Vorrichtung und Verfahren zum Metallschmelzen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmelzvorrichtung
zum Schmelzen von Metall, wie beispielsweise Aluminium,
die eine Schmelzkammer, eine Brennkammer und einen
Durchgang, der sich zwischen der Schmelzkammer und der
Brennkammer erstreckt und eine Einlaßöffnung auf der Seite der
Schmelzkammer und eine Auslaßöffnung auf der Seite der
Brennkammer besitzt, so daß das geschmolzene Metall von
der Schmelzkammer zu der Brennkammer gefördert werden
kann, umfaßt, und weiterhin Zirkulationsmittel, die dazu
geeignet sind, das geschmolzene Metall von einem ersten
oder Sauganschluß der Brennkammer zu einem zweiten oder
Druckanschluß der Schmelzkammer zu fördern, aufweist. Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum
Schmelzen von Metall.
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Eine derartige Schmelzvorrichtung ist in dem US-Patent US
4, 491, 474 offenbart.
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Metallschrott, der geschmolzen werden soll, wird der
Schmelzkammer durch eine verschließbare Ladeöffnung in
einer Wand der Schmelzkammer zugeführt.
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Während dieses Vorganges kann der Metallschrott zum
Vorheizen zuerst auf einer Ladeschütte, die an den Boden des
Brennerkessels grenzt, plaziert werden, wonach er durch
später zugeführten Metallschrott in das Bad gestoßen
wird. Der Metallschrott kann dem Bad auch direkt
zugeführt werden.
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Aufgrund der hohen Temperaturen in der Schmelzkammer
werden einige der organischen und brennbaren Materialien,
die mit dem Metallschrott mitgerissen werden oder an
diesem anhaften, thermisch zersetzt oder, falls Sauerstoff
vorhanden ist, verbrannt. Andere Unreinheiten und Oxide
verbleiben als Schlackenschicht auf dem geschmolzenen
Metall, können aber aufgrund der Trennwand nicht in die
Brennkammer gelangen.
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In der Brennkammer sind Brenner angeordnet, um das
geschmolzene Metall zu erhitzen. Die Schmelzkapazität der
Schmelzvorrichtung erhöht sich mit zunehmender Oberfläche
des Bades hinsichtlich des Wärmeaustausches, der durch
die Brenner zum Metall erzeugt wird. Die Brennerabgase
können direkt nach außen entfernt werden. Es ist auch
möglich, die Abgase durch die Schmelzkammer zu leiten, um
den Metallschrott vorzuheizen.
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Aufgrund von Konvektion fließt das geschmolzene Metall
innerhalb der Schmelzkammer und innerhalb der Brennkammer
und zwischen diesen beiden Kammern. Das geschmolzene
Metall, das von der Brennkammer zur Schmelzkammer fließt,
gibt dort Wärme an den Teil des Bades in der
Schmelzkammer und an den Metallschrott ab, der noch geschmolzen
werden muß, und fließt zurück in die Brennkammer.
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Das zu schmelzende Metall, wie beispielsweise Aluminium,
das in einer derartigen Ofenvorrichtung verwendet wird,
ist normalerweise Metallschrott, der als Überrest aus
Herstellungsprozessen herrührt, aber es kann sich auch um
Metall handeln, das von anderen Quellen gesammelt wurde.
Die chemische Zusammensetzung des Metalls ist
normalerweise nur annähernd bekannt. Um das Metall, das aus der
Schmelzvorrichtung entfernt wurde, weiterzuverarbeiten,
sollte seine chemische Zusammensetzung normalerweise
zwischen vorgegebenen Toleranzgrenzen liegen. Korrekturen an
der chemischen Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls,
die nach dem Schmelzen erzielt werden, sind als Folge
einer Verdünnung des Metalls, das den Hauptbestandteil im
Falle von unzulässig hohen Konzentrationen eines
Legierungselementes oder von Unreinheiten bildet, oder durch
Zugabe eines Legierungselementes, falls seine
Konzentration in dem geschmolzenen Metall unzulässig gering ist,
möglich.
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Das oben beschriebene Verfahren kann durchgeführt werden,
solange das geschmolzene Metall einer bestimmten
Zusammensetzung oder Familie von Zusammensetzungen hergestellt
werden muß und Metallschrott einer bestimmten
Zusammensetzung oder Familie von Zusammensetzungen dafür
verwendet wird.
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Es entsteht ein Problem mit der bekannten
Schmelzvorrichtung und dem Verfahren, diese zu betätigen, wenn die
chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls
verändert werden muß, beispielsweise im Fall einer Änderung
der Legierung. Aus der Beschreibung des Verfahrens folgt,
daß das Bad von geschmolzenem Metall in der
Schmelzvorrichtung als ein Wärmeübertragungsmedium zum Übertragen
der Wärme, die von den Brennern oder einer anderen
Wärmequelle in der Brennkammer herrührt, an den zu
schmelzenden Metallschrott wirkt. Während des Wechsels von einer
ersten chemischen Zusammensetzung zu einer zweiten
chemischen Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls ist es
daher üblich, die Schmelzvorrichtung zu entleeren, bis
ein Bad einer bestimmten Größe, auch als Restbad
bezeichnet, der ersten Zusammensetzung verbleibt. Dann wird dem
Restbad ein Metall einer Spülzusammensetzung oder der
zweiten Zusammensetzung zugegeben. Bei diesem Vorgang ist
es nicht immer möglich, mit dem zugegebenen Metall ein
Bad zu erzielen, dessen chemische Zusammensetzung
innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt. Der Einfluß der
ersten Zusammensetzung auf die Zusammensetzung des Bades
kann beträchtlich reduziert werden, indem die
Schmelzvorrichtung wieder geleert und erneut mit Metall einer
Spülzusammensetzung oder der zweiten Zusammensetzung gefüllt
wird. Als eine Folge der unerwünschten oder falschen
Zusammensetzung werden die entfernten Badinhalte keine
direkte Anwendung haben. Nachdem sich das Metall verfestigt
hat, kann es in der falschen Zusammensetzung gelagert und
zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgeschmolzen werden.
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Bei diesem Vorgang geht eine bestimmte Menge von Metall
aufgrund von Oxidationsvorgängen verloren.
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Das Maß der Verdünnung, die zum Erzielen der gewünschten
Zusammensetzung des Bades erforderlich ist, spielt bei
der Bestimmung der Größe des Restbades eine Rolle. Bei
diesem Vorgang kann ein Metall einer unerwünschten,
falschen Zusammensetzung erzeugt werden. Ein gewähltes
Restbad mit einem Volumen von 20% des nominellen Volumens des
Schmelzbades ist als Kompromiß üblich.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schmelzvorrichtung
zum Schmelzen von Metall zu schaffen, mit der die
chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls mit einem
kleineren Restbad als bisher üblich und aus
produktionstechnischen Gründen möglich geändert werden kann und mit
der auch andere Vorteile zu erlangen sind.
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Diese Aufgaben werden mit einer Schmelzvorrichtung
erzielt, die, abgesehen davon, daß sie Zirkulationsmittel
umfaßt, die dazu geeignet sind, geschmolzenes Metall von
einem ersten oder Sauganschluß einer Brennkammer zu einem
zweiten oder Druckanschluß einer Schmelzkammer zu
fördern, gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Boden der Schmelzkammer zu der Einlaßöffnung des
Durchganges hin mit einem Schmelzkammergradienten geneigt
ist, daß der Boden der Brennkammer zum Sauganschluß hin
mit einen Brennkammergradienten geneigt ist, und daß sie
mit Verteilungsmitteln versehen ist, um das flüssige
Metall, das aus der Auslaßöffnung austritt, über den Boden
der Brennkammer zu verteilen, um die Oberfläche des mit
flüssigen Metall bedeckten Bodens in dem Zustand zu
vergrößern, in dem sich die Höhe des Flüssigkeitspegels in
der Schmelzvorrichtung unterhalb der Auslaßöffnung
befindet.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn der zweite oder
Druckanschluß höher als der erste Sauganschluß hinsichtlich der
gegenseitigen Position der Böden der Brennkammer und der
Schmelzkammer angeordnet ist, das gilt auch, wenn der
Boden der Schmelzkammer höher als der Boden der Brennkammer
ist oder anders herum.
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Mit den Zirkulationsmitteln kann das geschmolzene Metall
von der Brennkammer zu der Schmelzkammer gefördert
werden, wo es mit dem zu schmelzenden Metallschrott in
Kontakt kommt und letzteren wenigstens teilweise zum
Schmelzen bringt. Das geschmolzene Metall fließt dann in
Richtung des Durchganges und durch den Durchgang zurück zur
Brennkammer, wo es wiedererwärmt und durch die
Zirkulationsmittel zur erneuten Zirkulation wieder aufwärts bewegt
wird. In der Schmelzkammer kann eine bestimmte Menge
Metall bei jeder Zirkulation des geschmolzenen Metalls wie
gerade beschrieben und/oder pro Zeiteinheit geschmolzen
werden. Die Zeitspanne für eine Zirkulation des
geschmolzenen Metalls von der Schmelzkammer durch die Brennkammer
zurück zur Schmelzkammer wird vorzugsweise durch die
Zwangszirkulation verkürzt. Somit kann dem geschmolzenen
Metall, das zwischen den Kammern zirkuliert, mehr Wärme
pro Zeiteinheit zugeführt werden, und folglich kann mehr
Metall pro Zeiteinheit als in der herkömmlichen
Schmelzvorrichtung geschmolzen werden.
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Mit der Erfindung ist es möglich, das Restbad merklich zu
reduzieren, so daß eine größere Umstellung in der
chemischen Zusammensetzung des Bades möglich ist, ohne daß ein
Metall falscher Zusammensetzung erzeugt wird. Bei
gegebener möglicher großer Umstellung der chemischen
Zusammensetzung des Bades führt das kleiner Restbad zu einem
merklich geringeren Risiko, daß ein Metall falscher
Zusammensetzung erzeugt wird, wodurch das Risiko, Metall in
Festform zu gießen, proportional sinkt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Schmelzvorrichtung
gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Zirkulationsmittel eine elektromagnetische Pumpe
umfassen. Eine derartige Pumpe schafft den Vorteil eines
großen Arbeitskopfes, wodurch ein hoher Freiheitsgrad bei
der Konstruktion der Schmelzvorrichtung erzielt wird. Ein
weiterer Vorteil liegt darin, daß die elektromagnetische
Pumpe nur wenig oder keine beweglichen Teile besitzt und
somit wartungsarm und unempfindlich für Störungen ist.
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Es werden bestimmte Vorteile erzielt, da der Boden der
Schmelzkammer mit einem Schmelzkammergradienten zur
Einlaßöffnung des Durchganges hin geneigt ist, wobei der
Schmelzkammergradient vorzugsweise von dem Druckanschluß
zur Einlaßöffnung des Durchganges geneigt ist.
Geschmolzenes Metall, das der Schmelzkammer zugeführt wird, kann
die Schmelzkammer durch den Durchgang zur Brennkammer
zu
sammen
mit dem Metall, das zusätzlich aus dem festen
Zustand in der Schmelzkammer geschmolzen wurde, verlassen.
Diese Ausführungsform trägt folglich zu der Möglichkeit
bei, das Restbad in der Schmelzvorrichtung klein zu
halten.
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Es werden auch bestimmte Vorteile erzielt, da der Boden
der Brennkammer mit einem Brennkammergradienten zum
Sauganschluß geneigt ist, wobei der Brennkammergradient
vorzugsweise von der Auslaßöffnung des Durchganges zum
Sauganschluß hin geneigt ist. Es ist mit dieser
Ausführungsform auch möglich, die Brennkammer in hohem Maße zu
entleeren und auf diese Weise ein kleineres Restbad zu
erhalten. Weiterhin wird mit dieser Ausführungsform das
Ergebnis erzielt, daß aufgrund der Intervention der
Zirkulationsmittel geschmolzenes Metall selbst mit einem
kleineren Restbad weiterhin zirkuliert, wodurch Wärme in
der Brennkammer pro Zeiteinheit aufgenommen und zu dem
festen Metall, das in der Schmelzkammer geschmolzen
werden soll, gefördert werden kann.
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Der geneigte Boden der Brennkammer trägt, wie es auch für
den geneigten Boden der Schmelzkammer der Fall ist, zu
einem schnellen Fluß von geschmolzenem Metall durch die
Brennkammer und somit zu einer höheren Kapazität zur
Wärmeaufnahme pro Zeiteinheit und folglich zur
Schmelzkapazität bei, auch wenn das Restbad derart klein gewählt
wird oder im Fall eines kleinen Badvolumens.
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Eine besonders kompakte Bauweise der Schmelzvorrichtung
gemäß der Erfindung ist im Fall einer Ausführungsform
möglich, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die
Richtung, in welcher der Schmelzkammergradient geneigt
ist, wesentlich von der Richtung unterscheidet, in
welcher der Brennkammergradient geneigt ist, und genauer,
daß die Richtung, in welcher der Schmelzkammergradient
geneigt ist, im wesentlichen entgegengesetzt zu der
Richtung ist, in welcher der Brennkammergradient geneigt ist.
Die Zirkulationsmittel erlauben eine größere Freiheit bei
der Konstruktion der Ofenvorrichtung, da der Vorgang
nicht länger nur von der Konvektion innerhalb des Bades
von geschmolzenem Metall abhängt. Innerhalb der
Möglichkeiten der gewählten zirkulationsmittel existiert eine
Wahlfreiheit hinsichtlich der gegenseitigen
Positionierung des Sauganschlusses und des Druckanschlusses und,
wenn ein geneigter Boden der Schmelzkammer und/oder
Brennkammer gegeben ist, auch hinsichtlich der Richtung,
in welcher der Boden der einen Kammer hinsichtlich der
Richtung, in welcher der Boden der anderen Kammer geneigt
ist, geneigt ist. In dieser Verbindung kann eine
besonders kompakte Bauweise erzielt werden, wenn sich beide
Richtungen in einer im wesentlichen gekreuzten und
entgegengesetzten Weise erstrecken. Leitungen und Komponenten
zwischen Sauganschluß und Druckanschluß, die auch die
Zirkulationsmittel beinhalten, können dann in direkter
Nähe voneinander positioniert werden. Leitungen, welche
den Sauganschluß und den Druckanschluß mit den
Zirkulationsmitteln verbinden, können kurz ausgeführt werden,
wodurch ein geringer Wärmeverlust auftritt und der
Durch
flußwiderstand minimiert werden kann. Aufgrund der Wahl
entgegengesetzter Neigungsrichtungen können die
Brennkammer und die Schmelzkammer nebeneinander liegend
konstruiert werden, was zu geringen Energieverlusten bedingt
durch die Aufteilung führt. Vorzugsweise erstreckt sich
der Durchgang in diesem Fall von einer Position nahe des
tiefsten Bereiches des Bodens der Schmelzkammer zu einer
Position nahe des höchsten Bereiches des Bodens der
Schmelzkammer. Vorzugsweise erstreckt sich der Durchgang
nur über einen begrenzten Teil der Aufteilung naher
dieser Bereiche. Wenn Zirkulationsmittel verwendet werden,
besteht nur ein geringer oder gar kein Bedarf an einem
großen Durchgang, da keine weitere Abhängigkeit von einer
freier Konvektion besteht.
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Während des Betriebes wird sich flüssiges Metall in der
Schmelzkammer am oder nahe des tiefsten Punktes als Folge
des Neigungswinkels ihres Bodens sammeln. Wenn der
durchschnittliche Badpegel in der Brennkammer unter diesen
Umständen (wird die Metallmenge in Zirkulation
berücksichtigt) geringer als der Pegel des Bodens der Schmelzkammer
nahe des Durchganges ist, wird das gesamte flüssige
Metall zurück aus der Schmelzkammer heraus durch den
Durchgang in die Brennkammer fließen.
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Wenn der Badpegel in der Brennkammer höher als der Pegel
des Bodens der Schmelzkammer (an der Position des
Einlasses des Durchganges) ist, fließt das flüssige Metall
weiterhin in Richtung des tiefsten Punktes in der
Schmelz
kammer. Als Folge der verwendeten Zirkulationsmittel wird
das gesamte flüssige Metall in dem Kreislauf aufgenommen.
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Noch ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform der
Schmelzkammer besteht darin, daß, im Falle einer
fehlenden Zwangszirkulation des Metalls, dafür ein wirksamer
Beitrag für den Versuch gemacht wird, das Restbad unter
allen Umständen zu minimieren, sozusagen ohne Rücksicht
auf die Höhe des Bades in der Brennkammer und
möglicherweise sogar in der Schmelzkammer.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform der
Schmelzkammer besteht darin, daß im Falle einer
Zwangszirkulation des Metalls, der Metallfluß in der Schmelzkammer von
der Druckverbindung zum Pegel des Restbades beschleunigt
wird. Folglich wird ein Beitrag zu dem Versuch geleistet,
das Restbad selbst in dieser Situation zu minimieren.
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Eine weitere Ausführungsform der Schmelzvorrichtung, die
gemäß der Erfindung zu einer großen Schmelzkapazität mit
einem kleinen Restbad beiträgt, ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Schmelzvorrichtung einen Transportkanal, der
dazu geeignet ist, geschmolzenes Metall zwischen dem
Druckanschluß und der Einlaßöffnung des Durchganges
wenigstens in einer Situation, in welcher der Boden der
Schmelzkammer nicht vollständig mit flüssigem Metall
bedeckt ist, zu fördern, umfaßt. Das geschmolzene Metall,
das durch die Druckverbindung in die Schmelzkammer
eintritt, kann durch den Transportkanal gefördert werden,
wobei sichergestellt ist, daß zu schmelzendes festes
Me
tall auch durch den Transportkanal gefördert wird,
beispielsweise mittels einer geeigneten Bunkerrutsche.
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Im Fall eines geringen Badpegels befindet sich das feste
Metall in dem Transportkanal im unmittelbaren Kontakt mit
dem gesamten oder mit einem großen Teil des geschmolzenen
Metalls, das durch den Druckanschluß zugeführt wird,
wodurch die Wahrscheinlichkeit der Verfestigung des festen
Metalls, wie im Fall bezogen auf ein kleines Restbad,
reduziert und die Schmelzkapazität in diesem Fall erhöht
wird. Vorzugsweise ist der Transportkanal ein offener
Kanal. Eine einfache und praktische Ausführungsform ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Transportkanal mit dem
Boden der Schmelzkammer und einer Wand der Schmelzkammer,
in der die Einlaßöffnung vorgesehen ist, verbunden ist,
wobei der Boden und die Wand einen spitzen Winkel bilden.
Ein derartiger Transportkanal kann einfach ausgeführt
werden, indem dem Boden der Brennkammer ein Gradient
gegeben wird, aufgrund dessen der Boden in Richtung der
Wand geneigt ist, vorzugsweise die Teilung zwischen den
zwei Kammern, wobei der Transportkanal zu diesem Zweck
durch einen Teil des Bodens der Schmelzkammer und einen
diesem gegenüber liegenden Teil der Teilung gehalten
wird.
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Eine weitere Steigerung der Schmelzkapazität wird
aufgrund der Anwesenheit von Verteilungsmitteln, die dazu
dienen, das flüssige Metall, das aus de Auslaßöffnung
austritt, über den Boden der Brennkammer zu verteilen, um
die Oberfläche des mit flüssigem Metall bedeckten Bodens
in einer Situation zu vergrößern, in welcher der Pegel
von flüssigem Metall in der Schmelzvorrichtung niedriger
als die Auslaßöffnung ist, erzielt.
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Allgemein ist die Schmelzkapazität proportional zur
Badoberfläche, die durch die Wärmequellen, wie
beispielsweise Brenner, bestrahlt wird. Wie bereits oben beschrieben
wurde, nimmt die Badoberfläche aufgrund des
Ausströmgradienten in der Schmelzkammer und der Steigung in der
Brennkammer mit abnehmendem Badinhalt ab. Aufgrund
dessen, daß das geschmolzene Metall, das in die Brennkammer
geleitet oder darin vorhanden ist, wie beispielsweise das
Restbad, über einen größtmöglichen Teil des Bodens der
Brennkammer ausgebreitet wird, wird eine große bestrahlte
Oberfläche erzielt, auch im Falle eines kleinen
Restbades.
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Gemäß der Erfindung ist es nun möglich, die
Metallschlacke wirksam in der Schmelzkammer einzubehalten, wodurch
der zusätzliche Vorteil entsteht, daß die
Wärmeübertragung an das geschmolzene Metall in der Brennkammer
maximiert wird.
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Die Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Schmelzen
von Metall, wie beispielsweise Aluminium, verkörpert, in
dem geschmolzenes Metall aus einer Brennkammer entfernt
und durch außerhalb der Brennkammer und der Schmelzkammer
angeordnete Vorrichtungen zu einer Schmelzkammer
transportiert wird, wobei die Schmelzkammer und die
Brennkam
mer hydraulisch miteinander verbunden sind, und in dem
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnung einer nicht einschränkenden Ausführungsform
einer Schmelzvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben,
wobei
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Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer
Querschnittsansicht einer Schmelzvorrichtung
gemäß der Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine schematische Vorderansicht eines
Schnitts entlang der Linie AA in Fig. 1
zeigt;
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Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines
Schnittes entlang der Linie BB in Fig. 1
zeigt.
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In den Figuren besitzen entsprechende Elemente oder
Elemente mit identischen Funktionen entsprechende
Bezugsziffern.
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In Fig. 1 ist 1 eine Schmelzvorrichtung, in der die
Erfindung verkörpert ist. Die Schmelzvorrichtung umfaßt
eine Schmelzkammer 2 und eine Brennkammer 3, die
voneinander durch eine Trennwand 4 getrennt sind. Die
Schmelzvorrichtung umfaßt an ihrer Außenseite eine wärmeisolierende
und hitzebeständige Außenwand 5. Die Trennwand 4 ist
ebenfalls hitzebeständig, jedoch kann sie zur besseren
Wärmeübertragung zwischen Schmelzkammer und Brennkammer
eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen. Die
Trennwand 4 erstreckt sich von der Decke 6 (siehe Fig. 2)
sowohl zum Boden 7 der Schmelzkammer als auch zum Boden 8
der Brennkammer und besitzt einen örtlich festgelegten
Durchgang 9. Vorzugsweise sind Mittel in oder nahe des
Durchgangs befestigt, um Schlacke, die in der
Schmelzkammer erzeugt wird, einzubehalten oder zu entfernen. Der
Durchgang 9 besitzt eine Einlaßöffnung 10 auf der Seite
der Schmelzkammer und eine Auslaßöffnung 11 auf der Seite
der Brennkammer. Der Boden 7 der Schmelzkammer ist in
Richtung des Pfeils 12 von dem zweiten oder Druckanschluß
13 zur Einlaßöffnung 10 geneigt. Der Boden 7 ist auch von
der Seitenwand 14, die einen Teil der Wand 5 bildet, zur
Trennwand 4 in Richtung des Pfeils 15 geneigt. Die
Trennwand 4 und der Boden 7 bilden einen spitzen Winkel α
(siehe Fig. 2). Die Seitenwand 14 umfaßt eine
Beladeöffnung 16, hinter der eine Entladerutsche 17 positioniert
ist, um über letztere das zu schmelzende Metall
zuzuführen. Die Brennkammer 3 besitzt einen Boden 8, der in
einer Richtung, die durch den Pfeil 18 angezeigt ist, von
der Einlaßöffnung 11 in Richtung des ersten
Sauganschlusses 19 geneigt ist.
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In der Rückwand 25, die einen Teil der Außenwand 5
bildet, ist ein Brenner 26 positioniert, der
Verbindungsleitungen 27 und 28 zur Verbindung mit einer
Sauerstoffquelle und einer Brennstoffquelle versehen ist, die nicht
gezeigt sind. Abgase, die in dem Brenner bei der
Verbren
nung des Brennstoffes mit Sauerstoff erzeugt werden,
können über einen Abgasauslaß 29 (siehe Fig. 2) entfernt
werden. In der Seitenwand 30, die Teil der Außenwand 5
ist, ist eine verschließbare Entnahmeöffnung 31
vorgesehen, durch die geschmolzenes Metall aus der
Schmelzvorrichtung entfernt werden kann.
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Nahe der Auslaßöffnung 11 besitzt der Boden 8
Verteilungsmittel in Form einer Anzahl von Verteilungskanälen
20, 21, 22, 23, 24, um flüssiges Metall, das durch den
Durchgang in die Brennkammer fließt, über einen
größtmöglichen Teil des Bodens 8 zu verteilen.
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Mittels einer Saugleitung 32 ist eine Pumpe 33,
vorzugsweise eine elektromagnetische Pumpe, mit dem Sauganschluß
19 verbunden. Der Auslaß der Pumpe 33 ist mittels einer
Verbindungsleitung 34 mit einem sogenannten Ladebehälter
35, der mittels einer Leitung 36 mit dem Druckanschluß 13
verbunden ist, verbunden. Der Ladebehälter kann enthalten
sein, um fein getrennte feste Partikel schnell zu
schmelzen. Wenn es gewünscht wird, kann auch ein
Schlackeentfernungskessel 40, der nicht genauer gezeigt ist, in der
Leitung 36 enthalten sein, um die auf dem flüssigen
Metall schwimmende Schlacke zu entfernen. Das flüssige
Metall kann auch von dem Ladebehälter oder von dem
Schlackeentfernungskessel entfernt werden. Mit den
Zirkulationsmitteln wird auch eine größere Freiheit hinsichtlich
der Positionierung des Ladebehälters und des
Schlackeentfernungskessels erzielt, insbesondere in Hinsicht auf die
Höhe ihrer Böden unter Beachtung des zurückbleibenden
flüssigen Metalls.
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Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorderansicht eines
Schnittes entlang der Linie AA in Fig. 1. Der Pfeil 15
zeigt an, daß der Boden 7 in Richtung des Pfeils von der
Seitenwand 14 zur Trennwand 4 geneigt ist.
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Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
Schnittes entlang der Linie BB in Fig. 1. Die Figur
zeigt den entgegengesetzten und kreuzenden Verlauf der
zwei Böden 7 und 8, einen Durchgang 9, der zwischen einem
tiefen Bereich, vorzugsweise dem tiefsten Bereich des
Bodens 7 und einem hohen Bereich, vorzugsweise dem höchsten
Bereich des Bodens 8 angeordnet ist.
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Die Arbeitsweise und der Betrieb der Schmelzvorrichtung
funktioniert folgendermaßen:
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Während des Normalbetriebs wird die Schmelzvorrichtung
mit flüssigem Metall, wie beispielsweise flüssigem
Aluminium, bis zu dem Pegel, der durch die Markierungslinie P
angezeigt ist, gefüllt.
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Beim Wechsel von der einen, ersten Legierung oder
Zusammensetzung von zu schmelzendem Metall zur anderen,
zweiten zu schmelzenden Legierung oder Zusammensetzung, wird
die geschmolzene erste Legierung durch die
Entnahmeöffnung 31 entfernt, bis ein Restbad gewünschter Größe
verbleibt. Diese Größe kann sehr klein gewählt werden;
prin
zipiell reicht es aus, daß die Saugöffnung 19 angemessen
bedeckt ist und daß ausreichend geschmolzenes Material in
dem Zirkulationsbereich, der die Elemente 32, 33, 34, 35,
36 und den Schlackeentfernungskessel 40, der nicht
gezeigt ist, umfaßt, für einen effizienten Betrieb von
diesem vorhanden ist. In diesem Zusammenhang wird betont,
daß der Ladebehälter 35 und der Schlackeentfernungskessel
40 wahlfrei sind. Die Schmelzvorrichtung selbst kann
praktisch vollständig frei von geschmolzenem Metall der
ersten Legierung sein. Das flüssige Metall, welches das
Restbad bildet, wird durch die Saugöffnung 19 über die
Leitung 32 zur Pumpe 33 geleitet und wird weiter durch
die Pumpe über die Leitung 34, den Ladebehälter 35 und
die Leitung 36, möglicherweise, nachdem es durch einen
Schlackeentfernungskessel geleitet wurde, zum
Druckanschluß 13 transportiert. Über die Druckanschluß 13
erreicht das flüssige Metall den Boden 7 und fließt
einerseits aufgrund des Gradienten, der durch den Pfeil 12
angezeigt wird, abwärts, und andererseits aufgrund des
Gradienten, der durch den Pfeil 15 angezeigt wird, in
Richtung der Trennwand 4. Als Folge der zwei genannten
Gradienten fließt das geschmolzene Metall anfangs im
wesentlichen durch einen Transportkanal 50, der durch Teile,
die im Winkel α aneinandergrenzen, der Trenneinrichtung 4
und des Bodens 7 begrenzt wird.
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Dem flüssigen Metall, das durch den Transportkanal 50
fließt, wird festes Metall durch die Ladeöffnung 16 über
die Entladerutsche 17 zugegeben, wodurch wenigstens ein
Teil des festen Metalls schmilzt, wobei dieser Teil mit
dem flüssigen Metall, das durch den Druckanschluß 13
zugegeben wird, zum und durch den Durchgang 9 fließt. Das
geschmolzene, mittlerweile abgekühlte Metall wird durch
Verteilungsmittel, die durch die Verteilungskanäle 20 bis
24 gebildet werden, über dem Boden 8 der Brennkammer
verteilt. In der Brennkammer wird Brennstoff, der über die
Leitung 28 zugeführt wird, mit Sauerstoff, der über die
Leitung 27 zugeführt wird, durch den Brenner 26
verbrannt. Eine relativ geringe Menge von geschmolzenem
Metall besitzt aufgrund der Tatsache, daß sie über einen
großen Bereich des Bodens der Brennkammer verteilt wurde,
eine große, bestrahlbare Oberfläche und kann folglich
einen Großteil der Wärme, die durch den Brenner erzeugt
wird, auf ihrem Weg abwärts über den Boden 8 aufnehmen.
Das auf diesem Weg erhitzte, geschmolzene Metall endet
bei der Saugöffnung 19 und wird in der Schmelzvorrichtung
in beschriebener Weise zirkuliert. Das Volumen des
geschmolzenen Metalls wird kontinuierlich vergrößert, indem
festes Metall, das in der Schmelzkammer geschmolzen
wurde, zugegeben wird. Das geschmolzene Metall ist eine
Mischung der ersten Legierung und der zweiten Legierung.
Zur Beschleunigung der Verdünnung der ersten Legierung
mit der zweiten Legierung kann die Schmelzvorrichtung,
wenn es gewünscht wird, in der Zwischenzeit wieder bis zu
einem bestimmten Restbad geleert werden, wonach festes
Metall der zweiten Legierung der Schmelzkammer wieder
zugeführt werden kann. Das entfernte Metall weist eine
falsche Zusammensetzung auf und wird gelagert, um wieder
geschmolzen oder zu einem geeigneten späteren Zeitpunkt
verarbeitet zu werden. Aufgrund der Tatsache, daß mehr
Metall geschmolzen wird als zugegeben wurde, steigt der
Pegel von geschmolzenem Metall in dem Bad, wodurch der
Boden 8 vollständig bedeckt wird, der Durchgang 9 einen
vollen Zufluß aufweist, und letztendlich der Boden 7
bedeckt wird. Der Pegel kann bis zu einer gewünschten Höhe,
wie beispielsweise die durch P angezeigte nominelle Höhe,
weiter erhöht werden.
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Die zwei Böden 7 und 8 besitzen jeweils ein Gefälle
zwischen Druckanschluß und Durchgang bzw. Durchgang und
Sauganschluß von ungefähr 10 bis 15 cm über eine
Entfernung von ungefähr 6 m.
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Wo zuvor ein Durchgang erwähnt wurde, wird Fachleuten
klar sein, daß es sich auch um eine Öffnung in einer
Wand, wie beispielsweise einer Trennwand, handeln kann.
Zuvor wurde Bezug auf eine Kammer als Brennkammer
genommen. Es ist klar, daß auch andere Formen der
Wärmeerzeugung als mit Hilfe eines Brenners möglich sind. An
Stellen, wo eine Saugverbindung erwähnt wurde, schließt
dieser Ausdruck alle Verbindungen zum Entfernen von
geschmolzenem Metall zum Transport zu Zirkulationsmitteln
ein, genauso wie der Ausdruck Druckverbindung alle
Verbindungen einschließt, die dazu geeignet sind,
geschmolzenes Metall aus den Zirkulationsmitteln in die
Schmelzvorrichtung zu fördern.
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Dem Fachmann wird klar sein, daß die Erfindung und ihre
Ausführungsform auch auf eine Schmelzvorrichtung
angewendet werden können, in der Schmelzkammer und Brennkammer
kombiniert sind, um eine einzelne Kammer zu bilden, die
einen geneigten Boden umfaßt und in der die
Zirkulationsmittel dazu geeignet sind oder verwendet werden, um
geschmolzenes Metall von einem Bereich der
Schmelzvorrichtung zu einem anderen Bereich der Schmelzvorrichtung, der
vorzugsweise höher gelegen ist, zu transportieren.
Dadurch, daß zu einem höher gelegenen Bereich gefördert
wird, werden Vorteile erzielt, wie sie zuvor für eine
Schmelzvorrichtung mit zwei Kammern beschrieben wurden.