DE1583274A1 - Verfahren und Geraet zum Raffinieren von geschmolzenem Metall - Google Patents

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Patentanwälte

Dipl.-Ing. 7.^:.·Π''Ρ"ΓΡ13Γ:Π München 2, f-.cs^u , 7

Tel. 2619 89

NIPPON KOKAN KAJBFSHIKI KiISHA Tokio / Japan

Verfahren und Gerät zum Raffinieren von geschmolzenem Metall

Me Erfindung bezieht eich auf das Raffinieren von geschmolzenen Metallen.

Di« Erfindung ist insbesondere anwendbar zum Haffinieren von geschmolzenem Roheisen und eignet sich besondere zum Entschwefeln und zur Entphosphorung des geschmolzenen Roheisens.

Die Entfernung von Verunreinigungen beziehungsweise deren Einstellung auf einen vorbestimmten Wert in geschmolzenem Roheiten oder in Legierungszusammensetzungen wird derzeitig bei der Erzeugung von Roheisen, Stahl und dergleichen in Hoohöfen, Konvertern, Herdöfen, Elektroöfen, Kupolöfen und ähnliohen Einrichtungen vorgenommen. Jedooh läßt sich mit Hilfe dieser übliohen Anlagen nur eine Raffinierung begrenzten Umfang· ersielen.

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Es besteht daher in der Technik seit geraumer Zeit ein Bedürfnis nach einem nicht aufwendigen Verfahren zur Vor- oder Nachbehandlung des geschmolzenen Metalls, das es erlaubt, die Raffinierung des Metalls in einfacher Weise durchzuführen, und das gleichbleibende, prognostizierbare Resultate liefert.

Unter den derzeitig bekannten Methoden zur Durchführung einer Vorbehandlung wie beispielsweise einer Entschwefelung sind ein Gfußpfannen-TImgießverfahren, das Pellanverfahren, ein Verfahren, bei dem ein pulverförmiges Entschwefelungsmittel wie beispielsweise Carbid oder dergleichen zusammen mit einem Gas, in dem das Pulver suspendiert ist, eingeblasen wird, ein mit einem Kreiselmischer arbeitendes Rührverfahren und ähnliche Methoden zu nennen.

Alle diese bekannten Methoden weisen den schwerwiegenden Mangel auf, daß sie nicht erlauben, einen gleichbleibenden Entschwefelungsgrad zu erzielen, und sind darüber hinaus mit dem Nachteil behaftet, daß unvermeidbar ein Verlust an Entschwefelungsmittel eintritt, das nicht mit dem geschmolzenen Roheisen umgesetzt wird. Dieser Verlust ist infolge eines Spritzens des geschmolzenen Metalls oder auch infolge eines ungenügenden Rührens übermäßig groß, wodurch das Behandlungsverfahren in unerwünschter Weise aufwendiger gemacht wird. Ähnliohe Hemmnisse und Mängel treten unvermeidbar bei den bekannten Behandlungsverfahren zur Entphosphorung wie ebenso auoh bei bekannten Verfahren zur Einstellung von Legierungszusammeneetzungen in Erscheinung.

Vor kurzem ist ein leistungsfähigeres Entschwefelungsverfahren entwickelt worden, bei dem die Gußpfanne Vibrationen ausgesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird die Gußpfanne gerüttelt, um

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so einen innigeren Kontakt zwischen dem geschmolzenen Roheisen und dem Läuterungsmittel herbeizuführen, wodurch also die Raffinierleistung erhöht wird. Indessen sind hierbei der Aufwand für die Rüttelanlage sowie der zum Rütteln einer schweren Gußpfanne samt Inhalt erforderliche Leistungsaufwand untragbar hoch und im übrigen ist auch das Verhältnis der Masse des geschmolzenen Roheisens zur Masse der Gußpfanne ein niederes. Außerdem ist dieses Verfahren mit dem empfindlichen Nachteil eines unvermeidbaren, sehr starken Temperaturab falls des geschmolzenen Roheisens verbunden.

Insoweit die Raffinierung des geschmolzenen Metalls, beispielsweise geschmolzenen Eisens oder geschmolzener Eisenlegierungen, auf dem Wege von Umsetzungen der Schlacke und des geschmolzenen Roheisens mit einem, im gasförmigen Zustand befindlichen Reaktionsmittel erfolgt, ist es zur Beschleunigung der Umsetzungsreaktionen wesentlich, die Kontaktfläche zwischen dem zu behandelnden Metall, das im flüssigen Zustand vorliegt, und dem gasförmig vorliegenden Reaktionsmittel möglichst zu vergrößern, und die Bemühungen sind daher stets darauf gerichtet, das gasförmige Reaktionsmittel mit ständig «wechselnden Flüssigkeitsanteilen des der Behandlung unterworfenen geschmolzenen Metalls in Berührung zu bringen. Diese Tatsachen sind dem Fachmann geläufig. Zur wirksamen Ausnutzung der Reaktionsmittel ist es somit von wesentlicher Bedeutung, für ein ständiges Durchmischen der Reaktionsmittel Sorge zu tragen, so daß diese mit dem geschmolzenen Metall, beispielsweise geschmolzenem Roheisen, in eine innige Berührung gebracht werden. Wenngleich bei einem Verfahren wie der vorerwähnten Gußpfannenvibrationemethode in ähnlicher Weis© wie bei anderen bekannten Verfahren ein gewisser

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Grad der Baffinierung erzielt wird, da hierbei die Seaktionsmittel in der Gesamtmenge des geschmolzenen Roheisens verteilt werden, so .wird zu diesem Zweck aber der gesamte Inhalt der Pfanne durchgerührt und es ist dazu erforderlich, die schwere Gußpfanne in ihrer Gesamtheit in Vibrationen oder Schwingungen zu versetzen, um so das zu behandelnde Metall und das Läuterungsmittel in eine* erwünschten Auemaß miteinander in Berührung zu bringen.

Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Methoden wurde es somit stets für wesentlich gehalten, dem Läuterungsmittel eine möglichst große Berührungs- oder Angriffsfläche zu bieten, und folglich wird die gesamte Masse des geschmolzenen Eisens gerührt oder in anderer Weise durchgemischt, um so den innigen Kontakt zu dem Läuterungsmittel zu erzielen, der die weitestgehend befriedigenden Ergebnisse liefern soll.

Die Erfindung hat zur Hauptaufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung zum wirksamen Raffinieren von geschmolzenen Metallen zu schaffen, wobei die vorbezeiohneten Mängel der nach dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen ausgeschaltet werden sollen.

Die Erfindung hat somit zur Aufgabe, ein zum wirksamen, in einfacher und rationeller Weise erfolgenden Raffinieren eines geschmolzenen Metalls geeignetes Verfahren und eine ebensolche Einrichtung zu schaffen, wobei in diesem Bahmen ein Rühren der geschmolzenen Metallmasse nur in verhältnismäßig beschränktem Umfang vorgesehen ist.

Gemäß der Erfindung wird das die Verunreinigungen enthal-

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tende geschmolzene Metall, das raffiniert werden soll, in einen Behälter wie beispielsweise eine geeignete Gfußpfanne gegossen und zur Umsetzung mit dem geschmolzenen Metall wird ein geeignetes Läuterungsmittel zugesetzt, um so zumindest einen Teil der darin enthaltenen Verunreinigungen zu "beseitigen. Sodann wird dieses gesohmolzene Metall, das mit dem Läuterungsmittel versetzt worden ist, lediglich im Bereich der Oberfläche des geschmolzenen Metalls gerührt. Die Zugabe des Läuterungsmittels zu dem geschmolzenen Metall sowie der Rührvorgang erfolgen in einer Zeitspanne, in der sich Anteile der geschmolzenen Metallmasse in dem Behälterkörper noch in Bewegung befinden.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung befindet sich die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Behälter in einer vorbestimmten Höhe und oberhalb des Behälters ist eine Rührvorrichtung vorgesehen, die sich in den Behälterkörper hineinerstreokt und einen Rührer aufweist, der in seiner AbwärtserStreckung in den Behälter bis zu einem Punkt in diesen hineinragt, der verhältnismäßig wenig unterhalb des Funkte vorbestimmter Höhe gelegen ist, bis zu dem sich das geschmolzene Metall mit seiner Oberfläche erstreokt.

Sie Erfindung ist in den beigegebenen Zeichnungen beiepielartig dargestellt. In den Zeichnungen zeigern

Fig. 1 eine Sohnittansieht einer möglichen Aueführungsform einer erfindungBgemäßen Einrichtungi

Fig. 2 eine Oberaneioht der Anordnung der Figur 1 mit abgenommenem Gußpfannendeckel»

Fig. 5 eine schematiaierte Sohnittanaioht einer weiteren

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Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung»

Pig. 4 eine schematisierte Schnittansieht noch einer weiteren Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung»

Hg. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Betätigungsweise der in Figur 4 wiedergegebenen Ausfiihrungsform der Einrichtung!

KLg. 6 eine schematisierte Schnittansieht noch einer weiteren Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung}

ELg. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines in erfindungsgemäßer Weise durchgeführten Verfahrensbeispielaj

Fig. θ eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren spezifischen, in erfindungsgemäßer Weise durchgeführten Verf ahrensbei spi el s \

Fig. 9 eine graphische Darstellung, aus der zu entnehmen ist, für welche Zeitspanne Anteile einer geschmolzenen Metallmasse in Bewegung bleiben, nachdem das geschmolzene Metall in einen Behälter gegossen wurdet und

Fig· 10 eine graphische Darstellung der Ergebniese von Versuohen zur Ermittlung der Auswirkung von Eintauchtiefe und Anzahl der vorgesehenen Rührer.

Die Erfindung beruht auf der An Behauung oder der Feat-■tellung, daß nach dem Eingießen gesohmolienen Metall· in einen Behälter Teile der gesohmolaenen Metallmaske nooh für eine beträohtliohe Zeitspanne in Bewegung bleiben. So hat aioh geieigt, daß in

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der Masse geschmolzenen Metalls infolge der Sigenkonvektion, der Diffusion und/oder der Massenträgheit von Anteilen der Metallschmelze Strömungen auftreten, die noch für eine Zeitspanne von erheblicher Dauer anhalten, nachdem das Metall in einen Behälter gegossen worden ist. Auch, beim Eingießen von geschmolzenem Metall vie beispielsweise des geschmolzenen Roheisens eines Hochofen« in eine Gußpfanne oder bei seiner Überführung in einen Behälterkörper wie beispielsweise einen Torpedowagen, der zum Beschicken eine· Herdofens oder Konverters benutzt wird, oder falls sich das geschmolzene Roheisen im Torderteil eine» Kupolofens oder in einer Mulde befindet, welche die Abstichrinne eines Hoohofens bildet, halten die Flie£bewegungen τοπ Teilen der in dem betreffenden Behälter oder Gefäß befindlichen geschmolzenen Metallmasse in Form von Strömungen in der Metallschmelze noch eine beträchtlich« Zeitdauer nach dem Umgießen des Metalls an.

Zur genaueren Feststellung dieses Sachverhalts wurden Versuche durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde geschmolzeneβ Roheisen aus einem Hochofen in eine 30-Tonnen-Gußpfanne gegossen und eine Menge eines Goldisotops Au 126 auf das Bodenteil der Oußpfanne gebracht. Es wurden dann die Beziehungen zwischen der verstrichenen Zeitspanne und der Intensität der von der Oberfläoh« der Rohaisenschmelze ausgehenden Strahlung ermittelt, wobei die in Figur 9 dargestellten Resultat· erhalten wurden. Si· Kurve D der Figur 9 stellt MeBergebnisse dar, di· erhalten wurden, falls Au 12Θ in die Metallschmelze 16 Minuten nach dem Eingießen der Schmelz· in die Gußpfanne eingebracht wurde. Di· Kurve E der Figur $ zeigt di· Meßergebnies« eines Versuchs, bei dem Au 128 gu einem Zeitpunkt

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39 Minuten nach dem Eingießen des geschmolzenen Roheisens in die Gußpfanne in dieses eingebracht wurde. Die Kurve P schließlich bezieht sich auf Messungen, die beim Einbringen von Au 128 in die geschmolzene Metallmasse zu einem Zeitpunkt, der 60 Minuten nach deren Eingießen in die Gußpfanne lag, vorgenommen wurden. Aus diesen Kurven war zu entnehmen, daß bei einem geschmolzenen Metall wie beispielsweise geschmolzenen Roheisen naoh dessen Eingießen in einen Behälter wie etwa eine geeignete Gußpfanne tatsächlich Anteile der geschmolzenen Metallmasse weiterhin für eine sehr lange Zeitdauer in Bewegung bleiben, wobei diese Zeitspanne im Fall des Roheisens mindestens eine Stunde beträgt. Weiterhin geht aus diesen Kurven hervor, daß sich die Metallschmelze, beispielsweise also eine Roheisenschmelze, äußerst schnell mit dem Zusatzstoff mischt.

Aus diesen Versuchsergebnissen wurde die Schlußfolgerung gezogen, daß sich eine hinreichende Raffinierung, beispielsweise eine Entschwefelung, auch erzielen läßt, indem man sich hierbei die Tatsache zunutze macht, daß Teile der geschmolzenen Metallmasse noch lange nach dem Eingießen in einen Behälter in Bewegung bleiben, so daß es in der Tat unnötig ist, die Metallschmelze in ihrer Gesamtmasse durchzurühren, und man sich stattdessen darauf beschränken kann, das geschmolzene Metall lediglich in einem verhältnismäßig flachen Anteilsbereich in der Nähe seiner Oberfläche tutaurtihren, in dem die Metallschneize mit einem Läuterungemittel durchgemischt wird. Es ist somit nicht mehr erforderlich, den Rührvorgang bis hin zum Boden des Behälter· wirkten werden au lassen, gofern man nur die Raffinierung innerhalb eines Zeitraums naoh dem Eingießen vornimiit, während dessen Anteile der geschmolzenen Metallmasse noch in einem Zustand der Strömungebewegung· sind.

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Hinsichtlich der Entschwefelung von Roheisen haben umfangreiche Yersuche erwiesen, daß eine 85-90prozentige Entschwefelung erzielt werden kann, falls das in eine Gußpfanne eingegossene geschmolzene Roheisen mittels einer Rührvorrichtung gerührt wird, die Rührstäbe aufweist, welche sich von der Oberfläche der Metallschmelze in diese bis zu einer Tiefe hineinerstrecken, die weniger als ein Drittel der Gesamttiefe der Metallschmelze ausmacht. In diesem Fall wurde eine 85-90prozentige Entschwefelung mit Hilfe einer Anordnung erzielt, bei der sich die Rührstäbe unterhalb der Oberfläche der geschmolzenen Metallmasse noch bis zu einer Tiefe erstreckten, die sich auf etwa l/lO bis 3/10 der Gesamttiefe der in der Gußpfanne befindlichen Roheisenschmelze belief.

Figur 10 ist eine graphische Darstellung von Entschwefelunger esuitaten, die einerseits bei Verwendung eines einzelnen Rührstabe, der bis zu Tiefen von 10 bis 50 Prozent der Geeamttiefe der Metallschmelze in diese eingeführt war, und andererseits bei Verwendung von drei Rührstäben, die gleichfalls bis zu Tiefen von 10 bis 30 Prozent der Gesamttiefe der Schmelze eingeführt waren, erzielt wurden. Die untere Kurve der Figur 10 stellt dabei die Ergebnisse des Rührens mit einen einzigen Rührer dar, während die obere Kurve die Resultate dee Rührens mit drei Hührern wiedergibt, wobei aus-Figur 10 zu ersehen ist, daß in beiden lallen ein relativ hoher Entschwefelungsgrad erzielt wurde, obwohl die Sührvorgänge *uf den Bereich In der Nähe der Oberfläche der Metallschmelze besohränkt waren. Bei den Versuchen, deren Irgebniese in die graphisohe !Darstellung der figur 10 eingegangen sind» wurde das gesohmolsene Roh eisen in eine Oußpfanne alt eine» Tsssangsveraggen von 30 Tonnen bis cu einer Höhe des Flüssigkeitsstand·β der Sohaelie in dem Behäl-

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terkörper von 2000 mm eingegossen, und es wurde ein Zuschlag von Calciumcarbid im Verhältnis von 4 Kilogramm je Tonne geschmolzenen Metalls hinzugegeben. Die Umlaufgeschwindigkeit der Rührstäbe betrug 90 Umdrehungen pro Minute. Es konnte festgestellt werden, daß bei einer Kanten aufweisenden Querschnittsausbildung der Rührstäbe, so beispielsweise bei einer X-förmigen oder Y-förmigen Ausbildung, etwas bessere Entschwefelungsergebnisse erzielt werden als im Falle einer kreisförmigen Quefschnittsausbildung der Rührstäbe, und außerdem zeigte sich auch, daß eine Eintauchtiefe der Riihrstäbe von weniger als einem Drittel der Gesamttiefe der Roheisenschmelze zum Herbeiführen der erwünschten Resultate hinreichend war.

So läßt sich also im Rahmen der Erfindung durch das Einbringen eines Läuterungsmittels, beispielsweise eines Entschwefelungs- oder Entphosphorungsmittels, in die Roheisensehmelze nach deren Eingießen in eine Gußpfanne oder in einen ähnlichen Behälter und während einer Zeitspanne, in weloher in der geschmolzenen Metallmasse noch Strömungen auftreten, der erwünschte Grad der Raffinierung erzielen, wobei lediglich in einem verhältnismäßig flachen Bereich in der Nähe der OberflMihe des geschmolzenen Roheisens mittel« geeigneter Rührvorrichtung«», gerührt bu werden brau oh t. Im Fall einer Roheisensohmelze kann demgemäß eine Entschwefelung oder Entphosphorung des erwünschten Umfange auoh vorgenommen werden, ohne daß «s hierzu vonnöten war·, die geschmolzene Metallmaese bis hinab zum tiefsten feil des Behälters durchzurühren. Es ist demgegenüber lediglich erforderlioh, das geschmolzen« Roheisen im Obtrfläohenbertioh tu rühren, wodurch di· Benutzung tintr Rührvorrichtung von •infaoher Bauweise ermög.ioht und damit di· jtüfw^i; ',gkeit der Anlag·

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wie ebenso auch der für den Betrieb der fiiihreinriohtung benötigte Iieistungsaufwand verringert werden.

-In den Figuren 1 und 2 ist eine mögliche Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Bei dieser Ausfuhrungsform sind Tier Mhrer in Form langgestreckter, senkrecht angeordneter Stäbe 5 von X-förmigem Querschnitt vorgesehen. Diese Stäbe sind mit ihren oberen Enden an der unteren Fläche einer waagerechten Scheibe 4 befestigt ι die somit die Stäbe 5 trägt und mit diesen starr verbunden ist. Diese Rührer erstrecken sich in einer lotrechten Anordnung zur Oberfläche der in dem Behälter 1 befindlichen Masse geschmolzenen Metalls nach unten in die Metallschmelze lediglich bis zu einer Tiefe hinein, die noch zu deren Oberflächenbereich zu rechnen ist und die weniger als ein Drittel der Gesamttiefe der Masse des geschmolzenen Metalle ausmacht. So ist also in Figur 1 eine Masse geschmolzenen Roheisens 2 dargestellt, die mit Hilfe eines Läuterungsmittels 3 raffiniert werden soll, das auf der Oberfläche des geschmolzenen Roheisens schwimmt und das zugegeben wird, nachdem die Roheisensohmelze in den Behälter 1 eingebracht worden ist, der als Gußpfanne ausgebildet sein kann, bei dem es sich aber auch um einen Abstichbehälter eines Hochofens oder um das vordere, untere Teil eines Kupolofens handeln kann, in dem bekanntlich die Metallschmelze zugänglich ist. Die Scheibe 4, welche die Rührer trägt, wird über einen Exzenterantrieb angetrieben, der einen Teil der Rahrvorriohtung dieser Aueführungefora bildet und zu dem ein Kegelradgetriebe θ gehört. Ober dieses Getriebe wird eine Scheibe angetrieben, auf der ein Exzeaterantriebselement in Form einer Platte 7 von einer im wesentlichen dreieckigen Ausbildung mit einem Eckteil zu Exzenterbewegungen betätigbar drehbar gelagert ist,

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wie dies auch in Figur 2 dargestellt ist. Jeweils mit den anderen Eckteilen der Platte 7 in verschwenkbarer Anordnung verbundene und zum Gestatten einer Exzenterbewegung betätigbare Scheiben sind auf beliebigen geeigneten Lagern zu Drehbewegungen um die betreffenden Achsen, die sich in senkrechter Richtung erstrecken, gelagert, so daß diese verhältnismäßig kleinen kreisförmigen Scheiben die Exzenterplatte 7 in einer zu Exzenterdrehbewegungen betätigbaren Anordnung tragen und lediglich eine der kreisförmigen Scheiben über den Antrieb 8 angetrieben zu werden braucht, wie dies aus den Figuren zu ersehen ist. Ein mittleres Teil der dreieckigen, entlang einer exzentrischen Bewegungsbahn geführten Platte trägt in unverrückbarer Anordnung eine Welle 6, die sich senkrecht nach unten zur Oberseite der die Rührer tragenden Scheibe 4 erstreckt, wobei diese Welle 6 an einem mittleren Teil der Scheibe 4 ebenso befestigt ist, wie an einem mittleren Teil der platte 7· Bei diesem Aufbau der Anordnung werden also die Rührer 5 zu Bewegungen entlang geschlossener, exzentrischer Bewegungsbahnen angetrieben, woduroh ein Rühren der Metallschmelze in deren Oberflächenbereich hervorgebracht wird. Natürlioh erfolgen diese Betriebevorgänge wie ebenso auoh die Zugabe des Läuterungsmittels 3 nach dem Eingießen des geschmolzenen Roheisens 2 in den Behälter 1, solange Anteile der geschmolzenen Metallmasse in dem Behälter 1 noch vom Eingießen her in Bewegung sind*

Wenngleich die in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Rührer einen X-förmigen Querschnitt aufweisen, so können auch andere Querschnitt sau sbildungen vorgesehen werden, so beispielsweise eine Y-förmige, rechteokige, dreieokige oder sogar kreisrunde Querschnitte· form, wobei allerdings bei einer Auebildung der Rührer Bit Eokkanten beseere Resultate erzielt werden, worauf im obigen bereit« hingewie-

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sen wurde.

Der Behälter 1 wird von einem Behälterdeckel bedeckt, der in ilgur 1 schematisch wiedergegeben, in Hgur 2 dagegen zur besseren Darstellung der Rührvorrichtung fortgelassen ist. Dieser Behälterdeckel weist eine sich nach unten erstreckende Seitenwandung, die über den oberen Teil des Behälters greift, sowie eine Oberwandung auf, in der eine öffnung vorgesehen ist, die groß genug ist, um der Welle 6 für deren Exzenterbewegung Hau» zu geben. Außerdem sind geeignete Rohre 10 in Brstreckung durch die Seitenwandung des Behälterdeckels in den Raum unterhalb desselben geführt, durch die ein geeignetes Schutzgas oder ein zur Urzeugung einer GasatmoSphäre dienendes Gas in den Behälter und über dessen Inhalt geleitet werden kann. Im Fall der Entschwefelung einer Roheisensohmelze ist das Läuterungsmittel Carbid, Calciumnitrld, caloinierte Soda oder ein ähnliches Mittel, während ein reduzierend wirkendes Gas, wie etwa Kokereigas, Hochofengas und dergleichen als das beim Läuterungevorgang zur Erzeugung einer Gasatmosphäre Über dem Behälterinhalt dienende Schutzgas benutzt wird. Zur Entphosphorung des geschmolzenen Roheisens werden als Läuterungemittel hoohbasische gesinterte Erze, Kalkstein und dergleichen zugesetzt, während es sioh bei den duroh die Rohre 10 einzuleitenden Schutzgas in diesem fall bekanntermaßen um Sauerstoff handelt.

Me trfindungggemäße Einrichtung, b*i der somit ein· Rührbewegung der Vielzahl langgestreckter Rührer lediglich in Oberfläohenbereich der geschmolzenen Metallmaske erfolgt, ist von weit einfacher·» Aufbau und hat einen weit geringeren Leistungebedarf al« dl· bekannten Anordnungen dieser Art.

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Das für die Rührer 5 verwendete Material ist widerstandsfähig, womit Erosionserscheinungen und einer Beeinflussung der Raffini er vorgänge vorgebeugt werden soll. So kann im Pail der Entschwefelung einer Roheisenschmelze ein reduzierend wirkendes Material, beispielsweise ein widerstandsfähiges Material wie Graphit in vorteilhafter Weise für die Rührer eingesetzt werden, und zwar besonders im Hinblick darauf, daß dieses eine hohe thermische Widerstandsfähigkeit aufweist und nicht einer Wärmeschockwirkung unterliegt. Da bei der Entphosphorung von geschmolzenem Roheisen die Rührer mit einer stark basischen Schlacke in Berührung stehen, ist vorgesehen, daß die Rührer in diesem Fall aus einem basischen widerstandsfähigen Material wie beispielsweise Magnesiadolomit bestehen. Da jedoch diese letztgenannten Materialien keine besonders hohe thermische Widerstandsfähigkeit aufweisen und sogar einer Wärmeschockwirkung unterliegen können,, so werden die RiihreT vorzugsweise dadurch verstärkt, daß man sie mit einem graphitähnlichen Material umkleidet, beispielsweise mit einem solchen, wie es im Fall der Entschwefelung von Roheisen für die Rührstäbe Verwendung findet. So ist also in diesem Fall, nämlich bei der Entphosphorung, auf die aus einem basischen, widerstandsfähigen Material wie beispielsweise Magnesiadolomit bestehenden Rührer eine Schioht eines graphitähnlichen Materials aufgebracht.

Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der eigentliche Rührer der Rührvorrichtung in Form eines hohlen zylindrischen Gliedes 13 ausgebildet, dessen Aohse in senkrechter Eretreokung angeordnet ist, wobei dieser zylindrische, hohle Rührer mit einem unteren Endteil senkreoht in eine Mat;se geschmolzenen Roheisens 12 eintaucht, und zwar lediglioh

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bis zu einer Tiefe, die noch zu aeren Oberflächenbereich zu rechnen i-st, und wobei sich diese Roheisenschmelze 12 in einem Behälter 11 befindet. Der von dem hohlen Rührer 13 umgrenzte Raum enthält zumindest einen Teil des auf der Oberfläche des geschmolzenen Roheisens 12 schwimmenden Läuterungsmittels 14· Der zylindrische Rührer 13 ist unverrückbar an einem Plansch, befestigt, der am unteren Ende einer Hohlwelle 15 vorgesehen'ist, die durch einen Antrieb ähnlioh dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten zu Exzenterbewegungen angetrieben wird. Dieser Antrieb weist also eine zu Bewegungen entlang einer exzentrischen Bewegungsbahn geführte Platte 16, die ähnlich der Platte 7 ausgebildet eein kann, und einen Kegelradantrieb 17 auf, der zum Antreiben der einen der drehbaren Scheiben dient, die mit einem Eckteil der Platte 16 an einem Punkt in einem Abstand vom Mittelpunkt der von dem Kegelradantrieb 17 angetriebenen Scheibe in drehbarer Anordnung verbunden ist.

Ein geeignetes Schutzgas wird durch ein Rohr 1Θ in das Innere des Zylinders 13 eingeleitet, so daß es möglich ist, Mnsichtlich der gasförmigen Phase oder Schutzgasatmosphäre innerhalb des Zylinders 13.vorbestimmte Bedingungen einzuhalten. So wird beispielsweise zum Vornehmen einer Entschwefelung ein reduzierend wirkendes Gas wie etwa Kokereigas oder dergleichen durch das Rohr 18 eingeleitet, während im Fall einer Entphosphorung mit einem geeigneten Druck Sauerstoff zugeführt wird.

Bei dieser Au■führungsfο na wird die Roheieinschmelze an dem außerhalb des zylindrischen Rührers 13 befindlichen Teil ihrer Oberfläche duroh die Verbrennung eines geeigneten Oases beheizt, das durch die duroh den Behälterdeckel 19 hindurchgeführten Rohre

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in das Behälterinnere eingeleitet wird. Dieser Behälterdeckel 19 weist einen Aufbau ähnlich dem des Behälterdeckels der Figur 1 auf, wobei gleichfalls in seiner Oberwandung eine öffnung vorgesehen ist, die groß genug ist, um der Exzenterbewegung der Hohlwelle 15 Raum zu lassen, und natürlich bewegt sich dabei das Bohr 18 zusammen mit der Hohlwelle 15» wobei dieses Rohr 18 durch ein biegsames, schlauchartiges Verbindungsteil an die Quelle des Schutzgases angeschlossen ist.

Bei einer weiteren Ausführangsform der Erfindung, die in Figur 4 dargestellt ist» wird das Umrühren der geschmolzenen Metallmasse durch einen einzigen, langgestreckten Rührer 13a bewirkt, der im Querschnitt X-förmig oder erwünechtenfalls auch elliptisch ausgebildet sein kann. Bei dieser Ausführungsform ist der einzig vorgesehene Rührer durch die Öffnung in dem Behälterdeckel in die Hasse der Metallschmelze, auf der das Läuterungsmittel schwimmt, bis zu einer Tiefe eingeführt, die gleichfalls auf den Oberflächenbereich der geschmolzenen Metallmasse beschränkt ist, und der einzige, langgestreckte Rührer 13a wird über einen Antrieb wie beispielsweise die in Figur 4 dargestellte Zahnradübertragung lediglich zu einer Drehbewegung um seine Aohse angetrieben, wobei eine beliebige geeignet« Lagerungsvorrichtung vorgesehen ist, die den Rührer in einer zu axialen Drehbewegungen betätigbaren Anordnung trägt. Der Rührer erstreokt sich somit in diesem Fall nicht lotrecht zur Oberfläohe der Metallschmelze, sondern ist vielmehr in einem Winkel gegen diese geneigt, bei dem es sich nicht um einen rechten Winkel handelt.

Die mit der Aueführungsfora der Figur 4 ersielbare Rührwirkung wird durch den Neigungswinkel des langgestreckten Rührerβ

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und dessen Umlaufgeschwindigkeit bestimmt. Die in Figur 5 wiedergegebenen Kurven stellen die Beziehungen dar, die bei verschiedenen Neigungswinkeln und Umlaufgeschwindigkeiten des Rührers bestehen. Die Kurve A zeigt die Resultate, die bei verschiedenen Neigungswinkeln erzielt wurden, falls der Rührer mit hoher Geschwindigkeit umlief, während die Kurve B die bei verschiedenen Neigungswinkeln bei einer mittleren Umlaufgeschwindigkeit des Rührers erhaltenen Resultate wiedergibt und die Kurve C die Riihrwirkung darstellt, die bei unterschiedlichen Neigungswinkeln des Rührers erzielt wurde, falls dieser mit niederer Geschwindigkeit umlief.

Es sei nun auf Figur 6 Bezug genommen. Die in dieser dargestellte Ausführungeform der Erfindung weist einen Behälter wie beispielsweise die Gußpfanne 26 auf, in der sioh die Hasse des geschmolzenen Metalls 27, bei dem es sich beispielsweise also um Roheisen handeln kann, befindet. Der Behälter 26 wird von einem Bodenglied getragen, das gleichfalls auch in unverrückbarer Anordnung die sich nach oben erstreckenden Ständer oder Säulen 25 und 25' trägt, die an ihren oberen Enden duroh einen oberen Querträger miteinander verbunden sind, an dessen Unterseite geeignete Halterungen vorgesehen sind, welche die zu Drehbewegungen betätigbaren Seilscheiben 30 und 50· tragen. Ein Querholm 2$ erstreckt sioh in horizontaler Anordnung zwischen den Ständern 25 und 25' und weist öffnungen oder Bohrungen auf, duroh die sioh die Ständer hindurcherstrecken, wobei dieser Querholm 29 die an seiner Unterseite befestigten Blöcke 33 und 33· trägt, die gleitbar an den Ständern 25 und 25« angreifen. Kabel oder Seile 31 und 31' oder dergleichen sind an den •äußeren Enden dee Querholme 29- außenseitlloh der Ständer 25 beziehungsweise 25* befestigt und um die 8eilscheiben 50 beziehungsweise

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30' herumgeführt ι so daß diese Kabel zum Anheben oder Absenken des Querholms 29 betätigt werden können. Anstelle einer Seilzuganordnung können zum Anheben und Absenken des Querholms 29 aber auch Torrichtungen wie beispielsweise eine hydraulische Hubvorrichtung Verwendung finden.

Der Querholm 29 trägt einen Elektromotor 32 , der an eine geeignete Stromquelle angeschlossen ist, und dieser Motor treibt über eine geeignete Getriebevorriohtung die Kurbelwelle 34 an, die auf geeigneten Lagerblöcken 35 und 55'> die an dem Querholm 29 befestigt sind und sich von diesem aus nach oben erstrecken, drehbar gelagert ist. In ihrem mittleren Kurbelteil ist die Kurbelwelle 34 mit einer Schubstange 37 gelenkig verbunden, die ihrerseits wiederum bei 38 am oberen Ende eines in senkrechter Richtung verschiebbaren Stößels 3^ angelenkt ist, dessen Achse erwünsch.tenfalls mit der Mittelachse der Gußpfanne 26 zusammenfallen kann. Der Querholm 29 ist mit einer geeigneten öffnung ausgebildet, die eine Buchse oder dergleichen enthält, durch die der Stößel zu senkrecht hin- und hergehenden Bewegungen geführt ist. Das untere Ende des Stößels 36 ist bei 40 und 40' mit zwei Winkelhebeln 39 beziehungsweise 39' gelenkig verbunden, die wiederum im Schnittpunkt ihrer jeweiligen Hebelarme auf Stützarmen 4I beziehungsweise 41' schwenkbar gelagert sind, welche an dem Querholm 29 befestigt sind und sich von diesem nach unten erstrecken. An den Stützarmen 4I und 41* sind für die Winkelhebel 39 und 39' Drehzapfenlager 42 beziehungsweise 42! vorgesehen. Die unteren Enden der Winkelhebel 39 und 39· sind jeweils mit den oberen Enden zweier langgestreckter Rührer 28 beziehungsweise 28' fest verbunden, so daß diese Rührer, die mit einem X-förmigen Querschnitt auegebildet sein können, jeweils Verlängerungen

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derjenigen Arme der "betreffenden Tfiünkelhebel bilden, die si oh von den Schwenkpunkten 42 beziehungsweise 42« nach unten erstrecken.

Bei dieser Ausführungaform gehört also zu der Bohrvorrichtung auch der Kurbeltrieb, der die Mn- und hergerichteten Verschwenkbewegungen der Bohrer 28 und 28' um die Schwenkpunkte 42 beziehungsweise 42· erzeugt, und diese Bahrer 28 und 28' sind in Bezug auf die Achse des Behälters 26 symmetrisch angeordnet. Es ist zu beachten, daß die Rührer 28 auch in diesem Fall, wie dies im Rahmen der Erfindung vorgesehen ist, unter der Oberfläche der geschmolzenen Metallmasse nur wenig in diese hineinragen, so daß der Rührvorgang auf den Oberflächenbereich der Hasse geschmolzenen Metalls beschränkt bleibt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und Gerät ist also vorgesehen, daß die Rührvorrichtung lediglich auf den Bereich in der Nähe der Oberfläche des geschmolzenen Metalls, beispielsweise einer Roheisenschaelze, einwirkt, so daß die Kosten der Einrichtung und der Leistungsaufwand für deren Betrieb verhältnismäßig niedrig sind, obwohl hierbei eine sehr wirksame Raffinierung erzielt wird, die keineswegs durch die Tatsache beeinträchtigt wird, daß lediglich im Oberflächenbereich der Masse der Metallschmelze gerührt wird. Darüber hinaus wird durch die Schutzgasatmosphäre, in welcher der Raffiniervorgang erfolgt, ein leichtes Einhalten vorbestimmter Reaktionebedingungen ermöglicht, da die Umsetzungen im Rahmen des Raffiniervorgangs ja nur im Bereich der Oberfläche der Metallschmelze erfolgen. Außerdem wird auch das Läuterungsmittel voll auegenutzt, da im wesentlichen keine Terluste desselben eintreten können, die auf ein Verspritzen oder aber darauf zurückzuführen wären, daß mit

übersohü salgen

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-Überschüssigen Anteilen des Läuterungsmittels gearbeitet werden muß, die nicht in die Reaktion eingehen.

Ik nachfolgenden werden Beispiel· für die Entschwefelung und Entphosphorung bei Versuchsfahrten mit Boheisenschmelzen im Zusammenhang der Stahlerzeugung gegeben. Das geschmolzene Roheisen wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Gußpfanne verarbeitet. Die Gußpfanne weist bei diesen Ausführungsbeispielen einen Innendurchmesser von 1800 mm sowie eine Tiefe von 2000 mm auf und der flüssigkeitsstand des in dea Behälter befindlichen geschmolzenen Roheisens beläuft sich auf 1800 mm. Die bei jeder Versuchsfahrt in die Gußpfanne chargierte Menge des geschmolzenen Roheisens betrug in allen Ausführungsbeispielen 50 Tonnen.

Ausführungsbeispiel 1

Es wurden mit einer Einrichtung von einem Aufbau entsprechend der Figur 1 Entschwefelungsversuche vorgenommen. Me langgestreckten Rührer hatten eine Länge von 1000 mm, wobei drei Rührer vorgesehen waren, die exzentrisch angetrieben wurden. Die Exzentrizität betrug 50 mm. Die Ergebnisse der Versuchsfahrten sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle

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Tabelle 1 - Versuchsreihe 1 Art und Menge Schwefelgehalt Entschwefe- Dauer der

des Entschwefe- Tor der nach der lungsgrad, Behandlung,

Behänd- Behänd- in $ U/min min

lung, i> lung, <fo

lungsmittels in kg

Carbid, 8 Carbid, l6

CaIciumni trid, 10

0,045 0,009 0,032 0,003 0,028 0,003

80 80 10

91 120 10

90 80 15

Ausführung ab ei spiel 2

Ähnlich· Entschwefelungsversuche wurden auch mit der in Figur 4 dargestellten Einrichtung durchgeführt. Hierbei hatte der Rührer gleichfalls eine Länge von 1000 ma, wobei aber natürlich bei diesen Versuchen nur mit einen Rührer gearbeitet wurde. Die Eintauchtiefe betrug 200 bis 250 mm. Sie Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2 - Versuchsreihe 2

Art und Menge Schwefelgehalt Entsohwe- Dauer der des Entschwefe- vor der nach fβlunge- Neigungs- Behandlungsmittel β Behänd- Behänd- grad in winkel in lung in in kg lung, °/o lung, tfo fi ü/min Grad min

Carbid, 8	0,042	0,010	76	95	25	10
Carbid, 10	0,036	0,004	80	100	20	10
Caloiuanitrid, 20	0,034	0,003	62	100	25	15

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Ausführung ei ip i el Ausführnngsbeispiel 3

Es wurden mit der in Figur 3 dargestellten Biihreinriehtung Entphosphorungsversuche vorgenommen. Die Umdrehungszahl des Bührers belief sich auf 110 U/min und als Entphosphorungsmittel wurden gelöschter Kalk und ein stark basisches, gesintertes Erz der Zusammensetzung t\50$ PeO, 42,7$ Fe₃O₅,- 3»5$ SiO₃, 41»7$ CaO und 11,9$ CaO/SiOp benutzt. Durch eine geeignete Lanze, die sich zur Innenseite des hohlen zylindrischen Eiihrers hin öffnete ,wurde Sauerstoff eingeblasen. Die erzielten Resultate wurden in Form einer graphischen Darstellung zusammengefaßt, wobei die Kurven der Figur 7 erhalten wurden.

Ausführungsbeispiel 4

Die Ergebnisse von Entphosphorungs-Versuchsfahrten unter Benutzung der in Figur 4 gezeigten Einrichtung wurden in einer graphischen Darstellung zusammengefaßt, wobei die Kurven der Figur 8 erhalten wurden. Der Rührer war zu 20 Grad gegen die Senkrechte geneigt und lief mit einer Drehzahl von I30 U/min um, während durch eine geeignete Lanze in den Baum unterhalb des Behälterdeckels Sauerstoff eingeblasen wurde.

Wenngleich in den obigen Au sführungsb ei spielen auf die Entschwefelung und Entphosphorung τοη Boheisensohmelzen Beaug ge nommen wurde, so ist die Erfindung gleichermaßen aber auch zum Baffinieren anderer geschmolzener Metalle, wie beispielsweise Eisenlegierungen, anwendbar und kann außerdem sum Einstellen der Zusam mensetzung τοη Legierungen, wie etwa Eisenlegierungen, Terwendung finden*

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Haffinieren einer Verunreinigungen enthaltenden Metallschmelze,- gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Eingießen» der Metallschmelze in einen Behälter» der Zugabe eines Läuterungsmittels zu der Metallschmelze, das bei Umsetzung mit dieser zum Entfernen zumindest eines Teils der Verunreinigungen aus dieser befähigt ist; und des Bührens der mit dem Läuterungsmittel versetzten Metallschmelze lediglich im Oberflächenbereich der Metallschmelze, wobei die Verfahrensschritte der Zugabe des Läuterungsmittels und des Rührens der Metallschmelze nach dem Eingießen des Metalls in den Behälter während einer Zeitspanne vorgenommen werden, in- der Massenanteile der Metallschmelze in dem Behälter noch in Bewegung sind.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Metallschmelze um eine Boheisenschmelze handelt und die erwähnte Zeitspanne eine Dauer Ton mindestens einer Stunde hat.

   3* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Metallschmelze üb eine Boheisenschmelze und bei dem Läuterungemittel um ein Entachwefelungsmittel handelt.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Metallschmelze u» eine Boheisenschmelze und bei dem Läuterungemittel um ein Entphosphorunge»ittel handelt.

   5. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahreneschritt des ffiihrene der Metallschmelze in deren Oberfläohenbereich in der Metallechaelze bis zu einer Tiefe vorgenommen wird, die sich von deren Oberfläche aus gemessen auf weniger als ein

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   Drittel der Geeamttiefe der Metallschmelze in dem Behälter beläuft.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfah-■ rensschritt des Rührens der Metallschmelze mit Rührern vorgenommen wird, die sich lotrecht zur Oberfläche der Metallschmelze in diese hineinerstrecken.

   7· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Rührens.der Metallschmelze mit einem langgestreckten Rührer vorgenommen wird, der sich durch die Oberfläche der Metallschmelze gegen dieEe Oberfläche in einem Winkel geneigt, bei dem es sich nicht um einen rechten Winkel handelt, in die Metallschmelze hineinerstreckt.

   8. Einrichtung zum Raffinieren einer Metallschmelze, gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme einer Metallschmelze betätigbaren Behälter (l), wobei sich die Oberfläche der Metallschmelze in dem Behälter (l) in einer vorbestimmten Höhe befindet, und eine über dem Behälter (l) angeordnete und sich bis in den Behälter (l) hineinerstrekkende, zum Rühren der in diesem befindlichen Metallschmelze betätigbare Rührvorrichtung (8, 7, 6, 4» 5)> wobei die Rührvorrichtung (8, 7> 6, 4> 5) mindestens einen langgestreckten, sich nach unten in den Behälter (l) bis zu einer Höhe nur wenig unterhalb der vorbestimmten Höhe hineinerstreckenden Rührer (5) aufweist.

   9. Einrichtung'nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühr-

   • vorrichtung (8, 7, 6, 4, 5) einen mit dem Rührer (5) in Betätigungsverbindung stehenden, zum Hervorrufen einer Exzenterbewegung des Rührers (5) betätigbaren Antrieb (8, 7) aufweist.

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   "10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer in Form eines hohlen zylindrischen Gliedes (13) ausgebildet ist, dessen Achse während des Rührvorgangs im wesentlichen lotrecht zur Oberfläche der Metallschmelze angeordnet ist.

   11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührvorrichtung (8, 7, 6, 4, 5) eine Vielzahl langgestreckter Rührer (5) aufweist, die sich lotrecht durch die Oberfläche der Metallschmelze in diese hineinerstrecken.

   12. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühr vorrichtung einen einzigen langgestreckten Rührer (13) aufweist, der sich durch die Oberfläche der Metallschmelze hindurch in einem Winkel gegen diese Oberfläche geneigt, bei dem es sich nicht um einen rechten Winkel handelt, in die Metallschmelze hineinerstreckt.

   13· Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rührer (5) bis zu einer Höhe unterhalb der vorbestimmten Höhe erstreckt, die sich auf weniger als ein Drittel der vorbestimmten Höhe beläuft.

   14. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührvorrichtung einen mit dem Rührer (28) in Betätigungsverbindung stehenden, zum Herbeiführen einer hin- und hergehenden Bewegung des Rührers (28) betätigbaren Kurbeltrieb (34, 37, 36, 39) aufweist.

   15· Einrichtung nach Anspruch 14, daduroh gekennzeichnet, daß mindestens zwei in bezug auf eine Mittelachse dee Behälter« (26) symmetrisch angeordnete Rührer (28, 28») vorgesehen sind und der Kurbeltrieb . (341 37» 36» 39» 39¹) zwei mit den Rührern (28, 28«) betätigungsteil

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   mäßig verbundene , .zu deren hin- und hergerichtetem Verschwenken
   betätigbare Winkelhebel (39, 39')> einen Stößel (36), dessen Achse
   sich mit- der Achse des Behälters (26) deckt und der mit den Winkelhebeln (39» 39') in Betätigungsverbindung steht sowie zu deren Tersohwenken betätigbar ist, eine mit dem Stößel (36) verbundene Schubstange (37) und eine mit der Schubstange (37) verbundene drehbare
   Kurbelwelle (34) aufweist.

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