DE1046332B

DE1046332B - Method and device for introducing powdery substances into molten metal

Info

Publication number: DE1046332B
Application number: DEU3329A
Authority: DE
Inventors: Chester Emile Bieniosek; George Paul Dahm; Homer Clayton Barnes Jun; Edward Francis Kurzinski
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1954-05-03
Filing date: 1955-04-29
Publication date: 1958-12-11

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einführen pulverförmiger Stoffe in Metallschmelzen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Suspension eines Pulvers in einem Gas und auf ein Verfahren zum Einführen pulverförmiger Stoffe, in Form einer Suspension des pulverförmigen Stoffes in einem Gas, in geschmolzene Metalle zwecks metallurgischer Behandlung dieser .Metalle, sowie auf Vorrichtungen zur Erzeugung solcher Suspensionen pulverförmiger Stoffe in Gasen.Method and device for introducing powdery substances into molten metal The invention relates to a method for producing a suspension of a Powder in a gas and a method for introducing powdery substances, in the form of a suspension of the powdery substance in a gas, in molten form Metals for the purpose of metallurgical treatment of these metals, as well as on devices for the production of such suspensions of powdery substances in gases.

Seit langem ist man bestrebt, einen Strom eines Pulver tragenden Gases in geschmolzene Metalle mittels eines Verfahrens einzuführen, bei dem eine leichte Kontrolle der Geschwindigkeit der Zuführung des Pulvers und des Verhältnisses von Pulver und Gas möglich ist. Dabei bestand der Wunsch, die Geschwindigkeit der Zuführung des Pulvers unabhängig von der Zuführung des Gases zu steuern. Es- ist eine Reihe von Vibriervorrichtungen zur Verteilung von Pulver zwecks Steuerung der Geschwindigkeit der Pulverzuführung vorgeschlagen worden. Die Notwendigkeit einer elektrischen Energiequelle für die Vibriervorrichtungen kompliziert ein solches Vorgehen; im übrigen erzeugten diese Vorrichtungen keine gleichförmige und gleichförmig bleibende Verteilung des Pulvers in dem Gasstrom.Efforts have long been made to generate a flow of a powder-carrying gas to introduce into molten metals by means of a process in which a slight Control of the speed of the supply of the powder and the ratio of Powder and gas is possible. There was a need to change the speed of the feed control of the powder independently of the supply of the gas. It's a series of vibrators for distributing powder to control the speed the powder feed has been proposed. The need for a source of electrical energy Such a procedure is complicated for the vibrating devices; otherwise generated these devices do not produce a uniform and constant distribution of the Powder in the gas stream.

Bei einer anderen Art von Vorrichtungen dieser Art wird das Pulver in einem Behälter mit einem an eine geregelte Gasquelle angeschlossenen oberen Teil und einem konischen unteren Teil gespeichert, der mit einem nach oben in ein domartiges Gehäuse mündenden Auslaßrohr versehen ist. Die Seitenwandungen des Gehäuses besitzen Öffnungen für die Zuführung von Pulver zum Behälter; ein Gaseinlaßrobr erstreckt sich von dem Raum oberhalb des gespeicherten Pulvers bis zur Spitze des Gehäuses und dient dazu, in das Auslaßrohr einen Gasstrom einzuführen, der das in das Gehäuse eintretende Pulver mit sich nimmt. Durch Vorsehen einer geeigneten geeichten Mündung bzw. Mündungsstückes an der Mündung des Gaseinlaßrohres kann zwar das Verhältnis von Pulver zu Gas geändert werden, jedoch ist dies mit einer unverineidbaren Änderung des gesamten Gasflusses verbunden. Bei metallurgischen Verfahren, bei denen das mit Pulver beladene Gas unterhalb der Oberfläche des ge-,chniolzenen Metalles eingeführt wird, sind solche Änderungen des Gasstromes sehr unerwünscht, da sie Änderungen der Kühlungsgeschwindigkeit des Bades bewirken und in extremen Fällen zum Verspritzen von geschmolzenem Metall bzw. Zusetzen des Einführungsrohres durch Metall führen können.In another type of device of this type, the powder in a container with an upper part connected to a regulated gas source and a conical lower part, which is stored with an upward in a dome-like Housing opening outlet pipe is provided. Have the side walls of the housing Openings for the supply of powder to the container; a gas inlet tube extends from the space above the stored powder to the top of the housing and serves to introduce a flow of gas into the outlet pipe, which flows into the housing takes powder entering with it. By providing a suitable calibrated mouth or mouthpiece at the mouth of the gas inlet pipe can admittedly the ratio can be changed from powder to gas, but this is with an inevitable change of the entire gas flow. In metallurgical processes where the loaded with powder gas introduced below the surface of the ge, chniolzenen metal such changes in the gas flow are very undesirable because they are changes the cooling speed of the bath and in extreme cases cause splashing of molten metal or clogging of the insertion tube through metal can.

Durch das Vorgehen gemäß der Erfindung werden diese Nachteile vermieden durch Verfahren zum Einführen eines gepulverten Materials in ein Bad von geschmolzenem Metall, bei dem das Pulver aus einem geschlossenen Vorratsbehälter, dem ein Traggas zugeführt wird, abgesaugt wird, wobei das Abführen des Pulvers in einen Strom dieses Gases erfolgt und das Pulver tragende Gas unter die Oberfläche eines geschmolzenen Bades eingeführt wird, bei dem die Geschwindigkeit der Einführung des Pulvers in das geschmolzene Metallbad unabhängig von der Geschwindigkeit des Gases geändert werden kann, durch Zuführen des Gasstromes mit einem konstanten Gasdruck und Einstellen des Druckes des Gases in dem Pulver-Vorratsbehälter auf einen Wert unterhalb des dem Gasstrom zugeführten Gases.The procedure according to the invention avoids these disadvantages by methods of introducing a powdered material into a bath of molten material Metal, in which the powder comes from a closed storage container, which is a lifting gas is supplied, is sucked off, the discharge of the powder in a stream of this Gas takes place and the powder-carrying gas falls below the surface of a molten gas Bath is introduced at which the speed of introduction of the powder in the molten metal bath changed regardless of the speed of the gas can be, by supplying the gas stream with a constant gas pressure and adjusting the pressure of the gas in the powder storage container to a value below the the gas supplied to the gas stream.

Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Vorrichtung zur Verteilung eines Pulvers in einem Gasstrom mit einem geschlossenen -#,jorratsbehälter für das Pulver, dessen oberer Teil mit einer Zuführungsleitung für das Gas unter reguliertem Druck verbunden ist, und mit einem unteren konischen Teil mit einer Auslaßöffnung, die mit einer Auslaßleitung in Verbindung steht, wobei diese Auslaßöffnung von einem Gehäuse umgeben ist, das an den Seiten Einlaßöffnungen für das Pulver besitzt, und am oberen Teil mit einem Gaseinlaßrohr versehen ist, das der Auslaßöffnung koaxial ist. Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Gaseinlaßrohr mit einer Gasquelle von höherem Druck als der des dem Behälter zugeführten Gases verbunden ist, und in einer Düse endet, die in den inneren Raum flus Gehäuses hineinragt, dessen Inneres sich vorzugsweise nach einer am unteren Ende vorgesehenen Auslaßöffnung hin verjüngt. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem äußeren Mantel, der an dem Behälter befestigt ist, und einem inneren Mantel, der drehbar konzentrisch in dem äußeren Mantel angebracht ist, wobei beide Teile eine Mehrzahl von radialen Öffnungen besitzen, die durch Drehung des inneren Teils zur Deckung gebracht werden können, zur Bildung von Durchlässen, die den Pulver-Raum des Behälters mit dem Innenraum des inneren Mantels in Verbindung bringen.The invention is also directed to a device for distribution of a powder in a gas stream with a closed - #, storage container for the Powder, the upper part of which is regulated with a supply line for the gas under Pressure is connected, and with a lower conical part with an outlet opening, which is in communication with an outlet conduit, this outlet opening of a Housing is surrounded, which has inlet openings for the powder on the sides, and is provided at the upper part with a gas inlet pipe which is coaxial with the outlet opening is. According to the invention, such a device is characterized in that the gas inlet pipe with a gas source of higher pressure than that of The gas supplied to the container is connected, and ends in a nozzle which extends into the inner space flus housing protrudes, the interior of which is preferably after a the outlet opening provided at the lower end is tapered. The housing is preferably made an outer jacket, which is attached to the container, and an inner jacket, which is rotatably mounted concentrically in the outer shell, both parts have a plurality of radial openings that are opened by rotation of the inner member Can be brought to congruence to form passages through the powder space bring the container into communication with the interior of the inner jacket.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht, teilweise im Schnitt, eine Vorrichtung zur Einführung von Pulver mit der Pulververteilvorrichtung bzw. Pulverdosiervorrichtung gemäß der Erfindung.Fig. 1 shows a schematic view, partially in section, a Device for introducing powder with the powder distribution device or powder dosing device according to the invention.

Fig.2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Ventilteil der Zuführungsvorrichtung bzw. Dosiervorrichtung, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, und zeigt die Ausbildung des Pulver-Zuführungs-Inj ektors.2 shows a vertical section through the valve part of the feed device or dosing device, which is shown schematically in Fig. 1, and shows the Formation of the powder feed injectors.

Ein Pulvergefäß 10 besteht aus einem geschlossenen Behälter 12 mit Füßen 14, einem abnehmbaren Deckel 16 mit Spannschrauben 18 und einem Ej ektorventil 20. In den Behälter 12 wird nach Abnehmen des Deckels 16 Pulver eingeführt. Das Ejektorventi120 am unteren Teil des Behälters 12 dient dazu, das Pulver in einem Strom von Traggas zu suspendieren.A powder container 10 consists of a closed container 12 with Feet 14, a removable cover 16 with clamping screws 18 and an ector valve 20. Powder is introduced into the container 12 after the cover has been removed. That Ejektorventi120 on the lower part of the container 12 serves to the powder in one Suspend stream of lifting gas.

Der Vorrichtung wird ein solches Traggas unter Druck durch die Leitung 22 mit einem rasch zu betätigenden Ventil 24 zugeführt, und eine Leitung 26, die durch den Behälter 12 führt und mit dem Ejektorven@til 20 verbunden ist. Mittels eines T-Stücks, 28 ist mit der Leitung 22 eine Leitung 30 verbunden, durch die ein Teil des durch 22 eingeführten inerten Gases der Regelvorrichtung 32 zugeführt wird. Das Manometer 34 in der Leitung 36 dient dazu, den Druck des aus der Regelvorrichtung 32 ausströmenden Gases anzuzeigen. Das regulierte Gas geht durch die Leitung 38 in den oberen Teil des geschlossenen Behälters 12. Das Innere des geschlossenen, das Pulver enthaltenden Behälters 12 wird also auf diese Weise unter dem geregelten Druck eines inerten Gases gehalten. Das Manometer 40 der Leitung 42 zeigt die Höhe dieses geregelten Druckes an. In dem Deckel 16 ist ein Sicherheitsventil 44 vorgesehen, um eine Druckentlastung, falls der Druck einen bestimmten Wert überschreitet, zu gestatten.Such a carrier gas is fed to the device under pressure through the line 22 with a valve 24 which can be operated quickly, and a line 26 which leads through the container 12 and is connected to the ejector valve 20 . A line 30 is connected to the line 22 by means of a T-piece 28 , through which a part of the inert gas introduced through 22 is fed to the control device 32. The pressure gauge 34 in the line 36 is used to display the pressure of the gas flowing out of the regulating device 32. The regulated gas passes through the line 38 into the upper part of the closed container 12. The interior of the closed container 12 containing the powder is thus kept under the regulated pressure of an inert gas. The manometer 40 of the line 42 shows the level of this regulated pressure. A safety valve 44 is provided in the cover 16 in order to allow pressure relief if the pressure exceeds a certain value.

Das Pulver-Ejektor-Ventil 20 wird betätigt durch einen Hebel 50, der ein Abführen von Pulver aus dem Behälter 12 durch das Ventil 20 in eine Gasauslaßleitung 52 gestattet oder verhindert.The powder ejector valve 20 is operated by a lever 50, the discharging powder from container 12 through valve 20 into a gas outlet line 52 allowed or prevented.

Die Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Ventilanordnung. Das Ejektorventi120 besteht aus einem Außenmantel 54, der in dem unteren Teil des Behälters 12 befestigt ist, und einem Innenmantel 56, der gleichachsig drehbar in dem Außenmantel 54 sitzt; sowohl der Außenniantel wie der Innenmantel besitzen eine Anzahl von radialen Bohrungen bzw. Schlitzen 58, 59, die durch die Mäntel hindurchgehen und so ausgebildet sind, daß die Schlitze des Außenmantels und des Innenmantels zur Deckung gebracht werden können unter Bildung von Leitungen 55, die das Innere des Behälters 12 mit dem Inneren 57 des inneren Mantelteils 56 verbinden. Durch Drehen des Innenmantelteiles 56 bezüglich des Außenmantelteils 54 können die Bohrungen 58 und 59 entweder in Deckung gebracht werden oder gegeneinander verschoben werden. um das Ejektorventil 20 entweder zu öffnen oder zu cliliefen und das Einfließen von Pulver aus dem Behälter 12 zii regeln.Fig. 2 shows details of the valve arrangement. The ejector venti120 consists of an outer jacket 54 which is fastened in the lower part of the container 12 is, and an inner jacket 56 which is seated in the outer jacket 54 so as to be rotatable in the same axis; Both the outer ring and the inner jacket have a number of radial bores or slots 58, 59, which pass through the shells and are formed so that the slots of the outer jacket and the inner jacket are brought to coincide can forming conduits 55 which connect the interior of the container 12 with the interior 57 of the inner jacket part 56 connect. By rotating the inner jacket part 56 with respect to of the outer jacket part 54, the bores 58 and 59 can either be brought into congruence or are shifted against each other. to the ejector valve 20 either to open or cliliefen and regulate the flow of powder from the container 12 zii.

Das eine Ende der Ejektordüse 51 ist mit der Leitung 26 verbunden, und das andere Ende führt clas Traggas in den Innenraum 57 des inneren Mantels 56. Wenn die Leitungen 55 offen sind, kann feinkörniges. festes Material in diesen Innenraum 57 des Innenmantels 56 eintreten und wird von dem Gasstrom fortgeführt.One end of the ejector nozzle 51 is connected to the line 26, and the other end leads the lifting gas into the interior space 57 of the inner shell 56. If the lines 55 are open, fine-grained. solid material in this interior space 57 of the inner jacket 56 and is carried on by the gas flow.

Die Auslaßleitung 52 ist an den unteren Teil des Innenmantels 56 angesetzt und dient dazu, den mit Pulver beladenen Gasstrom von dem Behälter 12 bis zu dem Verbrauchsort zu führen.The outlet line 52 is attached to the lower part of the inner jacket 56 and serves to feed the powder-laden gas flow from the container 12 to the Place of consumption.

Zur Behandlung von geschmolzenem Metall wird die Auslaßleitung 52, wie die Fig. 1 zeigt, mit einem Einführungsstück 62 aus einem wärmebeständigen Material, wie z. B. Graphit od. dgl., verbunden, das in das geschmolzene Metallbad 64 in einem metallurgischen Gefäß 66 eintaucht.For the treatment of molten metal, the outlet line 52, as FIG. 1 shows, with an insertion piece 62 made of a heat-resistant material, such as B. graphite od. Like. Connected, which in the molten metal bath 64 in one metallurgical vessel 66 is immersed.

Für ein zufriedenstellendes Arbeiten ist es notwendig, daß die Geschwindigkeit des mit Pulver beladenen Gases hinreichend hoch ist, um das Anbacken und Abkühlen des geschmolzenen Metalles in dem Einführungsstück 62 zu verhindern, wobei jedoch die Geschwindigkeit nicht so hoch sein soll, daß das geschmolzene Metallbad nach oben geblasen wird und aus dem Behälter für das geschmolzene Metall herausspritzt.For satisfactory work it is necessary that the speed of the powder-laden gas is high enough to prevent caking and cooling of the molten metal in the insertion piece 62, however the speed should not be so high that the molten metal bath after is blown at the top and spurts out of the molten metal container.

Einer der bedeutendsten Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die Möglichkeit des vollkommenen Unterbindens der Zufuhr an Pulver durch leicht zu bewerkstelligendes Drehen des Ejektorventils ohne Unterbrechung des Stromes des Gases durch diese Vorrichtung. Infolgedessen bleibt infolge der besonderen Anordnung und des nicht gestörten Gasstromes kein Pulver in dem Ventil oder der Auslaßleitung bei Abschalten des Pulverzuflusses zurück.One of the most important advantages of the device according to the invention the possibility of completely cutting off the supply of powder through easy to be accomplished turning the ejector valve without interrupting the flow of the Gas through this device. As a result, owing to the special arrangement remains and the undisturbed gas flow, no powder in the valve or the outlet line back when the powder flow is switched off.

Diese Tatsachen sind von erheblicher Wichtigkeit, wenn die Vorrichtung zur Zuführung eines fluidisierten Pulverstromes in geschmolzenes Metall zur Durchführung metallurgischer Verfahren verwendet wird. So kann z. B. Calciumcarbid-Pulver in einem Strom eines inerten Gases fluidisiert und der Strom in geschmolzenes Eisen zwecks Entschwefelung eingeführt werden. Bei solchen metallurgischen Verfahren ist das Einführen eines fluidisierten Pulvers in das geschmolzene Metall durch ein Einführungsstück aus hitzebeständigem Material, z. B. Graphit od. dgl., bekannt. Dabei besteht die Notwendigkeit, einen Gasstrom durch das Einführungsrohr stets aufrechtzuerhalten (selbst wenn kein Pulver eingeführt wird), um ein Zubacken der Öffnung des Einführungsstückes durch eintretendes und abkühlendes geschmolzenes Metall zu vermeiden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet ohne weiteres die Aufrechterhaltung eines Gasstromes durch die Auslaßleitung zu dem Einführungsstück, selbst wenn der Pulverstrom unterbrochen wird durch Schließung des Ejektorventils für das Pulver. Ebenso verhindert die Erfindung die Ansammlung von Pulver in der Auslaßleitung nach Abschalten der Pulverzuführung infolge des weiterhin durch die Vorrichtung und die Auslaßleitung gehenden Gasstroms.These facts are of considerable importance when designing the device for feeding a fluidized powder stream into molten metal for implementation metallurgical process is used. So z. B. Calcium carbide powder in fluidized in a stream of inert gas and the stream in molten iron be introduced for the purpose of desulfurization. In such a metallurgical process is introducing a fluidized powder into the molten metal through an introducer made of heat-resistant material, e.g. B. graphite od. Like. Known. There is the Need to maintain gas flow through the induction tube at all times (even if no powder is introduced) to bake the opening of the insertion piece to be avoided by entering and cooling molten metal. The device according to the invention readily permits the maintenance of a gas flow through the outlet conduit to the inlet piece, even if the powder flow is interrupted is activated by closing the ejector valve for the powder. The invention also prevents the accumulation of powder in the outlet line after switching off the powder feed as a result of the gas flow continuing through the device and the outlet conduit.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung wurden mit Erfolg bei einer Reihe von metallurgischen Verfahren verwendet, z. B. für die Einführung von Pulvern wie Calciumcarbid, zur Entschwefelung von Eisen oder Stahl; für die Einführung von Magnesium oder Cer-Metall als Pulver für die Einstellung des Gefüges von Gußeisen und für die Einführung von Legierungsbildnern in geschmolzene Eisen- oder Nichteisen-Metalle und Legierungen.The method and apparatus according to the invention have met with success used in a number of metallurgical processes, e.g. B. for the introduction of powders such as calcium carbide, for desulphurisation of iron or steel; for the Introduction of magnesium or cerium metal as a powder for the setting of Structure of cast iron and for the introduction of alloying agents into molten ones Ferrous or non-ferrous metals and alloys.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Ejektorventil mit einem inneren Düsendurchmesser von 1,18 mm, sechs radialen Pulver-Durchführungen von 6,36 mm Durchmesser und einem inneren Durchgang von 9,35 mm, der Gummi-Auslaß-Schlauch war 4,57 m lang und hatte einen Innendurchmesser von 12,7 mm. Gepulvertes Calciumcarbid wurde aus einer Vorrichtung gemäß der Erfindung durch ein Auslaßrohr einem Einführungsstück aus Graphit, das in geschmolzenes Eisen eingetaucht war, zugeführt. Der Ejektordüse wurde Argon mit 4,2 kg pro. cm2 atü unter Änderung des Druckes des Argons innerhalb des, Behälters zwischen 0 und 2,1 kg pro cm2 atü zugeführt; dabei wurde die Geschwindigkeit der Pulverzuführung zwischen 0,32 und 9,06 kg pro Minute variiert. Auf diese Weise wurde ein Verhältnis von Pulver zu Gas bis zu etwa 76 kg pro cm3 Argon erhalten. Die Geschwindigkeit des Pulverzuflusses kann natürlich auf einen höheren Wert gesteigert werden durch Vergrößerung des Durchmessers der Ejektordüse; die Geschwindigkeit der Pulverzuführung kann unterhalb 0,32 kg pro Minute herabgedrückt werden durch Verringerung des Durchmessers der Ejektordüse.According to a preferred embodiment, the device according to FIG the invention an ejector valve with an inner nozzle diameter of 1.18 mm, six radial powder feedthroughs of 6.36 mm diameter and one inner passage of 9.35 mm, the rubber outlet hose was 4.57 m long and had an inner diameter of 12.7 mm. Powdered calcium carbide was made from a device according to the invention through an outlet tube an inlet piece made of graphite, which is in molten iron was immersed, supplied. The ejector nozzle was argon at 4.2 kg per. cm2 atm changing the pressure of the argon inside the container between 0 and 2.1 kg per cm2 atü supplied; the speed of the powder feed was between 0.32 and 9.06 kg per minute varies. In this way, a ratio of powder to obtain gas up to about 76 kg per cm3 of argon. The speed of the powder flow can of course be increased to a higher value by increasing the diameter the ejector nozzle; the speed of the powder feed can be below 0.32 kg per minute by reducing the diameter of the ejector nozzle.

Das Traggas gemäß der Erfindung kann aus irgendeinem inerten Gas oder Gasgemisch bestehen, das gegenüber dem Pulver und dem geschmolzenen Metall inert ist, z. B. Stickstoff, Argon oder Helium.The carrier gas according to the invention can be made of any inert gas or There are gas mixtures that are inert to the powder and the molten metal is e.g. B. nitrogen, argon or helium.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for introducing powdered material into a bath of molten metal, with removal of the powder from a closed storage container charged with carrying gas into a stream of this gas and introduction of the powder-carrying gas stream under the surface of a molten metal, characterized in that the speed the supply of the powder to the gas stream or into the molten bath independently of the speed and flow of the gas stream by supplying the gas stream under constant gas pressure and adjusting the gas pressure in the storage space for the powder to a pressure level below the level of the pressure of the gas stream will.

2. Device for implementation of the method according to claim 1, characterized by a closed storage container for the powder with one associated with the supply of gas under regulated pressure upper part and a lower conical part with one with an outlet pipe in Communicating outlet opening, which is surrounded by a housing on his Side inlet openings for the powder and at its upper part one to the outlet opening coaxial gas inlet tube, which is connected to a gas source of higher pressure than the pressure of the gas supplied to the container is connected and ends in a nozzle, which protrudes into the interior of the housing, the interior preferably following the outlet opening is tapered at the lower part.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the housing consists of an outer jacket which is attached to the lower part of the container, and an inner jacket which is rotatably mounted coaxially in the outer jacket, the two jackets in a plurality of radial bores which can be brought into register by rotation of the inner shell to form guides which connect the powder-filled space of the container with the space inside the inner shell. Contemplated publications: USA. Patent 1,541,778.