NO900565L - Pumpe med filter, for smeltet metall. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en pumpe for smeltet metall, og mer spesielt, en slik pumpe med påmontert filter.

Under behandling av smeltet metall er det ofte nødven-dig å overføre det smeltede metall fra en beholder til en annen, eller å sirkulere det smeltede metall innenfor en gitt beholder. Pumper for smeltet metall blir ofte bruk for disse formål. Pumpene kan også brukes for andre formål, f.eks. til å injisere fordelingsgass inn i metallet som blir pumpet. Flere slike pumper er tilgjengelige fra Metaullics Systems, 31935 Aurora Road, Solon, Ohio 44139 under modell nr M12 m.fl.

I det spesielle tilfelle hvor metallet blir smeltet i en reverberovn, er ovnen utstyrt med ekstern brønn hvor pumpen er plassert. Pumpen trekker smeltet metall fra ovnen, og enten resirkulerer det smeltede metall gjennom den eksterne brønnen (hvorfra det blir gjeninnført i ovnen) eller overfører det fra brønnen til en annen beholder. Et termoelement blir ofte plassert i brønnen for å gi ovnen informasjon om temperaturen i smeltede metall, for styring av ovnen.

Et problem med den ovennevnte anordning er at fremmedmaterialer, såsom dross, faste eller halvfaste stoffer (heretter kalt partikler) som finnes i brønnen kan bli trukket inn i pumpen for smeltet metall. Hvis store partikler blir trukket inn i pumpen, kan den tette seg og bli ødelagt. Selv om pumpen ikke blir helt ødelagt, kan partiklene degradere pumpens ytelse eller ha en negativ virkning på støpegods som lages av det smeltede metall. Med tanke på de ulemper som følger med metallpumper uten filter, er det blitt ønskelig å forøke å fjerne partiklene på en eller annen måte.

En tilnærming som har vært forsøkt er et såkalt innløpsfilter. Et innløpsfilter er en porøs barriere som anbringes mellom smelteovnen og den eksterne brønn, oppstrøms like ovenfor pumpen. Teoretisk vil et innløpsfilter fjerne partikler som blir sirkulert ut av ovnen, og dermed unngå innføring av slike partikler i pumpen. I praksis har det oppstått flere vanskeligheter. For det første har man funnet det vanskelig å installere filteret, delvis på grunn av at det må anordnes en ramme for filteret ved forbindelsen mellom ovnen og brønnen. For det annet har filteret en tendens til å bli løftet av det smeltede metall, slik at partikler kan flyte inn i brønnen under det hevede filter. For det tredje kan det være en temperaturgra-dient i metallet over filteret fra den "varme" side til den "kalde" side. Temperaturen i det smeltede metall i brønnen kan være lavere enn temperaturen i ovnen i størrelsesorden 10-23,89°C. På grunn av at temperaturføleren for ovnen ofte er plassert i brønnen, vil senkning av temperaturen i det smeltede metall i brønnen forårsake at styringssystemet for ovnen unødig aktiverer ovnens forbrenningssystem. For meget varme generert av ovnen vil i sin tur forårsake at enda flere partikler blir formet.

En annen tilnærming som har vært forsøkt er å henge pumpen inne i en væske-gjennomtrengelig filterkurv. Kurven vil da virke som filter for pumpen. En ulempe med kurv-metoden er at det er vanskelig å plassere pumpen korrekt i forhold til kurven. Kurven må hvile på eller nær gulvet i brønnen, og pumpen må være korrekt opphengt inne i kurven. I tillegg må kurven være forholdsvis stor for å strekke seg helt over det smeltede metalls øvre overflate. På grunn av kurven strekker seg ut av det smeltede metall, må den være isolert på en eller annen måte for å minimalisere varmetap gjennom den øvre overflate. På grunn av at kurven er så stor, vil også kostnadene bli større enn ønsket.

Tatt i betraktning de beskrevne tilnærminger, er det fremdeles et behov for en effektiv teknikk for å filtrere smeltet metall som føres gjennom en pumpe for smeltet metall. Man håper at en slik teknikk vil være forholdsvis billig, lett å arbeide med, og at den vil unngå ulempene med de tilnærminger som er beskrevet ovenfor.

i Den foreliggende oppfinnelse frembringer en ny og forbedret teknikk for filtrering av smeltet metall som blir pumpet med en pumpe for smeltet metall. Oppfinnelsen omfatter et filter som festes til pumpens base, slik at det ligger rundt innløpet til pumpen. Filteret er fortrinnsvis laget av et i porøst, båndet (brent eller sintret), ildfast materiale såsom silisiumkarbid og/eller alumina. Filterets overflateareal er meget stort i forhold til pumpens innløpsareal. På grunn av filterets utforming, blir det skapt et stort hulrom, definert ved

det indre av filteret og pumpens bunnoverflate.

På grunn av filterets utforming og dets forhold til pumpen, kan filteret ha meget lav porøsitet, for eksempel omkring 35 til 38%. Filteret ikke bare filtrerer ut grove partikler som i kan ødelegge pumpen, men filtrerer også ut finere partikler som kan ha en negativ virkning på en støpning. Filteret ifølge oppfinnelsen kan lett rengjøres, og når rengjøring ikke lenger er mulig, kan det fjernes og erstattes uten vanskelighet. Filterets kompakthet minimaliserer installasjonsvanskeligheter, ) og minimaliserer likeledes kostnadene for filteret.

Det ovenstående og andre trekk og fordeler med filteret er illustrert i de medfølgende tegninger, og er beskrevet i detalj i den følgende spesifikasjon og kravene, under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et skjematisk perspektivriss av den 5 eksterne brønn for en reverberovn, hvor det er nedsenket en pumpe for smeltet metall, fig. 2 viser et tverrsnitt av pumpen på fig. 1, fig. 3 viser pumpen på fig. 1 sett ovenfra, og fig. 4 viser pumpen på fig. 1 sett nedenfra.

Det henvises nå til fig. 1-4, som viser en pumpe for o smeltet metall ifølge oppfinnelsen, generelt betegnet med henvisningstallet 10. Pumpen 10 er innrettet til å senkes ned i smeltet metall inne i en beholder 12. Beholderen 12 kan være hvilken som helst beholder for smeltet metall, skjønt man antar at beholderen 12 som illustrert er den eksterne brønn for en5reverberovn.

Man må forstå at pumpen 10 kan være hvilken som helst type av pumpe som egner seg for pumping av smeltet metall. I alminnelighet, og spesielt som vist på fig. 2 og 3, vil imidlertid pumpen ha en basedel 14 inne i hvilket det er anbrakt en o impeller 16. Impelleren 16 er anbrakt nær væsken som roterer inne i basedelen 14 ved hjelp av en langstrakt, roterbar aksel 18. Den øvre ende av akselen 18 er forbundet med en motor 20. Motoren 20 kan være av hvilken som helst ønsket type, skjønt en luftmotor er illustrert.

5Basedelen 14 omfatter en utløpspassasje 22. Et stigerør 24 er forbundet med basedelen 14 i væske-forbindelse med passasjen 22. Et rør 26 med en flens er forbundet med den øvre ende av stigerøret 24 for å tømme smeltet metall inn i en tut eller et annet rør (ikke vist). Den beskrevne pumpe 10 er en såkalt overføringspumpe, dvs. den overfører smeltet metall fra beholderen 12 til et sted utenfor beholderen 12. Som indikert ovenfor, er imidlertid pumpen 10 beskrevet som en illustrasjon,

> og det må forstås at pumpen 10 kan være av enhver type som egner seg for pumping av smeltet metall.

Basedelen 14 omfatter en skulderdel 28 rundt sin nedre periferi. Skulderdelen 28 ligger rundt væskeinnløpet definert ved impelleren 16. Det henvises spesielt til fig. 3 og 4.3Basedelen 14 er sirkelrund i planet, og derfor er også skulderdelen 28 sirkelformet. Hvis basedelen 14 skulle ha et tverrsnitt som ikke er sirkelrundt, måtte skulderdelen 28 tilpasses formen av basedelen 14.

Et generelt sylinderformet, kopp-liknende filter 30 er5forbundet med basedelen 14 slik at det ligger helt rundt væskeinnløpet. Filteret 30 omfatter en sylindrisk sidevegg 32, og en flate endevegg 34. Sideveggen 32 er innrettet til å passe tett rundt skulderdelen 28, og til å festes der ved hjelp av en ildfast sement, for eksempel den som blir solgt under handelsnav-o net FRAXSET av Metaullics Systems of Solon Ohio. FRAXSET ildfast sement har usedvanlig styrke og motstand mot korrosjon i anvendelser i smeltet aluminium og sink.

Det er forventet at filteret 30 vil være en porøs struktur utformet av båndede eller sintrede partikler såsom grad56 silisiumkarbid eller alumina. Et egnet filter laget av grad

6 silisiumkarbid eller alumina er kommersielt tilgjengelig fra

Metaullics Systems of Solon, Ohio. Filteret 30, når det er fremstilt av grad 6 silisiumkarbid eller alumina, har en porøsitet på omtrent 35 til 38%. Filteret 30 er ildfast på grunn o av materiale fra hvilket det er laget, og vil således motstå de temperaturer det blir utsatt for i behandling av smeltede, ikke-jernholdige metaller.

Størrelsen på filteret 30 vil avhenge av pumpeevnen til pumpen 10. Som illustrert er sideveggen 32 omtrent 17,78 cm høy, s og endeveggen 34 er omkring 35,88 cm i diameter. Sideveggen 32 stikker ut omtrent 15,24 cm forbi den nederste del av basedelen 14. Filteret 30 har en jevn veggtykkelse på omkring 2,54 cm. For de gitte dimensjoner har filteret 30 et utvendig overflate-

areal på omtrent 2419,5 cm 2 , og et volum på omkring 6146,25 cm 3.

Filteret 30 definerer et hulrom 36, hvilket hulrom er avgrenset ved de innvendige overflater av sideveggen 32, endeveggen 34 og bunnflaten på basedelen 14. Den del av hulrommet 36 som er definert ved filteret 30 har et overflateareal på omtrent 1.972,70 cm . Pumpens innløpsareal er omtrent 30,65 cm 2 (som målt ved den innvendige diameter av impelleren 16). Følgelig er forholdet mellom filterets utvendige overflateareal og pumpens innløpsareal omkring 78,95, mens forholdet mellom filterets innvendige overflateareal og pumpens innløps-areal omtrent 64,35.

Hvis man bruker det utvendige overflateareal av filteret 30 som referanse, og antar at det smeltede metall som pumpes har en trykkhøyde på 30,48 cm, og om man videre antar en strømningskapasitet på 25,69 x 10 kg pr. min. pr. cm pr. cm av trykkhøyde, blir den teoretiske strømningstakt av filteret 30 omkring 3396,56 kg pr. min. I praksis har pumpen 10 en strøm-ningstakt med 30,48 cm trykkhøyde på omkring 340,2 kg pr. min. Følgelig gir filteret 30 en sikkerhetsfaktor på omkring 10.

Eksempel

Filteret 30 har vært funnet å være ytterst effektivt i bruk. Ved bruk av en konvensjonell f yllingstid-test, med filteret 30 nylig installert, kunne pumpen 10 fylle en 317,52 kg støpeøse på omkring 40 sek. Når filteret 30 blir tilstoppet eller neste tilstoppet, kunne støpeøsen bli fylt innen omkring 170 sek. Etter å ha fjernet pumpen 10 fra det smeltede metall og rengjort den utvendige overflate på filteret 10, var fyllings-siden igjen redusert til omkring 60 sek. Rengjøring ble oppnådd ved forsiktig avskraping av oppbygde partikler, mens filteret var varmt, fra den innvendige overflate i filteret 30. Pumpen 10 ble så igjen nedsenket i det smeltede metall.

Etter omkring tre rengjøringer ble filteret 30 helt tilstoppet, og ble skiftet ut. Utskiftingen ble utført ved å understøtte siden av basedelen 14 mot en solid overflate, og deretter å slå den motsatte nedre kant av filteret 30 med for eksempel en hammer. Filteret 30, såvel som sementbåndet mellom filteret 30 og basedelen 14 ble knust. Filteret 30 ble atskilt, mens basedelen 14 var intakt. Etter at skulderdelen 28 var rengjort ved å fjerne restene av sement, ble et nytt filter 30 installert.

Den foreliggende oppfinnelsen frembringer vesentlige fordeler i sammenlikning med tidligere filtreringsteknikker. På grunn av at filteret 30 er integrert med basedelen 14, kan pumpen 10 plasseres som ønsket uten noe behov for å holde korrekt forhold mellom basedelen 14 og filteret 30. Filterets posisjon i forhold til beholderen 12 kan justeres ganske enkelt ved å heve eller senke pumpen 10. Det forventes at endeveggen 34 vil plasseres omtrent 5,08 til 7,62 cm fra bunnen av beholderen 12, skjønt enhver ønsket avstand kan velges.

Fordi filteret 30 er helt nedsenket i smeltet metall, leder det ingen varme ut av badet som var tilfelle med et innløpsf ilter eller et kurvf ilter. Temperaturgradienter som ofte forbindes med innløpsfiltre blir eliminert på grunn av at filteret er integrert med pumpen, og en helt åpen passasje blir opprettholdt mellom ovnen og den eksterne brønn. Videre, karakteristikkene til filteret 30 gjør det ikke bare mulig å filtrere ytterste fine såvel som grove partikler, men filterets permeabilitet er slik at pumpens strømningsende kan oppretthol-des. På grunn av det spesielle utforming av filteret 30, og på grunn av det materiale fra hvilket det er laget, kan filteret 30 lett rengjøres, og når utskifting er nødvendig, vil kostnaden for brukeren være mindre enn med et innløpsfilter eller et kurvfil-ter.

Skjønt oppfinnelsen i sin foretrukne utførelse er beskrevet noe spesielt, må man forstå at den foreliggende beskrivelse av den foretrukne utførelse er gjort bare gjennom et eksempel, og at forskjellige endringer kan utføres uten å avvike fra oppfinnelsens ånd og omfang i henhold til de følgende krav. Det er meningen at patentet skal dekke, ved passende uttrykk i kravene, de patenterbare nye trekk som finnes i den beskrevne oppfinnelse.

Claims (10)

1. Pumpe (10) for smeltet metall, KARAKTERISERT VED at den omfatter en basedel (14) med et væskeinnløp og et filter (30) som er festet til basedelen (14) og danner et hulrom (36) mellom dem, hvor filteret (30) ligger helt rundt innløpet.

2. Pumpe ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at filteret (30) er laget av klebet eller sintret ildfast materiale.

3. Pumpe ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at filteret (30) har koppform med en sidevegg (32) lukket av en endevegg (34), hvor filteret (30) er festet til basedelen (14) ved hjelp av en sementert forbindelse på enden av sideveggen (32) motsatt endeveggen (34).

4. Pumpe (10) for smeltet metall, KARAKTERISERT VED at den omfatter en basedel (14), med en bunnoverflate som definerer en sirkelrund skulderdel (28), og omfatter et væskeinnløp som er omgitt av skulderdelen (28), og et filter (32) som er festet til basedelen (14) ved hjelp av en sementert forbindelse, hvor skulderdelen (28), filteret (30) og bunnoverflaten av basedelen (14) danner et hulrom (36) mellom dem, hvor filteret (30) er utformet av et båndet eller sintret ildfast materiale med porøsitet innenfor området på omkring 35 til 38%.

5. Pumpe ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at filteret (30) har koppform med en sidevegg (32) lukket av en endevegg (34), og ved at den sementerte forbindelse mellom filteret (30) og basedelen (14) er laget ved den ende av sideveggen (32) som er motsatt endeveggen (34).

6. Fremgangsmåte for filtrering av smeltet metall gjennom en pumpe for smeltet metall (10) som har et væskeinnløp, KARAKTERISERT VED å frembringe et kopp-liknende filter (30) av klebet eller sintret ildfast materiale med en forutbestemt porøsitet, å feste filteret (30) til pumpen (10) slik at filteret (30) ligger rundt væskeinnløpet, og å trekke smeltet metall gjennom filteret (30) og inn i væskeinnløpet.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at filteret (30) har en porøsitet innenfor et område på omkring 35 til 38%.

8. Filter (30) for en pumpe (10) for smeltet metall, KARAKTERISERT VED at det omfatter en porøs, ildfast, koppliknende del, som er avgrenset av en sidevegg (32) og en endevegg (34) som lukker sideveggen, hvor sideveggen (32) og endeveggen (34) skaper et hulrom (36).

9. Filter ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at delen er laget av grad 6 silisiumkarbid eller alumina.

10. Filter ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at delen har en porøsitet innenfor området på omkring 35 til 38%.