gieß- oder Verhärtungsphase üblicherweise einem Schmelzofen oder ähnlichen Einrichtungen entnommen. Meist weisen sie an dieser Stelle jedoch nicht die erforderliche Reinheit auf und drohen so. ein resultierendes metallisches Produkt in seinen Eigenschaften in kaum vorhersagbarer Weise zu beeinflussen. Daher empfiehlt es sich, die Metallschmelze nach dem Austritt aus dem Schmelzofen und vor dem Verarbeiten einer Zwischenbehandlung zu unterziehen.

Beispielsweise finden sich in der Metallschmelze beim Austritt aus dem Schmelzofen gelöste Wasserstoffeinschlüsse, nichtmetallische Einschlüsse und reaktive Komponenten. Beim Erkalten des Metalls kommt der Wasserstoff aus der Lösung und ruft im festen Metall Poren hervor. Die nichtmetallischen Einschlüsse verbleiben beim Erkalten ebenfalls im Metall und können dieses in einem Ungewissen Grad verschmutzen. Die reaktiven Komponenten verbleiben ebenso und beeinflussen die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Endproduktes.

Als probates Mittel, die ungewünschten Komponenten aus der Metallschmelze rechtzeitig zu entfernen. hat sich die Entgasung durchgesetzt. In diesem Verfahren wird der Metallschmelze durch geeignete Vorrichtungen ein Inertgas bzw. ein Reaktionsgas injiziert. Dieses hat eine geringere Dichte als die Schmelze und steigt in Bläschenform zur Oberfläche der Schmelze auf. Auf dem Weg nach oben adsorbiert es die unerwünschten gelösten Gase und führt diese mit sich an die Oberfläche der Schmelze. Gleichzeitig induziert es beim Aufsteigen eine gewisse Strömung, die mit den Bläschen auch die nicht- metallischen Einschlüsse an die Oberfläche treibt und sie dort in der Regel auch hält. Diese können dann leicht der Metallschmelze entnommen werden Bestimmte Gase können sogar mit den reaktiven Komponenten in der Schmelze reagieren und diese im gleichen Zug mit an die Oberflache fuhren

Prinzipiell kann das Verfahren im wesentlichen an drei verschiedenen Stellen zum Einsatz kommen, nämlich entweder innerhalb des Schmelzofens, m einem separaten Tiegel oder im Fließen, vorzugsweise auf dem direkten Weg zum Gießen Letztere beiden Mogliclikeiten sind hierbei gegenüber dem Entgasen innerhalb des Schmelzofens vorteilhaft Im Normalfall lauft die Metallschmelze auf dem Weg vom Schmelzofen zum Gusstisch durch einen Kanal Es hat sich bewahrt, im Verlauf dieses Kanals die Entgasungsvorrichtung anzuordnen Die Metallschmelze wird hier also behandelt, wahrend sie die Rinne auf dem Weg zum Gießtisch durchströmt Daher spricht man im Falle solcher Entgasungsvorπchtungen von „Rmnenentgasem"

Es ist demzufolge Wesen des Punnenentgasers. dass die Metallschmelze nur für eine relativ kurze Zeit im Bereich des Entgasers ist Maßgebend für die Qualität der Entgasung ist es jedoch, das eingeleitete Inertgas bzw generell das injizierte Fluid in möglichst intensiven Kontakt mit der Metallschmelze zu bringen Die Intensität wird zum einen dadurch bestimmt, wie lange das eingebrachte Fluid mit der Metallschmelze in Kontakt verbleibt Zum anderen ist die Große der Reaktionsoberflache, also die Gesamtoberflache der injizierten FVuidblaschen. hierfür entscheidend

Diese beiden wesentlichen Parameter. Kontaktzeit und Kontaktweg, werden in einem Rinnenentgaser dadurch verbessert, dass die Metallschmelze einen möglichst hohen Spiegelstand im Bereich der Flui- dinjektion aufweist und dass das Fluid m möglichst feinen Bläschen in die Schmelze injiziert wird

Um möglichst viele kleine Bläschen in der Schmelze zu erhalten, hat es sich durchgesetzt, die Gasmjek- toren mit schnelldrehenden Rotoren im Bereich der Fluidinjektion zu versehen Die scharfkantigen Rotorkopfe zerschlagen etwaige größere Fluidblasen beim Austritt aus dem Injektor in viele kleine Bläschen

Ein üblicher Rinnenentgaser und Angaben zum Entgasungsverfahren können beispielsweise der WO 95/21273 entnommen werden Diese Anmeldung beschreibt ausführlich viele Aspekte, die es bei der Rmnenentgasung zu beachten gibt, und offenbart zugleich eine Reihe von Ausfuhrungsbeispielen Insbesondere sind verschiedene Ausgestaltungen von Rotoren offenbart, durch die das Fluid m die Metallschmelze injiziert wird Bei allen Varianten sind kanalartige Öffnungen, durch die bei Betπeb der Rotoren das Fluid nach außen gelangt, dargestellt, die außen durch die besagten scharfen Kanten begrenzt sind Die scharfen Kanten können sich sogar in quadratischen Seitenkanalen nach oben bis zum oberen Ende des Rotorkopfes ziehen

In der DE 697 00 963 T2 ist ein Rotor offenbart der unterhalb einer Deckscheibe radial um eine Zentralwelle angeordnete, im Wesentlichen quaderformige Rotorblatter vorschlagt, bei denen ]edes zweite Rotorblatt um eine Ausnehmung am unteren Rand reduziert ist Hierdurch sollen Verwirbelungen an der Oberflache der Metallschmelze reduziert werden Als Vorrichtung alterer Technik zeigt die Druckschrift außerdem einen Rotorkopf mit gleich ausgebildeten, radial hervorragenden und im Wesentlichen länglichen quaderformigen Rotorblattern, die parallel zueinander an einer Zentralwelle liegen

Um Kavitationserscheinungen am Rotor zu vermeiden, schlagt die DE 197 03 062 C einen Rotorkopf mit weitestgehend geschlossener, glatter Oberfläche vor Die glatte Oberflache wird nur von notwendigen Öffnungen im Inneren des Rotorkopfs verlaufender rαhrformiger Kanäle durchbrochen Dabei haben die Offnungen eine leichte Ovalform in der Oberfläche des Rotorkopfs, weil die Kanäle unter einem leichten Winkel auf die Oberflache treffen

Die JP 01259135 A zeigt in den Figuren 1 und 2 einen Rotor mit ebenfalls weitestgehend geschlossenem Rotorkopf Insbesondere weist dieser an seiner Bodenflache einen nahezu glatten Bereich auf Dieser wird lediglich von sehr flachen Rillen überzogen, in welche über diverse Zuftihrlocher Gas aus einem Sammelraum strömt Die kleinen Zuftihrlocher sind entlang der gesamten Rillen an der Bodenflache des Rotors verteilt da bei Rotation nur eine sehr geringe Menge Gas in den flachen Rillen verbleiben kann Der Rest strömt über die glatte Oberflache des Rotors und stoßt direkt auf die Außenkontur des Rotor- kopfs Im Rotor m den Figuren 6 und 7 wird eine alternative Ausgestaltung vorgeschlagen Hier hat der Rotorkopf tiefere Nuten an seiner Bodenflache Bei dieser Konstruktion kann zumindest em größerer Teil des dem Rotorkopf zugefuhrten Gases in den Nuten nach außen strömen, wo es in rechteckige Kerben strömt und dort zerschlagen wird

Die JP 07055365 A offenbart einen Rotor mit einer Mischscheibe, innerhalb welcher zuströmendes Gas über Verteilkanale m eine Metallschmelze eingebracht werden kann Die Verteilkanale sind im Inneren des Rotorkopfes an eine zentrale Gaszufuhrung angeschlossen und verlaufen durch Zahne der Mischscheibe bis an die äußere Oberflache der Scheibe Die Kanäle sind rechteckforrmg und zur Unterseite der Scheibe geöffnet

Die US 5.160,693 zeigt einen Rotorkopf zum Einbringen von Gasen in Metallschmelzen, bei welchem eine rohrformige zentrale Gasfuhrung am unteren Ende des Rotorkopfs endet und das Gas radial um den gesamten zylindrischen Umfang am unteren Ende des Rotorkopfes m alle Richtungen ausströmt In der Metallschmelze steigt es nach oben und trifft auf einen massiven Flansch, entlang dessen Bodenseite es nach außen strömt Dort trifft es auf vereinzelte schmale Zahne, welche entlang einer geschweiften Flanschaußenkontur angeordnet sind In der Mitte der geschweiften Flanschaußenkontur zwischen zwei Zahnen ist jeweils eine nach außen gerichtete Abweislippe angeordnet

Die WO 00/73240 AI zeigt eine Rotorscheibe zum Durchmischen einer Metallschmelze, wobei die Scheibe optional Gasdusen an Umfangsprofilierungen aufweisen kann Die Gasdusen werden von einer zentralen Gaszufuhrung gespeist und liegen an den Profilierungen relativ nahe an der Umhüllenden der Rotorscheibe

Auch einigen anderen Druckschriften, so zum Beispiel in der US 3 849.119, der US 3,870,511, der UK 1 400 338 sowie der US 3.839,019 können alternative Ausgestaltungen von Fluidinjektoren mit Rotoren entnommen werden

Nun ist es all diesen Rotoren gemein, dass sie mit höherer Drehzahl das injizierte Fluid zunehmend besser zu kleinen Bläschen zerschlagen Wahrend dies genau der angestrebte Effekt ist, erhöht sich die Gefahr einer Strudelbildung der Schmelze entlang der Oberflache des Injektors Sobald sich ein Strudel bildet, werden auf unerwünschte und unkontrollierbare Weise zum einen Außenluft, aber auch die durch das injizierte Fluid an die Oberflache getragenen unerwünschten Schmelzeneinschlusse in die Schmelze wieder eingetragen Wenn der Strudel bis in die Wirkungsbereiche des Rotors gerat, werden die unerwünschten Komponenten sogar relativ homogen in der Metallschmelze verteilt

Dem Stand der Technik ist auch eine Vielzahl von Anordnungen der Injektoren und von unterschiedlichen Varianten der Gestaltung im Bereich des Rinnenentgasers zu entnehmen, insbesondere finden sich in der WO 95/21273 auch eingebaute Tauchwande nach jedem Rotor All diese Ausfuhrungen sind jedoch nur in unbefriedigendem Umfang in der Lage, unter Umgehung der Gefahr der schädlichen und ungewollten Strudelbildung eine Verteilung des eingebrachten Fluids zu erreichen

Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Rotor, eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zu entwickeln, mittels derer im genannten technischen Feld ein einzubringendes Fluid deutlich homogener und fein verteilt in eine Metallschmelze einzubringen ist und gleichzeitig die Gefahr der Strudelbildung an den Injektoren minimiert wird

Diese Aufgabe losen in überraschend gutem Maße ein Rotor zum Embnngen von Fluiden m eine Metallschmelze, wobei der Rotor einen Schaft und einen an dem Schaft befestigten Rotorkopf umfasst. der eine seitliche Oberflache mit einer Komponente parallel zu einer Rotationsachse des Rotors aufweist und der dadurch gekennzeichnet ist. dass in der seitlichen Oberflache wenigstens eine Seitenrinne mit konkav gekrümmtem Querschnitt vorgesehen ist,

eine Vorrichtung zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, wobei die Vorrichtung einen Schmelzekanal und in dessen Verlauf einen Kontaktbereich, in dem die Fluide in die Metallschmelze eingebracht werden, mit dort angeordneten Rotoren nebst Tauchwanden aufweist, bei der zwischen zwei Tauchwanden mindestens zwei Rotoren angeord- net sind, sowie

ein Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, bei dem die Fluide durch zwischen Tauchwanden, die jeweils paarweise eine Kontaktkammer begrenzen, angeordnete Rotoren in die Metallschmelze eingebracht werden, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Metallschmelze eine Kontaktkammer mit mindestens zwei Rotoren durchfließt

Der Rotor erzielt mit den m der seitlichen Oberflache vorgesehenen Seitenπnnen mit konkav gekrümmtem Querschnitt erstaunliche Vorteile Die Fluidblaschen werden in einem großen Spektrum von Drehzahlen gut zerschlagen und somit in viele kleine Bläschen umgeformt Austretende Fluidblaschen, die durch Adhäsion im ersten Moment an der Oberflache des Rotors nach oben wandern, können sich weder der Hackwirkung der Kanten entziehen noch werden sie ruckartig beschleunigt, wie dies bei eckigen Rinnenformen der Fall ist und was zu länglichen Blasenformen fuhrt, wodurch die Hackwirkung beeinträchtigt wird Vielmehr werden Sie stetig innerhalb der Seitenπnnen beschleunigt, bis sie dann schließlich in einer noch eher runden Form die seitliche Oberflache erreichen und dort von den scharfen Kanten zerhackt werden Zudem treten erheblich weniger Strudel auf, als dies bei bekannten Rotoren der

Das Fluid kann dem Rotorkopf über eine vorzugsweise im Inneren des Schafts als Fluiddurchlass ausgebildete Fluidzufuhrung zuströmen Im Rotorkopf kann es über eine Fluidverteilung so umgeleitet werden, dass es den Seitenrinnen in der seitlichen Oberflache des Rotorkopfs zuströmt Die Fluidverteilung kann Kanäle aufweisen, welche die zentrale Fluidzufuhrung mit der seitlichen Oberflache, insbesondere direkt mit den Seitenrinnen in der seitlichen Oberflache verbindet Es sei darauf hingewiesen, dass zwar bereits eine Seitenrinne der vorgeschlagenen Art m der seitlichen Oberflache des Rotors die homogene Verteilung des einzubringenden Fluids in der Metallschmelze zu unterstutzen vermag insbesondere sei jedoch an eine Mehrzahl von Seitenπnnen mit konkav gekrümmtem Querschnitt in der seitlichen Oberflache des Rotorkopfs gedacht In Versuchen haben sich hervorra- gende Ergebnisse mit vier bis zwölf, insbesondere sechs bis zehn, bevorzugt acht oder etwa acht. Seitenπnnen dieser Art als besonders effektiv herausgestellt

Die seitliche Oberflache ist in vorliegendem Zusammenhang eine um die Rotationsachse verlaufende Umhüllende des Rotorkopfes und umfasst somit immer eine Komponente in tangenüaler Richtung um die Rotationsachse Sie weist dann auch eine Komponente parallel zu der Rotationsachse auf. wenn die Normale auf der seitlichen Oberflache nicht parallel zu der Rotationsachse ist Die seitliche Oberflache ist also nicht eine in einer Normalenebene zur Rotationsachse liegende Flache wie beispielsweise eine Bodenfiache oder eine Deckelflache Gemeint sind hier also seitliche Oberflachen, wie sie beispielsweise an Zylindern als Mantelflache und/oder an kegligen oder kegelstumpfformigen Körpern analog zu finden sind Der Rotorkopf ist vorzugsweise punkt- bzw rotationssymmetrisch bezüglich seiner Rotations- achse aufgebaut Er kann auf diese Weise möglichst ausgewuchtet um die Rotationsachse rotieren

Die seitliche Oberflache ist somit eine Auß enoberflache am Rotorkopf Sie kann m vielen Fallen, insbesondere bei einer Ausgestaltung des Rotorkopfs m Zylinderform oder Kegelform oder Kegelstumpfform, mit der Mantelfläche des Rotorkopfs übereinstimmen Bei einem kegelförmigen Rotorkopf ergibt eine Abwicklung der seitlichen Oberflache demzufolge m etwa eine Kreisflache Bei einem kegelstumpffor- migen Rotorkopf ergibt eine Abwicklung der seitlichen Oberflache im Wesentlichen eine Kreisπngfla- che Die seitliche Oberfläche verlauft nicht vollständig kontinuierlich, da in ihr zumindest die vorgeschlagenen Seitenrinnen angeordnet sind und diese einen Teil der seitlichen Oberflache beanspruchen

Beispielsweise kann die seitliche Oberfläche eines kegelförmigen oder kegelstumpfformigen Rotorkopfes mit Ihrer Flachennormalen zur Rotationsachse des Schafts bzw auch des Rotorkopfes einen Winkel von etwa 10° bis 30° bevorzugt etwa 15° bis 25°, einnehmen

Die Seitenπnnen sollen erfindungsgemaß einen konkav gekrümmten Querschnitt aufweisen Eine Umhüllende eines Schnitts durch den Rotorkopf auf beliebiger Hohe der Rotationsachse hat immer eine Kreisform Wenn der Rotorkopf Seitenrinnen aufweist, sind diese in dem geführten Schnitt dadurch zu erkennen, dass der Außenkantenverlauf der Schnittfigur m Hohe der Seitenrinne von der Umhüllenden abweicht Diese Abweichungen gehen dann vom Kreisverlauf auf der Umhüllenden m Richtung des Inneren des Kreises ab, bis sie im weiteren Verlauf wieder auf den umhüllenden Kreis stoßen Aufgrund der Symmetrie weicht der Außenkantenverlauf des geführten Schnitts mehrfach in der beschπebenen Form von der kreisrunden Umhüllenden ab Ebenfalls aufgrund der Symmetrie hat der Außenkantenverlauf des geführten Schnitts zwischen den Bereichen, m denen er mit der Umhüllenden verlauft, vor- zugsweise zumindest paarweise dieselbe Form

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Seitenπnnen ausschließlich konkav gekrümmt sind, sodass sie in ihrem jeweiligen Verlauf keine Stelle haben, welche nach außen weist Jede Stelle im Verlauf, welche nach außen weist, kann sich bei Rotation des Rotorkopfes wie eine Abweislippe verhalten, sodass durch die Seitenπnnen nach oben strömendes Fluid eine plötzliche Radialbeschleunigung nach außen erfahren kann und hierdurch als große Fluidblase den Rotorkopf durch die Öffnung der Seitenrinne verlasst, ohne dass die Blase an der Begrenzungskante der Seitenπnne zerschlagen werden kann Demgegenüber sorgt eine ausschließlich konkav gekrümmte Seitenrinne für eine sehr kontrollierte Fuhrung des Fluids, sodass dieses entlang der Form der Seitenrinne auf die seitlich begrenzenden Kanten zuströmt Hierdurch unterscheidet sich die vorliegende Erfindung insbesondere von der US 5,160,693 erheblich

Die erfindungsgemaße seitliche Oberflache zeichnet sich kumulativ bzw alternativ dadurch aus, dass zwischen denjenigen Punkten, an denen der Außenkantenverlauf der Schnittfigur die Umhüllende verlasst. und denjenigen Stellen, an denen der Außenkantenverlauf der Schnittfigur wieder zu der kreisförmigen Umhüllenden stoßt der Außenkantenverlauf der Schnittfigur über die gesamte Verbindungsstrecke gekrümmte Abschnitte aufweist und dass diese gekrümmten Abschnitte entgegen der Krümmung der Umhüllenden gekrümmt sind

Es ist vorteilhaft, wenn sich wemgstens eine der Seitenrinnen von Kanaloffhungen ausgehend in Richtung Schaft erstreckt wobei die Kanaloffhungen durch Kanäle bedingt sind, die im Wesentlichen radial von der Rotationsachse nach außen weisen Das eingebrachte Fluid bzw Inertgas kann durch die an sich hinreichend bekannten Kanäle nach außen aus dem Rotorkopf austreten Wenn die Seitenrinnen direkt an die Kanaloffhungen angeschlossen sind bzw sich aus deren oberem Bereich unmittelbar in Richtung des Schafts, also im Betrieb nach oben, durch die seitliche Oberflache fortpflanzen, können injizierte Fluidblasen, die am Rotor anheften, sofort in die Seitenπnnen gelangen, ohne vorher auf der Umhüllenden entlang wandern zu müssen, von wo sie unzerhackt abreißen konnten Ein Anschluss der beschπebenen Art fordert also nochmals das Maß, in dem die Fluidblasen zerhackt werden Kumulativ bzw alternativ können die Kanäle Kanaloffhungen aufweisen, die zumindest einen Bereich aufweisen, der senkrecht nach oben offen ist Es versteht sich, dass die Anordnung der Kanaloffhungen auch unabhängig von den ubπgen Merkmalen vorteilhaft ist

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Kanäle in ihrer radialen Fluidfuhrung ausschließlich auf die Seitenrinnen treffen, nicht unmittelbar auf die Seitenoberflache Hierdurch wird ein gezieltes Zuströmen des Fluids zu den Seitenrinnen gewahrleistet Insofern unterscheidet sich die vorliegende Erfindung insbesondere erheblich von der JP 07055365 A Bei der vorliegenden Erfindung treffen die Kanäle vorzugsweise bereits im Inneren des Rotorkopfs auf die Seitenrinnen und offnen sich bereits dort nach oben in die Seitenrinnen

Dabei ist es von besonderem Vorteil wenn die Kanäle möglichst tief im Inneren des Rotorkopfes, also möglichst nah an der Rotationsachse, auf die Seitenπnnen treffen Bei symmetrischen Seiteπnnen ist es zudem bevorzugt, wenn die Kanäle mittig auf die Seitenrinnen treffen, also an deren jeweiligen Spiegel- symmetπeachsen in der Mitte der gekrümmten Seitennnnen Wenn die Fluidfuhrung bereits relativ weit im Inneren des Rotorkopfes von den Kanälen in die Seitenrinnen übergeht, wird das Fluid im Betrieb des Rotors möglichst lange wie beschrieben vorteilhaft in der Seitenrinne gefuhrt Eine mitüge also insbesondere symmetrische. Anordnung ermöglicht es zudem, den Rotor in gegenläufige Richtungen mit gleicher Ergebmsqualitat laufen lassen zu können Bei der Rotorscheibe gemäß der WO 00/73240 AI ist demgegenüber eine beidseitige Einsetzbarkeit kaum gegeben Zudem treffen die dortigen Gasdusen relativ weit außen auf die Profilierungen, sodass die vorteilhafte Möglichkeit der Fuhrung des Fluids entlang der konkaven Profilierungen nicht genutzt wird Diese kommt bei der dort vorgeschlagenen Rotorscheibe allerdings ohnehin nicht in Betracht da die Profilierungen keine ausreichende Erstreckung in Richtung des aufsteigenden Gases, also parallel zur Rotationsachse haben

In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des vorgeschlagenen Rotorkopfes sind die Kanäle in die vom Schaft weg weisende Richtung offen und haben eine Kanalhohe von mindestens etwa einem Viertel, bevorzugt von mindestens etwa der Hälfte, besonders bevorzugt von mindestens etwa Dreiviertel der Breite der Seitenπnne. gleichzeitig bevorzugt aber auch mit einer Kanalhohe von mindestens etwa der Hälfte, bevorzugt von mindestens etwa Dreiviertel, der Breite eines Zahns zwischen zwei benachbarten Seitenrinnen Bei umfangreichen Versuchen hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei einer solchen Proportiomerung zwischen Kanälen. Seitenrinnen und Zahnen eine besonders hervorragende Zerschlagung des Fluids stattfindet Unter anderem ergibt sich so eine bessere Fuhrung des Fluids in Kontakt mit der Metallschmelze nach außen zu den Seitenπnnen hm, was beispielsweise bei dem Rotor nach der JP 01259135 A nicht gegeben ist In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Kanäle einen entlang der Rotationsachse veränderlichen Querschnitt auf. der sich in eine Emtauchπchtung des Rotors aufweitet Als Eintauchrichtung wird hier dieienige Richtung verstanden, die bei noch nicht eingetauchtem Rotor in Richtung der Metallschmelze weist In Eintauchrichtung kann die dem Schaft gegenüberliegende Seite des Rotorkop- fes eine Flache aufweisen, die man gemeinhin beispielsweise auch als untere Flache oder Bodenflache bezeichnen konnte Wenn sich die Kanäle entlang der Rotationsachse aufweiten, hat dies zur Folge, dass das in die Metallschmelze einzubringende Fluid m einem Strom, der eine mit der Hohe vaπable Breite hat m die Metallschmelze gelangt Konkret wird sich das einzubπngende Fluid aufgrund der im Vergleich zur Metallschmelze geringeren Dichte in die obere Begrenzung des Kanals einpassen und sich daher der Fluidstrom in Richtung der Bodenflache aufweiten Durch die Aufweitung des Kanals nach unten hin wird aufgrund der Kontinuität der Strömung eine mit der Tiefe abnehmende Ausstromgeschwindigkeit des Fluids aus dem Rotorkopf erreicht Es treten also insbesondere die unteren Schichten der Fluidstromung mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit aus dem Rotorkopf aus Nachdem das Fluid hier zerhackt worden ist, wird durch die geringe Austπttsgeschwmdigkeit erreicht, dass sich die entstandenen Bläschen noch im Wirkungsbereich des Rotorkopfes befinden und - gegebenenfalls durch Adhäsion oder Verwirbelung am Rotorkopf verbleibend - mit gesteigerter Wahrscheinlichkeit nochmals am oberen Bereich des Rotorkopfes zu kleineren Bläschen zerhackt werden Hierdurch wird also eine bessere Verteilung mit kleineren Bläschen erreicht

Die Eintauchnchtung kann insbesondere parallel zu einer Symmetrieachse des Rotorschaftes liegen Sie ist vom Schaft zum Rotorkopf gerichtet, da die Rotoren üblicherweise so eingetaucht werden, dass der Rotorkopf in die Metallschmelze gelangt, wahrend der Schaft zumindest teilweise oft sogar weitestgehend außerhalb der Metallschmelze verbleibt

Unter einer Aufweitung des Querschnitts der Kanäle entlang der Rotationsachse wird verstanden, dass diejenigen Abschnitte von senkrecht zur Rotationsachse gelegten Schnittebenen, welche nicht im Werk- stoff des Rotorkopfes liegen, sondern vielmehr zwischen Werkstoffabschnitten im Luftraum der Kanäle - nach außen begrenzt durch die seitliche Oberflache - liegen, in Eintauchrichtung großer werden Die Kanäle können sich insbesondere also im Rotorkopf zum freien Ende des Rotorkopfes hin, also vom Schaft weggewandt, aufweiten

Besonders vorteilhaft ist es hierbei wenn sich der Kanalquerschmtt in die Eintauchnchtung nicht behe- big aufweitet, sondern sich ein Grad der Aufweitung mit der Eintauchnchtung erhöht Als Grad der

Aufweitung wird hierbei das differenzielle Mali verstanden, mit dem sich der Kanalquerschnitt nach unten hin aufweitet Durch diese Geometne am Rotorkopf wird erreicht, dass die Austn ttsgeschwmdig- keiten mit zunehmender Tiefe mehr als linear abnehmen Es hat sich herausgestellt, dass der durch die Aufweitung hervorgerufene Mechanismus hierdurch in verstärktem Maße auftritt

Genauer empfiehlt es sich, die Kanäle so auszugestalten, dass sich der Grad der Aufweitung sprunghaft erhöht Durch gezielte Auswahl der Kanalgeometrie kann so beispielsweise erreicht werden, dass das Fluid über eine bestimmte Hohe mit einer konstanten Geschwindigkeit und im weiteren Verlauf nach unten mit einer abnehmenden Geschwindigkeit aus dem Rotorkopf austnft Es hat sich empirisch gezeigt, dass hierbei eine besonders gute Zerschlagung der Gasblaschen stattfindet

Auch die Ausgestaltung der Kanäle und/oder der korrespondierenden Kanaloffhungen mit veranderli- chem Querschnitt ist unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung vorteilhaft, wobei diese Vorteile schon bei der entsprechenden Ausgestaltung lediglich eines Kanals zutage treten

Alternativ und kumulativ empfiehlt es sich, dass die Kanäle zwischen Zahnen liegen, die entlang der seitlichen Oberflache eine Lange von mindestens 40 mm aufweisen Als Zahne werden hierbei diejenigen Korper bezeichnet, die zwischen jeweils zwei benachbarten Kanälen liegen und die insofern die Kanäle definieren Im tangentialen Verlauf um den Rotorkopf in Hohe der Zahne bzw somit auch in Hohe der Kanäle finden sich also diese beiden Elemente vorzugsweise wechselweise Daher bildet die Umhüllende um die Zahne in der Regel gleichzeitig denjenigen Teil der seitlichen Oberflache, der im Hohenbereich der Kanäle hegt

Es hat sich bei Versuchen gezeigt, dass die Zahne eine Lange von mindestens 40 mm haben sollten, um ein befriedigendes Maß der homogenen Zerschlagung des eingebrachten Fluids zu erreichen Bei kürzeren Zahnen tritt der gewünschte Mechanismus zwar ebenfalls auf, die Wahrscheinlichkeit einer mehrfachen Zerhackung der aufsteigenden Fluidblaschen an den scharfen Kanten der Zahne nimmt jedoch ab Unterhalb der genannten Grenze kann daher kaum noch von einem befriedigenden Ergebnis gesprochen werden

Außerdem ist es vorteilhaft wenn der Rotorkopf m eine Eintauchnchtung an den Schaft anschließend einen zyhnderformigen Fluidraum aufweist Durch einen solchen rotationssymmetrischen Fluidraum entsteht eine Stelle, an der sich das Fluid sammelt, bevor es durch die Kanäle m die Metallschmelze strömt Hierdurch wird aufgrund der Kontinuität der Strömung zum einen die Vertikalgeschwindigkeit des einströmenden Fluids herabgesetzt, was zu einer Beruhigung der Strömung innerhalb des Rotorkop- fes fuhrt und es dem Fluid in gesteigertem Maße ermöglicht, entlang der oberen Wandung der Kanäle auszuströmen. Zum anderen wird natürlich auch Material zur Herstellung des Rotorkopfes eingespart und dessen Gewicht herabgesetzt.

Es empfiehlt sich, dass ein im Wesentlichen mit der Rotationsachse im Rotorschaft verlaufender Durchläse zum Einbringen des Fluids mit einer Mündungsfläche von höchstens 64 mm², vorzugsweise von 12 bis 36 mm², in den Fluidraum mündet. Der Durchläse sollte auch entlang einer Schaftrotationsachse verlaufen und oberhalb des Schafts mit dem einzubringendem Fluid gefüllt werden. Das Fluid strömt somit entlang einer bestimmten Strecke an einer zumindest teilweise sehr stark erwärmten Durchlasswandung, wodurch es ebenfalls stark erhitzt werden kann. Bei einer Mündungsfläche, im Wesentlichen also der Querschnittsfläche der Mündung, die auf 64 mm² begrenzt ist, strömt das einzubringende Fluid mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit in den Raum ein und verwirbelt das in dem Raum befindliche Fluid sowie die in der Nähe befindliche Schmelze vorteilhaft, so dass eine feinere Verteilung des Fluids in der Schmelze gewährleistet werden kann.

Bei Wahl einer zu kleinen Mündungsfläche kann möglicherweise Fluid nachgefuhrt werden, um einen ausreichenden Druck unter der Schmelzeoberfläche aufrecht zu erhalten. Daher ist es auch empfehlens- wert, eine Mündungsfläche von mindestens 12 mm² vorzusehen. Der Fluidraum sowie die Ausgestaltung der Mündungsfläche zeigen die beschriebenen Vorteile auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung.

Eine besonders vorteilhafte Eignung unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung weist der Rotor auf. wenn der Rotorkopf eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form hat. Bei einer solchen Form treten am Umfang des Rotorkopfes verschiedene Geschwindigkeiten auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Rotorkopf sich in Richtung Schaft verjüngt, da dann nach oben hin, also im Betrieb in Richtung der Metallschmelzenoberfläche, geringere Geschwindigkeiten am Umfang des Rotors auftreten.

Zum einen hat es sich herausgestellt, dass bei Vorliegen geringer Geschwindigkeiten am oberen Ende des Rotorkopfes die Gefahr der Strudelbildung drastisch herabgesetzt wird. Der Entgasungsprozess kann also mit erhöhten Rotordrehzahlen und/oder geringeren Eintauchtiefen in die Metallschmelze gefahren werden, als dies mit herkömmlichen Rotorköpfen der Fall ist. Dies schlägt sich in einer erhöhten Prozesssicherheit bei einer gleichzeitig gesteigerten Prozessgüte nieder.

Des Weiteren treten am unteren Ende des Rotorkopfes vergleichsweise hohe Geschwindigkeiten am Umfang auf. Somit werden dort austretende Fluidblasen mit einem vergleichsweise hohen Impuls zer- schlagen Hierdurch entstehen bereits im unteren Bereich des austretenden Fluids gute Zerschlagungsergebnisse die dann im Verlauf des Aufsteigens entlang des Rotorkopfes noch verbessert werden

Darüber hinaus bewirkt eine kegelstumpfformige Oberflache auch eine flachigere und somit homogenere Verteilung der Fluidblaschen in der Metallschmelze Da die Bläschen die Tendenz haben, im Wesent- liehen vertikal nach oben durch die Metallschmelze aufzusteigen, ist es hier von großem Vorteil, wenn der Bereich in dem die Bläschen m die Schmelze eintreten, eine verhältnismäßige große honzontale Flachenabdeckung erreicht, in der Projektion auf die Schmelzenoberflache also eine Kreisringscheibe ergibt Mit zunehmenden Unterschied des oberen vom unteren Umfang des Rotorkopfes wird diese Basisflache der aufsteigenden Bläschen großer Zum Vergleich ist diese Basisflache bei einem zyhndπ- sehen Rotorkopf Null, da sie lediglich einen Kreisring auf der Schmelzenoberflache ergibt

Zusätzlich wird durch die hohe Scherfestigkeit der Metallschmelze im Zusammenspiel mit der sich nach unten erweiternden Rotorkopffbrm - kegelförmig oder auf sonstige Weise - eine Sekundarstromung induziert wodurch die Schmelze starker durchmischt wird und die aufsteigenden Bläschen von ihrer rem vertikalen Aufsteigbahn abgebracht werden Die Bläschen durchlaufen so eine längere Strecke innerhalb der Metallschmelze

In einer empfehlenswerten Ausgestaltung des Rotors ist der Rotorkopf über ein selbstdichtendes Befestigungsmittel an dem Schaft befestigt Vorzugsweise handelt es sich hier um ein Gewinde oder einen Ba)onettverschluss wobei diese so konstruiert sein sollten, dass sie sich unter der Last, die bei Rotation des Rotorkopfes in Folge des Widerstands der Metallschmelze als Drehmoment auftritt, festziehen Hierdurch kann ohne Einsatz weiterer Mittel unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung erreicht werden dass möglichst wenig Schmelze in den Schlitz zwischen Kopf und Schaft eintritt Ein eventuell notwendiger Austausch eines Rotorkopfes wird hierdurch regelmäßig erleichtert

Weitere Vorteile können - ggf auch unabhängig von dem Vorgesagten - erreicht werden, wenn die seitliche Oberfläche des Rotorkopfes an einer Ubergangsnaht zwischen dem Rotorkopf und dem Schaft im Wesentlichen bundig in eine Mantelflache des Schafts übergeht Hierdurch werden insbesondere zwei Vorteile erreicht Zum einen erschwert ein bundiger Übergang ein eventuelles Anlagern von Metallschmelzeresten, wodurch ebenfalls eine bessere Lösbarkeit des Rotorkopfes sichergestellt werden kann Zum anderen treten am Umfang des Übergangs zwischen dem Schaft und dem Rotorkopf keine Geschwindigkeitssprunge auf Die Gefahr einer Strudelbildung wird hierdurch signifikant herabgesetzt Als Ubergangsnaht wird hier diejenige Stelle verstanden, an der entlang des Umfangs der Rotorkopf an den Schaft anschließt Die Ubergangsnaht grenzt daher nach unten an die seitliche Oberflache des Rotorkopfes und nach oben an die Mantelflache des ebenfalls rotationssymmetnschen Schafts Unter einem bundigen Übergang wird verstanden, dass an der Ubergangsnaht weder die seitliche Oberflache des Rotorkopfs noch die Mantelflache des Schafts eine Tangentialflache senkrecht zur Rotationsachse aufweisen

Die hierdurch erzielten Ergebnisse können noch verbessert werden, wenn em Übergang an der Ubergangsnaht bezuglich der seitlichen Oberflache des Rotorkopfes und der Mantelfläche des Schafts im Wesentlichen konkav ist In Versuchen hat sich gezeigt, dass bei einem im Wesentlichen konkaven Übergang von Rotorkopf zu Schaft ungewollte Strudel effektiv vermieden werden können

Es hat sich gezeigt, dass es alternativ und kumulativ vorteilhaft ist, wenn sich der Schaft zum Rotorkopf hin verjüngt Mit zunehmender Tiefe hat der Schaft somit in der Metallschmelze eine abnehmende Umfangsgeschwindigkeit Hierdurch werden ebenfalls ungewunschte Strudel minimiert In der geometrisch einfachsten Variante hat der Schaft hierbei im Wesentlichen eine Kegelstumpfform

Unabhängig hiervon ist es vorteilhaft, wenn der Schaft über eine selbstdichtende Befestigungseinrichtung an einer Schaftaufnahme befestigt ist Die Schaftaufnahme ist im Allgemeinen oberhalb des Schmelzespiegels angeordnet und weist eine Befestigungseinnchtung für den Schaft auf Hierbei ist es wesentlich, dass der Schaft mit möglichst einfachen Mitteln von der Schaftaufnahme gelost werden kann Vorzugsweise kommen für die selbstdichtende Befestigungseinrichtung ein Gewinde oder ein Bajonettverschluss zum Einsatz die sich unter Last bei laufendem Rotor selbst festziehen Hierdurch wird einfach und zuverlässig gewahrleistet, dass keine Spritzer der Schmelze in den Schlitz zwischen Schaft und Aufnahme eindringen können Einmal hier eingedrungenes und erhärtetes Metall kann das Losen des Schafts von der Aufnahme erheblich erschweren und außerdem dort angeordnete Dichtungen zerstören

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Schaft axiale Vorsprunge aufweist Im Allgemeinen wird der Schaft eine eher glatte Oberflache aufweisen Hierdurch wird jedoch die Handhabung des Schafts, insbesondere beim Befestigen an und Losen von der Schaftaufnahme sehr schwieπg Durch angeordnete Vorsprunge, unabhängig davon, ob sie von der Oberflache nach außen oder nach innen weisen, kann der Schaft beispielsweise durch Hubmittel leichter gegriffen werden und zudem auch leichter gedreht wer- den Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Schaft in ein Gewinde der Schaftaufnahme geschraubt werden soll

In einer bevorzugten Ausfuhrungsvaπante des Rotors geht die Mantelflache des Schafts an einer Verbindungsnaht im Wesentlichen bundig in eine Umfangsflache der Schaftaufnahme über Auch hierdurch wird es weitestgehend verhindert, dass Schmelzespritzer zwischen die plane Abschlussflache des Schafts und die Schaftaufnahme eindringen können Auch ein Anhaften von Spntzern an die Oberflache an der Verbindungsnaht wird bei einem bundigen Übergang gering gehalten

In einer vorteilhaften Variante des Rotors sind an dem Schaft ein Spritzschutz oder Mittel zum Anbringen eines Spritzschutzes angeordnet Hierbei bieten sich als Spritzschutz insbesondere klemmbare Kreisringscheiben oder Ähnliches an Bei Verwendung eines Spritzschutzes wird das Anlagern von Schmelzespritzern bzw das Eindringen von Schmelzespritzern zwischen Schaft und Aufnahme bestmöglich verhindert

Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Vorschlage bezüglich der Schaftaufnahme nicht auf das dem Rotorkopf zugewandte Ende des Schafts beziehen, sondern auf die gegenüberliegende Seite, also dort, wo der Schaft an eine Maschinerie angeschlossen wird

Es versteht sich dass alle als vorteilhaft beschriebenen Merkmale, die sich nicht explizit auf vorausgehende Merkmale beziehen, auch unabhängig voneinander, in beliebiger Alternation oder Addition, vorteilhafte Wirkungen erzielen und auch für sich genommen erfinderisch sind

Die erfϊndungsgemaße Vorrichtung zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze lost die gestell- te Aufgabe, weil eine benachbarte Anordnung mindestens zweier Rotoren ohne dazwischen angeordnete Tauchwande die Wirkung des Entgasungsprozesses gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert In einem derartigen Zwischenraum zwischen zwei Rotoren, insbesondere mit nebeneinander angeordneten Schäften entsteht infolge der Beeinflussung durch zwei Rotorkopfe eine makroskopisch wirbelige Strömung Das Zentrum der Verwirbelung ist aber dabei nicht direkt am Rotor, sondern liegt im Zwischenraum zwischen den Rotoren Somit ist die Gefahr einer Strudelbildung am Rotor weitestgehend minimiert

Zudem tritt im Bereich zwischen den Rotoren eine Schmelzespiegelerhohung auf, die eine Sekundar- stromung senkrecht zur Verlaufsrichtung des Schmelzekanals hervorruft Diese verbessert nochmals die Verteilung der Fluidblaschen in der Schmelze Insbesondere gilt dies für Rotoren, bei welchen den rotierenden Rotorkopfen das Fluid über eine innere Fluidzufuhrung zuströmt Ein vorteilhafter Effekt stellt sich jedoch auch ein, wenn das Fluid anders, beispielsweise über Bodenblasdusen. seitliche Düsen etc zugeführt wird

Überraschend hat sich herausgestellt, dass bereits die Anordnung mindestens zweier Rotoren zwischen zwei Tauchwanden - unabhängig von ihrer Form - die Fluidverteilung vorteilhaft beeinflussen kann Es versteht sich, dass bei Verwendung der vorgeschlagenen Rotorausbildung dieser Effekt nochmals erheblich verstärkt werden kann

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Vorrichtung zeichnet sich diese dadurch aus. dass der Kon- taktbereich durch Tauchwande umgrenzt ist In diesem Fall liegt also in der Verlaufsnchtung der Me- tallschmelze bereits vor dem ersten Rotor eine erste Tauchwand und nach dem letzten Rotor eine letzte Tauchwand Zumindest ist es jedoch vorteilhaft, wenn vor dem ersten Rotor eine erste Tauchwand angeordnet ist Die Tauchwande rufen eine Vertikalstromung innerhalb der Metallschmelze hervor Durch Anordnung einer ersten Tauchwand bereits vor dem ersten Rotor herrscht bereits an diesem eine starke vertikale Verwirbelung der Schmelze Eine möglichst homogene Verteilung der Fluidblaschen wird hierdurch erleichtert

Es empfiehlt sich besonders, dass der Kontaktbereich mindestens drei Tauchwande aufweist Es hat sich bei umfangreichen Versuchen herausgestellt, dass eine Anordnung von drei Tauchwanden gegenüber einer Anordnung von zwei oder nur einer Tauchwand signifikant bessere Entgasungsergebnisse erzielt Durch die Anordnung weiterer Tauchwande können die Ergebnisse noch gesteigert werden Je mehr Tauchwande angeordnet sind, desto starker ist die Vertikalstromung Hierbei ist tendenziell zu beobachten, dass die Starke der Vertikalstromung im Verlauf des Schmelzekanals innerhalb des Kontaktbereichs stetig zunimmt

Es empfiehlt sich besonders, dass die Tauchwande im Betrieb mindestens die Hälfte einer Schmelzekanaltiefe im Kontaktbereich herabreichen Je weiter die Tauchwande herabreichen. desto starker wird die vertikale Verwirbelung Zudem erfahrt der Schmelzefluss an der Tauchwand eine Stauung, wodurch der Schmelzespiegel erhöht wird und die Fluidblaschen eine größere Strecke innerhalb der Schmelze zurückzulegen haben

Alternativ und kumulativ ist es vorteilhaft, wenn die Rotoren im Betneb naher an einer Kanalsohle des

Schmelzekanals angeordnet sind als die Tauchwande Der Schmelzekanal hat im Allgemeinen eine im Wesentlichen rechteckige Form mit einer ausgewiesenen Sohlflache Durch die Anordnung von Tauch- wanden und Rotoren in der beschπebenen Weise werden die Kontaktkammern, die jeweils durch Umgrenzung von zwei Tauchwanden definiert sind, miteinander m Bezug auf die Hoπzontalstromung gekoppelt Regelmäßig fuhrt dies zu längeren Bahnlinien von Schmelzepartikeln innerhalb des Kontaktbe- reichs und zugleich zu einer stärkeren Sekundarstromung

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsvariante ist die erfϊ ndungsgemaße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren in einem Abstand angeordnet sind, der mindestens eine Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich betragt Der Vorteil wird bereits erreicht wenn lediglich zwei benachbarte Rotoren im beschπebenen Maße beabstandet sind Unter der Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich wird hierbei im Wesentlichen die Breite der Schmelzeoberflache verstanden Bei Querschnittsformen von Schmelzekanalen, die von der Rechteckform wesentlich abweichen, kann das angegebene Maß m sinnvoller Weise auf eine wirkende Breite des Schmelzekanals auf der Hohe der Rotorkopfe bezogen werden

Durch eine solche Anordnung werden Totbereiche in der Schmelzestromung vermieden Insbesondere werden innerhalb einer Kontaktkammer ausgeprägte Longitudinalstromungen auftreten, welche die Große einer Scluchtstromung am Stokes' sehen Haftbereich minimieren

Außerdem hat sich empirisch herausgestellt, dass es vorteilhaft ist. wenn die Rotoren einen Umfangs- durchmesser aufweisen, der höchstens ein Viertel, vorzugsweise ein Fünftel, einer Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich betragt Als Umfangsdurchmesser bei kegelstumpfformigen Rotorkopfen sei hierbei der größte auftretende Umfangsdurchmesser am Rotorkopf verstanden Die Rotorkopfgroße muss einen Kompromiss finden zwischen möglichst hoher Gaseinbringung einerseits aber auch möglichst geringer Strudelbildung und möglichst geπngem Auftreten von Spritzern andererseits Die genannte Durchmessergroße hat sich hierbei als vorteilhaft herausgestellt, da hier die Fluidblaschen über einen großen Bereich in die Schmelze eingebracht und zudem starke Sekundarstromungen hervorgerufen werden, zugleich aber über einen großen Drehzahlbereich die Bildung von Strudeln und Spritzern erfolgreich vermieden wird

Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass möglichst hohe Drehzahlen auch zu einer guten Zerhackung von Bläschen fuhren und somit anzustreben sind

Gleichzeitig hat es sich auch gezeigt, dass es von Vorteil ist. wenn die Rotoren einen Umfangsdurchmesser aufweisen der mindestens ein Sechstel einer Breite des Schmelzekanals im Kontaktbereich betragt Bei kleineren Rotoren müssen zu hohe Drehzahlen gefahren werden, was dann wieder eine erhoh- te Gefahr der Strudelbildung und gleichzeitig einen erhöhten Matenalverschleiß hervorruft Außerdem wird durch Rotoren mit kleineren Durchmessern keine befriedigende horizontale Sekundarstromung innerhalb der Kontaktkammern verursacht

Die Große der Rotorkopfe sollte vorzugsweise innerhalb der beschriebenen Ober- und Untergrenzen liegen, um eine möglichst gute Entgasungswirkung zu erreichen, wobei es sich versteht, dass die Rotor- kopfgroße auch unabhängig von den ubngen Merkmalen vorliegender Erfindung die dargestellten Vorteile bewirken kann

Alternativ und kumulativ ist es von besonderem Vorteil, wenn die Rotoren m gleiche Drehπchtungen laufen Insbesondere bezieht sich dies auf die Rotoren innerhalb einer Kontakfkammer oder zumindest auf zwei benachbarte Rotoren Durch den gleichen Drehsinn zweier benachbarter Rotoren erfahrt der Zwischenbereich zwischen den beiden Rotoren m besonders hohem Maße eine Anregung zur Wirbelbil- dung Hierdurch werden Totbereiche vermieden und eine bessere Durchmischung des gesamten Schmel- ze-Fluid-Gemisches erreicht

In zwei aneinander grenzenden Kontaktkammern kann es von Vorteil sein, bei gleicher Drehrichtung von Rotoren innerhalb jeweils einer Kontakfkammer unterschiedliche Drelvnchtungen zu fahren Hier- durch ergeben sich Spielräume für die Gestaltung von Stromungsfeldern innerhalb des Schmelzekanals, die eine Optimierung des Prozesses an verschiedene Einsatzbedingungen ermöglichen

Unabhängig hiervon kann sich die erfindungsgemaße Vorrichtung vorteilhaft dadurch auszeichnen, dass der Schmelzekanal im Wesentlichen aus einem Außenmantel, einer Zwischenschicht und schmelzeseitig einer keramischen Auskleidung besteht Der Außenmantel wird hierbei zweckmaßigerweise aus Stahl oder einem ahnlichen Werkstoff hergestellt, wobei darauf zu achten ist. dass Anschlüsse beispielsweise für Aufstellstutzen der Vorrichtung oder für die Verbindung von verschiedenen Elementen der Vorrichtung mit ausreichender Präzision und Festigkeit an den Außenmantel angeordnet werden können

Die Zwischenschicht kann beispielsweise einen hochporosen Gießbeton aufweisen Ihre Funktion besteht in erster Linie dann, bei guter Stabilität und ausreichendem Gewicht für die Standfestigkeit der Rinne eine gute Isolierung der Außenseite gegenüber der heißen Metallschmelze auf der Innenseite zu gewährleisten

Die keramische Auskleidung auf der Schmelzeseite weist eine hohe Lebensdauer auch unter der extremen Belastung bei der Rinnenentgasung auf Sie ist in hohem Maße temperaturwechselbestandig und sorgt gleichzeitig für eine gute Isolierung der außerhalb angeordneten Schichten gegenüber der Metallschmelze

Durch den beschπebenen Aufbau des Schmelzekanals werden eine gute Isoherwirkung und Stabilität, eine Lebensdauer von im Allgemeinen über 2 Jahren und eine gute Handhabbarkeit bei kostengünstigem Aufbau ermöglicht

Unabhängig hiervon ist es vorteilhaft, wenn ein Füterelement eine keramische Auskleidung aufweist Filterelemente sind bei der Rinnenentgasung im Allgemeinen nach dem Kontaktbereich im weiteren Verlauf der Metallschmelze angeordnet Eine keramische Auskleidung eines solchen Filterelements bewirkt ebenfalls eine hohe Lebensdauer und eine gute Isolierung

In einer bevorzugten Ausführung sind die keramische Auskleidung des Schmelzekanals und/oder des Filterelements monolithisch Eine monolithische Auskleidung bringt insbesondere den Vorteil einer sehr zuverlässigen Fuhrung der Metallschmelze innerhalb des Kanals bzw des Filterelements Bei Zusammensetzung aus mehreren Elementen entstehen zwangsläufig Anschlussnahte, welche die Gefahr bergen, dass flussige Schmelze in den Nahten durch die Auskleidung hindurch gelangt Die Nahte müssen also in einem nachtraglichen Arbeitsgang geschlossen werden Unter der enormen Hitzeeinwirkung im Betrieb des Kanals können jedoch wieder Risse auftreten Eine monolithische Auskleidung leistet hier also insbesondere einen hohen Beitrag zur Arbeitssicherheit

Ein Füterelement kann vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass es keramische Schaumfilter aufweist Diese können zweckmaßigerweise herausnehmbar und somit leicht austauschbar sein Die Aus- bildung als Schaumfilter bringt zum einen den Vorteil, dass die Filter kostengünstig sind und ein geringes Gewicht haben Zum anderen bietet em Schaumfilter einen guten Kompromiss zwischen einer hohen Filterwirkung und einem möglichst geπngem Verlust an Stromungsenergie Em Schaumfilter kann leicht aus keramischem Werkstoff hergestellt werden Dies ist von großem Vorteil, weil der Schaumfilter so sehr lutzebestandig und insbesondere auch temperaturwechselbestandig ist und demzufolge eine lange Lebensdauer erwarten lasst

Unabhängig hiervon kann sich die erfmdungsgemaße Vomchtung vorteilhaft dadurch auszeichnen, dass die Kanalsohle des Schmelzekanals zwischen dem Kontaktbereich und dem Füterelement im Wesentlichen horizontal verlauft E Abfallen der Kanalsohle in Richtung zum Füterelement beschleunigt die Schmelzestromung Hierdurch wird der Schmelzespiegel herabgesetzt Neben einer hierdurch bedingten verkürzten Verweilzeit der Fluidblaschen in der Schmelze wird durch die Beschleunigung noch die Gefahr heraufbeschworen, dass die Schmelze ins Schießen gerat Ein hiernach unvermeidlicher Wechselsprung beeinträchtigt nachteilig die Entgasungsleistung

Ein Ansteigen der Sohlflache zwischen dem Kontaktbereich und dem Füterelement hat hingegen zur Folge, dass die Metallschmelze nicht ohne äußere Einwirkung zur Ganze aus dem Kontaktbereich hin- ausfließen kann Ein Verbleiben von geschmolzenem Metall im Kontaktbereich nach dem Gussvorgang muss jedoch im Normalfall vermieden werden Ist das Metall einmal erkaltet, ist es kaum mehr möglich. den Kanal vom Metall zu reinigen Wenn in der nächsten Charge eine Schmelze eines anderen Metalls durch den Rinnenentgaser fließt, wird dieses unweigerlich verschmutzt Zudem entstehen in dem Kon- taktbereich aufgrund der durch die Metallablagerung veränderten Kanalsohle zumindest anfänglich unerwünschte Stromungsfelder

Eine im Wesentlichen horizontale Anordnung der Kanalsohle zwischen dem Kontaktbereich und dem Füterelement ist in der Lage, diese unerwünschten Effekte auszuschließen

In einer vorteilhaften Ausführung weist die Vorrichtung eine Heizung zum Erhitzen eines Filtereinsatzes auf Der Filtereinsatz kann hierdurch bereits vor Eintreffen der Metallschmelze am Füterelement auf seine Betriebstemperatur erhitzt werden oder zumindest so stark erhitzt werden, dass die Temperatur- wechselbestandigkeit des Filterelements nicht überstrapaziert wird Durch die Heizung kann regelmäßig die Lebensdauer des Filtereinsatzes deutlich erhöht werden

In einer bevorzugten Variante der Heizung weist diese ein Geblase auf Die einfachste Art, den Filtereinsatz zu erhitzen, ist ein Durchströmen mit heißem Fluid. vorzugsweise mit heißem Gas Ein solches Gas kann mittels eines Geblases leicht durch das Füterelement gefuhrt werden Beispielsweise bietet sich hier ein geschlossener Kreislauf von Heißluft an. die durch das Füterelement, einen Heizbereich und das Geblase zirkuliert

In einer bevorzugten Form der Heizung mit dem Geblase ist dieses außerhalb des Filterelements angeordnet und wirkt die Heizung mit einer Wandung des Filterelements zusammen Beispielsweise kann dies so ausgeführt sein dass in eine Wandung ein Durchlassrohr für das erhitzte Gas installiert ist und/oder em weiteres Rohr in dieselbe oder eine andere, bevorzugterweise die gegenüberliegende. Wan- düng zum Ausstromen der erhitzten Luft angeordnet ist Das Geblase sitzt gemeinsam mit dem Heizbe- reich außerhalb des Filterelements Durch eine solche Anordnung werden das Geblase sowie der Heizbereich der direkten Hitzeeinwirkung der Metallschmelze entzogen Zudem sind das Geblase und der Heizbereich einer Wartung oder Instandsetzung leichter zugänglich

Es ist besonders bevorzugt, dass das erhitzte Gas den Filter in der selben Oπentierung wie spater die Metallschmelze durchströmt Zum einen kann die Heizung in diesem Fall selbst bei einem anisotrop wirkenden Filtereinsatz mit gleichem Wirkungsgrad arbeiten Zum anderen kann die Anzahl der Offnungen des Filterelements hierdurch geπnger gehalten werden

Der Filtereinsatz eines Filterelements für die erfindungsgemaße Vorrichtung sollte vorteilhaft so ausgewählt sein dass er eine Feinheit von mindestens 60 ppi aufweist Unterhalb dieser Femheitsgrenze kon- nen nur sehr beschrankt befriedigende Ergebnisse erwartet werden Es ist jedoch zu beachten, dass bei zu großer Feinheit des Filtereinsatzes die Schmelzestromung einen zu hohen Widerstand erfahren kann

Unabhängig hiervon ist es zu bevorzugen, dass der Schmelzekanal zwischen einem Einfullbereich und dem Kontaktbereich eine Krümmung aufweist Als Einfullbereich wird hier diejenige Stelle verstanden, an der das flussige Metall in den Schmelzekanal einlauft Durch die Krümmung des Kanals im Verlauf der Schmelzestromung wird diese umgelenkt und am Prallufer der Spiegelstand erhöht Hierdurch wird eine im Wesentlichen der Kanalwandungen und der Oberfläche entlang verlaufende Sekundarstromung senkrecht zur Flussnchtung der Schmelze induziert Dies ist von besonderem Vorteil, um das Entstehen von Totbereichen im weiteren Verlauf des Kanals zu vermeiden Zudem nimmt das Prallufer die Schwallenergie eines Einfullschwalles erfolgreich auf

Des Weiteren kann Rinnenentgaser vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass sich der Schmelzekanal im Kontaktbereich und/oder im Füterelement aufweitet Aufgrund der Kontinuität wird hierdurch eine Verlangsamung des Schmelzestroms erzwungen, was regelmäßig zu verbesserten Entgasungs- bzw Füterergebnissen fuhrt Es kann empfehlenswert sein, den Kanal nicht sprunghaft, sondern m einem stetigen Verlauf mit einem bestimmten Hochstwinkel aufweiten zu lassen

Unabhängig hiervon empfiehlt es sich, dass der Schmelzekanal eine Anzeige, vorzugsweise einen Absatz, für eine Schmelzehohe aufweist Die Anzeige dient dann als Fullstandskontrolle Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, das Einfüllen der Metallschmelze bis zu einem erforderlichen Mmdest- fullstand zu gewährleisten Auch für Positionierarbeiten beim Aufstellen des Kanals oder bei der Installation der Rotoren kann eine solche Anzeige von Nutzen sein Die erfindungsgemaße Vornchtung kann weiterhin Gewinn bnngend dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Rotorhubeinrichtung Mittel zum Verfahren der Rotoren m e ne honzontale Richtung aufweist Herkömmliche Rinnenentgaser weisen üblicherweise eine Rotorhubeinnchtung auf Mittels dieser können die Rotoren - meist vertikal - bezüglich der Metallschmelze verfahren werden Es ist von Vorteil wenn die Rotoren auch horizontal verfahren werden können Hierdurch werden beispielsweise eine Wartung oder ein Austausch von Rotoren deutlich erleichtert Insbesondere bietet sich hierfür eine Hubsaule mit einer horizontalen Laufkatze an Bei einer solchen Anordnung kann die honzontale Bewegung völlig unabhängig von der Vertikalbewegung durchgeführt werden Die Rotoren können also mit großer Zuverlässigkeit exakt vertikal eingeführt werden und im Stillstand nur zu Wartungsarbeiten honzontal verfahren werden

Schließlich kann die Vorrichtung vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein, dass sie Mittel zum Einstellen einer Drehzahl und/oder einer Fluidstromstarke aufweist Es hat sich herausgestellt, dass eine Flu- ldstromstarke pro Rotor von 10 bis 25 1 Fluid pro Minute sehr positive Entgasungsergebnisse unterstutzt Durch eine Regulierbarkeit der Fluidstromstarke. unabhängig hiervon aber selbstverständlich auch der Rotordrehzahl, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Metalle bzw Entgasungsfiuide

Es versteht sich, dass alle vorteilhaften Merkmale der erfϊndungsgemaßen Vorrichtung auch für sich genommen in Alternation oder Addition vorteilhaft und erfinderisch sind Ausnahmen hiervon bilden lediglich diejenigen Merkmale, die sich explizit nur auf bestimmte vorangegangene Merkmale beziehen

Es sei darauf hingewiesen, dass die auf die Vorrichtung bezogenen Vorschlage insbesondere Vorteile beim Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze bieten Auch für ähnliche Vorrichtungen, bei welchen flüssiges Metall von einem Schmelzofen beispielsweise zu einem Gießtisch - insbesondere, aber nicht notwendigerweise unter Vollziehung einer Schmelzenbehandlung - befordert wird sind die Merkmale jedoch auch vorteilhaft und erfinderisch

Das erfindungsgemaße Verfahren lost die gestellte Aufgabe mit demselben Erfindungsgedanken Wenn die Metallschmelze eine Kontaktkammer mit mindestens zwei Rotoren, insbesondere mit nebeneinander angeordneten Schäften, durchfließt gerat sie in starke Wirbel, die m der Kontaktkammer aufgrund der direkten Nachbarschaft zweier Rotoren auftreten Hierdurch wird die Schmelze stark durchmischt Zudem steigt der Schmelzespiegel in den Prallbereichen der beiden Rotorstromungen an und induziert so eine zusätzliche Sekundarstromung All diese Effekte steigern die gewünschte Wirkung des Rinnenent- gasers. ohne dass m unmittelbarer Rotornahe eine erhöhte Gefahr von Strudelbildung auftritt

Es sei darauf hingewiesen, dass bereits über bloßes Anwenden des vorgeschlagenen Verfahrens eine gegenüber dem Stand der Technik bessere Fluidverteilung in der Metallschmelze erreicht werden kann Wenn bei dem Verfahren zudem em Rotor der vorgeschlagenen Art verwendet wird, lasst sich der vorteilhafte Effekt noch erheblich steigern

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist dieses dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Einfüllen der Metallschmelze ein Schmelzekanal gesäubert und getrocknet wird Die Metallschmelze wird hierbei in herkömmlicher Weise durch einen Schmelzekanal geführt Wenn dieser vor dem Einfüllen der Schmelze gesäubert und getrocknet wird, treten im Ausgangsprodukt des Rinnenentgasers weniger Verunreinigungen des Metalls auf

Unabhängig hiervon empfiehlt es sich, vor dem Einfüllen der Metallschmelze ein Füterelement mit einem Filtereinsatz zu versehen Ein herausnehmbarer Filtereinsatz ermöglicht eine praktische und kostengünstige sowie langlebige Verwendung eines Filterelements an dem Schmelzekanal hinter dem Kontaktbereich Als Filtereinsatz kann mit hoher Eignung ein keramischer Schaumfüter zum Einsatz kommen Durch den Filter steht am Ende des Rinnenentgasers ein bestmöglich von unerwünschten Komponenten gereinigtes Metall zur Verfugung

Vorzugsweise kann der Filtereinsatz durch eine Heizung erhitzt werden, bevor die Metallschmelze ihn erreicht Dies fordert vor allem eine lange Lebensdauer des Filtereinsatzes Obwohl insbesondere ein keramischer Filtereinsatz eine hohe Temperaturwechselbestandigkeit sowie Hitzebestandigkeit hat, kann doch die Belastung für das Material durch ein Vorheizen signifikant gesenkt werden

Unabhängig hiervon ist es von Vorteil, wenn die Metallschmelze bei dem erfindungsgemaßen Verfahren anschließend in den Schmelzekanal eingefüllt wird, bis in der Kontaktkammer eine bestimmte Schmel- zehohe erreicht ist Die Schmelzehohe m der Kontakfkammer ist ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Qualität des Entgasungsergebnisses Die Kontrolle, ob die Mindestschmelzehohe erreicht ist, findet vorzugsweise anhand einer Anzeige statt, die der Schmelzekanal aufweist Beispielsweise kann dieser einen Absatz aufweisen, der in der Mindesthohe für die Metallschmelze sichtbar ist

Es ist hierbei von Vorteil, wenn die Schmelzehohe bei 200 bis 250 mm hegt Dies sind empmsche Werte, die sich als besonders vorteilhaft für das Entgasungsergebnis herausgestellt haben Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Rotoren nach Erreichen der Schmelzehohe m Rotation versetzt werden Auch hierdurch wird m hohem Maße gewährleistet, dass der Entgasungsprozess die gewünschte Qualität erreicht Zudem wird ein Beitrag zur Arbeitssicherheit geleistet

Alternativ und kumulativ ist es vorteilhaft, wenn die Rotoren, bevor sie in Rotation versetzt werden, in eine Zielposition verfahren werden Die Zielposiüon sollte hierbei fest eingestellt oder abhangig von der Schmelzehohe im Kontaktbereich sein Die Zielposition sorgt für eine hohe Reproduzierbarkeit der Entgasungsergebnisse und reduziert gleichzeitig die Gefahr, dass beispielsweise bei nicht ausreichend eingetauchten Rotoren gefährliche Spritzer des heißen Metalls auftreten

Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn eine Drehzahl der Rotoren und eine Fluidstromstarke des durch die Rotoren eingebrachten Fluids so eingestellt werden, dass die Vektorsumme einer Geschwindigkeit des Fluids parallel zur Rotationsachse - bestimmt durch die Große der Mundungsflache des Fluiddurchlasses im Rotorkopf bzw die eingestellte Fluidstromstarke - und einer Geschwindigkeit des Fluids senkrecht zur Rotationsachse - bestimmt durch die Rotorkopfgeometrie und die eingestellte Umdrehungszahl - im Geschwindigkeitsraum innerhalb eines durch die Bewegung der Kanäle bedingten Kanalbewegungsvolumens liegt Hierdurch werden sehr gute Ergebnisse bei der Zerhackung der Fluidblasen erreicht, da jeder Fluidpartikel wenigstens einmal mit den Zahnen des Rotors in Kontakt kommt

Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Fluidstromstarke. die durch einen Rotor geht, 10 bis 25 1/mm betragt Es hat sich empirisch gezeigt, dass bei Wahl einer Fluidstromstarke innerhalb dieses Spektrums sehr befriedigende Entgasungsergebnisse erzielt werden

Es versteht sich, dass sämtliche vorteilhafte Merkmale des Verfahrens zum Einbnngen von Fluiden in eine Metallschmelze auch für sich genommen in Alternation bzw Addition vorteilhaft wirken und erfinderisch sind, wenn sie sich nicht explizit nur auf ein vorangegangenes Merkmal oder vorangegangene Merkmale beziehen Außerdem sei darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagenen Verfahrensmerkmale nicht nur für ein Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze vorteilhaft wirken und erfinderisch sind, sondern sich auch allgemein auf ein Verfahren zum Vorbereiten eines Verfahrens zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, sowie auf ein Verfahren zum Vorbereiten einer Vorrichtung zur Leitung einer Metallschmelze von einem Schmelzofen beispielsweise zu einem Gießtisch oder ähnlichem - vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise eine Behandlung der Metallschmelze beinhaltend - bezieht Verschiedene Ausfuhrungsbeispiele zu dem erfindungsgemaßen Rotor und zu der erfindungsgemaßen Vorrichtung sind der Zeichnung zu entnehmen Hier offenbaren

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Rotor,

Figur 2 einen dem Schnitt in Fig 1 entsprechenden Schnitt durch einen Rotorkopf,

Figur 3 eine Aufsicht auf den Rotorkopf nach Fig 2,

Figur 4 einen Schnitt durch einen alternativen Rotorkopf in ähnlicher Darstellung wie in Fig

2

Figur 5 einen Schnitt durch einen weiteren alternativen Rotorkopf in ähnlicher Darstellung wie in Fig 2,

Figur 6 schematisch einen Schnitt durch eine Entgasungsvorrichtung mit drei Tauchwanden bei vier Rotoren,

Figur 7 schematisch einen Schnitt durch eine Entgasungsvorrichtung mit vier Tauchwanden bei vier Rotoren,

Figur 8 einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemaßen Vornchtung in einer Ansicht von oben,

Figur 9 einen beispielhaften Aufbau einer alternativen erfindungsgemaßen Vorrichtung einer

Seitenansicht

Figur 10 dieselbe beispielhafte Vorrichtung m einer Ansicht entlang der Kanalachse, wobei

Rotoren sowohl in einer Arbeits- als auch in einer Montageposition dargestellt sind,

Figur 11 eine beispielhafte Anordnung im Bereich der Rotoren mit einer Hubvorπchtung,

Figur 12 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Filterelements sowie

Figur 13 dasselbe Füterelement im Wartungszustand

Der Rotor 1 in Figur 1 bestellt im Wesentlichen aus einem Rotorkopf 2, einem Schaft 3 und einer Schaftaufnahme 4 Der Rotorkopf 2 ist über ein Gewinde 5 an dem Schaft 3 befestigt Dieser ist über ein Auf- nahmegewinde 6 an der Schaftaufnahme 4 befestigt, welche ihrerseits mittels Aufnahmebohrungen 7 beispielsweise direkt an eine Hubvorrichtung angeschlossen sein kann.

Im gezeigten Beispiel verläuft ein Fluiddurchlass 8 von der Schaftaufnahme 4 durch den vertikal angeordneten Schaft 3 bis in den Bereich des Rotorkopfes 2, wo der Fluiddurchlass 8 in einen zylindrischen Fluidraum 9 mündet. Von dort aus strömt das Fluid zwischen den Zähnen, von denen zwei exemplarisch mit 10, 11 bezeichnet sind, in Kanälen 12 zur seitlichen Oberfläche 13 des Rotorkopfes 2 und tritt in Bläschenform in die Metallschmelze 14 ein. Insbesondere beim Austritt aus den Kanälen 12 wird das Fluid von den scharfen Zahnkanten zerhackt. Im Beispiel des Kanals 12 erfüllt diese Hackftinktion bei einer Drehrichtung 15 des Rotorkopfes die Kante 16 des Zahnes 10.

In der Figur 1 ist auch eine Aufweitung des Kanals 12 mit zunehmender Tiefe dargestellt. Hierbei erhöht sich der Grad der Aufweitung sprunghaft, wenn der rechteckförmige Abschnitt 17 des Kanals 12 in den trapezförmigen Abschnitt 18 übergeht,

Das Gewinde 5 muss nicht an die obere Begrenzung der Kanäle 12 heranreichen, sondern kann bereits weiter oberhalb enden.

Am oberen Ende des Schafts 3 sind die Vorsprünge 19 gezeigt, mittels derer der Schaft gegriffen und/oder festgeschraubt werden kann, sodass sich an der Verbindungsnaht 20 ein im Wesentlichen bündiger Übergang zwischen der Mantelfläche 21 des Schafts 3 und der Umfangsfläche 22 der Schaftaufnahme 4 ergibt.

An der Übergangsnaht 23 der seitlichen Oberfläche 13 des Rotorkopfes 2 in die Mantelfläche 21 des Schafts 3 ergibt sich zwischen der Kopftangente 24 und der Mantelfläche 21 ein konkaver, bündiger Übergang.

Deutlich gezeigt ist auch, dass bei diesem Ausfuhrungsbeispiel der Rotorkopf 2 eine ausgeprägt kegel- stumpfförmige. sich nach unten erweiternde Form hat. Der Schaft 3 hat eine leicht kegelstumpfförmige, nach unten zulaufende Form.

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotorkopf 30 mit ebenfalls ausgeprägt kegelstumpfförmiger Form. Im Vergleich zu Figur 1 hat hier insbesondere der Kanal 25 eine andere Querschnittsform, Der Kanal 25 weitet sich zwar auch nach unten auf. der Grad der Aufweitung ist jedoch konstant. Außerdem ist hier das Gewinde 26 bis zum Beginn der exemplaπsch mit 27, 28 bezifferten Zahne durchgezogen und formt so einen sehr großen zylindπschen Fluidraum 29, wobei sich der Fluidraum 29 in Richtung der Rotationsachse nach unten öffnet, so dass somit verhältnismäßig große Gasvolumma nach unten und in die Kanäle 25 bzw in die Seitenπnnen 31 ausströmen können Auf diese Weise lauft das gesamte Gas zumindest über die Lange der Kanäle 25 in den Kanälen und kann entsprechend der Rotorbewegung beschleunigt werden

Sehr deutlich wird bei dem in Figur 2 dargestellten Rotorkopf 30 aber insbesondere die ausgeprägte Geometrie der Seitenrinnen 31, deren jenseits der Schnittebene liegende Hälfte in Figur 2 gezeigt ist Im Bereich der Seitenrinne 31 geht die seitliche Oberflache 32 bis zur inneren Kehle 33 der Seitenrinne 31 zurück

Wie insbesondere aus Figur 3 ersichtlich, erstrecken sich die Seitenπnnen 31 von den Offnungen der Kanäle 25 in Richtung des Schafts, der hier nicht dargestellt ist, aber auf der Betrachterseite der Figur liegt Ebenso folgt unmittelbar aus Fign 2 und 3, dass sich die Kanäle 25 senkrecht zur Rotationsachse von dem Fluidraum 29 aus radial nach außen erstrecken

Charaktensüsch für den mit Seitenπnnen 31 versehenen Rotorkopf 30 gemäß vorliegendem Ausfuh- rungsbeispiel ist es, dass sowohl die Umgrenzungslinie 34a. 34b als auch die Umgrenzungshme 35a 35b abwechselnd konvex und konkav gekrümmte Elemente aufweisen

Figur 4 zeigt einen alternativen Rotorkopf 36 mit einem Kanal 37, der abermals einen rechteckformigen Abschnitt 38 und an dessen Unterseite anschließend einen trapezförmigen Abschnitt 39 aufweist Gleichzeitig geht jedoch das Gewinde 40 die gesamte Außenseite des zylinderformigen Fluidraumes 41 herab und reicht somit bis zur Hohe des Beginns der Zahne 42, 43 Die Seitenrinnen 44 sind in diesem Ausfuhrungsbeispiel sehr schwach ausgeprägt

Figur 5 zeigt einen weiteren exemplaπschen Rotorkopf 46, der bei ansonsten gleicher Ausgestaltung wie der Rotorkopf 36 der Figur 4 ausgeprägtere Seitenπnnen 45 aufweist

Figur 6 zeigt eine erfindungsgemaße Vorrichtung 47, die einem Schmelzekanal 48 und einen Kontaktbereich 49 mit dort angeordneten Rotoren 50, 52, 53 54 nebst Tauchwänden 51. 55, 56 aufweist Sowohl zwischen den Tauchwanden 56. 55 als auch zwischen den Tauchwanden 55, 51 sind jeweils zwei Rotoren 50, 52 bzw 53. 54 angeordnet Im weiteren Verlauf des Schmelzekanals 48 weist die Vorrichtung 47 das Füterelement 57 auf Die Rotoren 50, 52 53. 54 sind im gezeigten Beispiel an einer ge- meinsamen Hubvorrichtung 58 befestigt Die Kanalsohle 59 verlauft zwischen dem Kontaktbereich 49 und dem Füterelement 57 horizontal In dem Füterelement 57 liegt sie tiefer als in der gesamten restlichen Vorrichtung 47 Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel ragen die Trennwände 51, 55, 56 nicht so weit nach unten wie die Rotoren 50. 52. 53. 54

Figur 7 zeigt mit der Vorrichtung 60 eine Alternative zur Vorrichtung 47, bei der im Kontaktbereich 61 bei vier Rotoren 62. 63. 64. 65 vier Tauchwande 66. 67, 68, 69 angeordnet sind Im hier gezeigten Beispiel liegt die von den Tauchwanden 67 und 68 gebildete große Kontakfkammer 70 m der Mitte des Kontaktbereichs 61 In anderen Ausfuhrungsvarianten kann der Aufbau jedoch auch asymmetrisch sein und/oder gemischt große und kleine Kontaktkammern aufweisen

Figur 8 zeigt den Verlauf des Schmelzekanals 71 mit einer Krümmung 72 zwischen dem Einfullbereich 73 und dem Kontaktbereich 74 Ersichtlich ist der Kontaktbereich 74 gegenüber dem Schmelzekanal 71 an den Stellen 75a, 75b aufgeweitet Ebenso weitet sich der Schmelzekanal 71 an den Stellen 76a, 76b in das Füterelement 77 auf

Figur 9 zeigt zusätzlich zu den schon beschπebenen Elementen einer Vorrichtung 78 insbesondere eine geöffnete Deckelwandung 79 eines Filterelements 80 mit einem Heißluftdurchlass 81 einer Heizung (nicht dargestellt) Darüber hinaus sind die drei Rotoren 82a, 82b 82c an einer als Hubsaule ausgebildeten Rotorhubeinπchtung 83 befestigt Diese wird im vorliegenden Beispiel von zwei Motoren 84a, 84b vertikal bewegt

In Figur 11 ist ein Rotor 88 in seiner eingetauchten Zielposition 89 innerhalb des Schmelzekanals 90, befestigt an einer Hubwinde 91a. 91b dargestellt Die Hubwmde 91a, 91b kann den Rotor 88 durch Aufwinden des Seils 92 entlang der vertikalen Richtung 93 verfahren Unabhängig hiervon kann das als Laufkatze ausgebildete Mittel zum Verfahren 94. an der die Hubwinde 91a, 91b befestigt ist, entlang der horizontalen Richtung 95 verfahren werden Eine mögliche Stellung, in die der Rotor 88 verfahren werden kann ist in der gestrichelten Position 96 dargestellt

Zudem ist der dreüvullige Aufbau des Schmelzekanals 90 dargestellt Im gezeigten Beispiel besteht der Schmelzekanal 90 aus dem Außenmantel 90a aus Stahl, der Zwischenschicht 90b aus hochporosem Beton sowie der monolithischen keramischen Auskleidung 90c aus einer Mischung von Quarzglas und Additiven Figuren 12 und 13 zeigen, wie ein Füterelement 97 in seinem Deckel 98 eine Heizlüftung aufweisen kann, die Heißluft durch ein Rohr 99 durch den Deckel 98 in das Füterelement 97 blasen kann.

Der Deckel 98 ist mit dem Arm 100 fest verbunden. Dieser ist wiederum mit der Kragung 101 fest verbunden und am Gelenk 102 gelenkig gelagert. Mittels des hydraulischen Zylinders 103 kann der Deckel 98 vom Füterelement 97 um die Drehachse des Gelenks 102 geklappt und das Füterelement 97 somit geöffnet werden. Ab dem Anschluss 104 ist das Heißluftrohr entweder flexibel auszubilden oder vor Öffnen des Deckels 98 vom Anschluss 104 zu trennen.

Claims

Patentansprüche

1 Rotor (1) zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze (14), wobei der Rotor (1) einen Schaft (3) und einen an dem Schaft befestigten Rotorkopf (2) umfasst, der eine seitliche Oberflache (13) mit einer Komponente parallel zu einer Rotationsachse des Rotors (1) aufweist, da- durch gekennzeichnet, dass m der seitlichen Oberflache (13) wenigstens eine Seitennnne (31) mit konkav gekrümmtem Querschnitt vorgesehen ist

2 Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens eine der Seitenrinnen (31) von Kanaloffhungen. welche durch Kanäle (12, 25. 37) bedingt sind, die im Wesentlichen radial von der Rotationsachse nach außen weisen, ausgehend in Richtung Schaft (3) erstreckt

3 Rotor nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (12, 25, 37) einen entlang der Rotationsachse veränderlichen Querschnitt (38, 39) aufweisen, der sich in eine Eintauchnchtung des Rotors (1) aufweitet

4 Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Grad der Aufweitung mit der

Eintauchnchtung erhöht

5 Rotor nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, dass sich der Grad der Aufweitung sprunghaft erhöht

6 Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle

(12, 25. 37) zwischen Zahnen (10. 11) liegen, die entlang der seitlichen Oberflache (13) eine Lange von mindestens 40 mm aufweisen

7 Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkopf

(2) in eine Eintauchnchtung an den Schaft (3) anschließend einen zylinderformigen Fluidraum (9) aufweist

8 Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen mit der Rotationsachse verlaufender Durchläse (8) zum Einbringen des Fluids mit einer Mundungsflache von höchstens 64 mm², vorzugsweise von 12 bis 36 mm², in den Fluidraum (9) mundet

9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkopf (2) eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form hat.

10. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkopf

(2) über ein selbstdichtendes Befestigungsmittel (5) an dem Schaft (3) befestigt ist.

11, Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Oberfläche (13) an einer Übergangsnaht (23) zwischen dem Rotorkopf (2) und dem Schaft (3) im Wesentlichen bündig in eine Mantelfläche (21) des Schafts (3) übergeht.

12. Rotor nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang an der Übergangsnaht (23) bezüglich der seitlichen Oberfläche (13) des Rotorkopfes (2) und der Mantelfläche (21) des Schafts (3) im Wesentlichen konkav ist.

13. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schaft (3) zum Rotorkopf (2) hin verjüngt.

14. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) über eine selbstdichtende Befestigungseinrichtung (6) an einer Schaftaufnahme (4) befestigt ist.

15. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) axiale Vorsprünge (19) aufweist.

16. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (21) des Schafts (3) an einer Verbindungsnaht (20) im Wesentlichen bündig in eine Um- fangsfläche (22) der Schaftaufnahme (4) übergeht.

17. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schaft

(3) ein Spritzschutz oder Mittel zum Anbringen eines Spritzschutzes angeordnet sind.

18. Vorrichtung (47) zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze (14), wobei die Vorrichtung (47) einen Schmelzekanal (48) und in dessen Verlauf einen Kontaktbereich (49), in dem die Fluide in die Metallschmelze (14) eingebracht werden, mit dort angeordneten Rotoren (50, 52. 53. 54) nebst Tauchwänden (51, 55, 56) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Tauchwänden (51, 55. 56) mindestens zwei Rotoren (50. 52. 53, 54) angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18. dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (49) durch Tauchwände (51. 56) umgrenzt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19. dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (49) mindestens drei Tauchwände (51, 56) aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchwände (51. 55. 56) im Betrieb mindestens die Hälfte einer Schmelzekanaltiefe im Kontaktbereich (49) herabreichen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (50, 52, 53, 54) im Betrieb näher an einer Kanalsohle (59) des Schmelzekanals (48) angeordnet sind als die Tauchwande (51. 55. 56).

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (50, 52, 53, 54) in einem Abstand angeordnet sind, der mindestens eine Breite des Schmelzekanals (48) im Kontaktbereich (49) beträgt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeiclmet, dass die Rotoren (50. 52, 53, 54) einen Umfangsdurchmesser aufweisen, der höchstens ein Viertel, vorzugsweise ein Fünftel, einer Breite des Schmelzekanals (48) im Kontaktbereich (49) beträgt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (50. 52. 53, 54) einen Umfangsdurchmesser aufweisen, der mindestens ein Sechstel einer Breite des Schmelzekanals (48) im Kontaktbereich (49) beträgt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren in gleiche Drehrichtungen laufen.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 26. dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzekanal (90) im Wesentlichen aus einem Außenmantel (90a), einer Zwischenschicht (90b) und schmelzeseitig einer keramischen Auskleidung (90c) besteht.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füterelement (57) eine keramische Auskleidung aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Auskleidung monolithisch ist

Vornchtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29. dadurch gekennzeichnet, dass das Füterelement (57) keramische Schaumfüter aufweist

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalsohle (59) des Schmelzekanals (48) zwischen dem Kontaktbereich (49) und dem Füterelement (57) im Wesentlichen horizontal verlauft

Vornchtung nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (47) eine Heizung zum Erhitzen eines Filtereinsatzes aufweist

Vorrichtung nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung ein Geblase aufweist

Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Geblase außerhalb des Filterelements (97) angeordnet ist und die Heizung mit einer Wandung (98) des Filterelements (97) zusammenwirkt

Vorrichtung nach einem der Ansprache 18 bis 34. dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz eine Feinheit von mindestens 60 ppi aufweist

Vorrichtung nach einem der Ansprache 18 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzekanal (48) zwischen einem Einfullbereich (73) und dem Kontaktbereich (74) eine Krümmung (72) aufweist

Vorrichtung nach einem der Ansprache 18 bis 36. dadurch gekennzeichnet, dass sich der

Schmelzekanal (71) im Kontaktbereich (74) und/oder im Füterelement (77) aufweitet

Vorrichtung nach einem der Ansprache 18 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzekanal (71) eine Anzeige, vorzugsweise einen Absatz, für eine Schmelzehohe aufweist

Vorrichtung nach einem der Ansprache 18 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotor- hubeinπchtung (83) Mittel (94) zum Verfahren der Rotoren (88) m eine horizontale Richtung

(95) aufweist

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 39. dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (47) Mittel zum Einstellen einer Drehzahl und/oder einer Fluidstromstarke aufweist.

41. Verfahren zum Einbringen von Fluiden in eine Metallschmelze, bei dem die Fluide durch zwischen Tauchwänden (66, 67, 68, 69), die jeweils paarweise eine Kontaktkammer begrenzen, angeordnete Rotoren (62, 63. 64. 65) in die Metallschmelze eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze eine Kontakfkammer (70) mit mindestens zwei Rotoren (63. 64) durchfließt,

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Einfüllen der Metallschmelze ein Schmelzekanal (48) gesäubert und getrocknet wird.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einfüllen der Metallschmelze ein Füterelement (57) mit einem Filtereinsatz versehen wird.

44. Verfahren nach Ansprach 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz durch eine Heizung erhitzt wird, bevor die Metallschmelze ihn erreicht.

45. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall- schmelze anschließend in den Schmelzekanal (48) eingefüllt wird, bis in der Kontakfkammer

(70) eine bestimmte Schmelzehöhe erceicht ist.

46. Verfahren nach Ansprach 45. dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzehöhe bei 200 bis 250 mm liegt.

47. Verfahren nach einem der Ansprüche 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (62. 63. 64, 65) nach Erreichen der Schmelzehöhe in Rotation versetzt werden.

48. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 47. dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (62. 63. 64, 65). bevor sie in Rotation versetzt werden, in eine Zielposition (89) verfahren werden.

49. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl und eine Fluidstromstarke so eingestellt werden, dass die Vektorsumme einer Geschwindigkeit des Fluids parallel zur Rotationsachse - bestimmt durch die Größe der Mündungsfläche des

Fluiddurchlasses im Rotorkopf bzw. die eingestellte Fluidstromstarke - und der Geschwindigkeit des Fluids senkrecht zur Rotationsachse - bestimmt durch die Rotorkopfgeometrie und die eingestellte Umdrehungszahl - innerhalb eines durch die Bewegung der Kanäle bedingten Kanalbewegungsvolumens im Geschwindigkeitsraum liegt.

50. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 49. dadurch gekennzeiclmet, dass die Fluidstromstarke 10 bis 25 1/ min beträgt.