CS212305B2 - Method of rafination of the melted metal - Google Patents

Description

Vynniez se týká rafinování roztaveného kovu vybraného ze skupiny zaturnijící hořčík, měcá, zinek, cín a olovo a zejména způsobu odstraňování rozpuštěných plynů a nekovových nečistot z roztaveného kovu bez unikání korozivních nebo pro okolí Škodlivých plynů a dýmů·

Roztavený kov před odléváním obsahuje mnoho neččstot, které nejsou odstraněny, vyvolávají vysoké ztráty odpadem při lití nebo jinak jsou příčinou Spatné · jakosti kovu u zhotovených výrobků. Nejvíce nepříjemné neččstoty jsou tvořeny rozpuštěxými plyny a suspendovenými nekovovými částicemi, jako jsou kovové kysličníky a žáruvzdorné částice.

Cílem vynálezu je vfi^v°ořt způsob rafinace kovu řafinačním plynem, který účelně odstraňuje rozpuštěné plyny a jiné nekovové nečistoty z kovu v nepřetržitém postupu při vysokých prosezených mmnostvích kovu. Dosud bylo možno refčnovat tcko\ýfo způsobem pouze hliník.

Podstata způsobu odstraňování rozpuštěných kovů a nekovových neččstot z roztaveného kovu vybraného ze skupiny zalhmující hořčík, měá, zinek, cín a olovo, podle vynálezu spočívá v tom, že se roztavený kov zavádí do rafinačního pásma, nad povrchem roztaveného kovu se udržuje ochranná atmosféra na tlaku vyšším než je tlak atmosférický, do taveniny se zavádí rafinační plyn pod jejím povrchem, refčnační plyn se předelhtívá před jeho zavedením do roztaveného kovu na teplotu, kdy je zamezen tepelný růst bublin v tavenčně, rafinační plyn ee rozdělí na oddělené plynové bubliny, bubliny rafinačního plynu se vedou v oběhových drahách směrem ven s pohybovou složkou směšřjící dolů vůSi místto jejich vstupu do taveniny, spotřebovaný refčnačn plyn sbsιalujíeí rozpuštěné plyny, uvolněné kovem, se odvede, přčČmž se ostatní nekovové nečistoty'shromáždí ve strunkové vrstvě na povrchu roztaveného kovu e rafinovaný roztavený kov se z rafinačního pásma odtáhne.

Pod výrazem rafinační plyn se zde rozumí plyny, jichž se - obvykle používá pro rafinacl hořčíku, médi,- zinku, cínu a olova. Společnou vlastnotí těchto rafinačních plynů je okoonoot, že jsou inertní vůči rafinvvwiému roztavenému kovu. Dává se přednost argonu a dusíku nebo jejich směsím, i když pro vynález jsou vhodné i jiné inertní plyny uvedené v periodické tabulce· Jinými užitečrýfai rafinačními plyny jsou vodík a kysličník uhelnatý, nebo jejich směsi bud- navzájem nebo s inertními plyny periodické tabulky prvků· Třeba poznamenat, že vodík a kysličník uhelnatý jsou poiriitelné v případech, kdy nebudou reagovat s roztaveným kovem, avžak budou reagovat s plynnými nečistotami, například kyslíkem· - Lze rovněž použžt jiiých reaktivních plynů s podobnými vlastnostmi, jako jsou hexttfluorid síry, chlor a halogenované uhlovodíky· Výběr určitého rafinačního plynu se účelně provádí podle vlastností příslušného kovu, který má být rafinován·

Výraz kov se nadále používá pro označení jak čistého kovu, tak i kovových slitin·

Technický účinek podle vynálezu záleží v tom, že se takto poprvé podařilo rafinovat hořčík, mě£, zinek, cín a olovo·

Vynález bude blíže vysvětlen v ^^v^osti s výlaresy·

Obr· 1 znázorňuje v Šikmém průmětu zatřízení na vstřikování plynu pouužtelné pro způsob podle vynálezu· OOr· 2 je průřez zařízením znázorněným v obr· 1· Obr· 3 je v průřezu schématický diagpim výhodné soustavy pro rafinování proudu kovu při kontinuálním postupu podle vynálezu· Obr· 4 a 5 znázornuUÍ jednak v průřezu a jednak v pohledu shora jiné výhodné provedení přístroje vhodného pro rafinacl roztaveného kovu způsobem podle vynálezu·

Zařízení na - vstřikování plynu navržené k provádění způsobu podle vynálezu se vyznačuje svou schopn^sí vstřikovat plyn při vysokých průtočných rychlostech do - roztaveného kovu v podobě diskrétních plynových bublin a tím docííit vysokého stupně rozptýlení plynu v tavenině· Plynové bubliny, které se vytvšářeí, se podél výsledného tokového vektoru, který smítaje radiálně směrem ven a má vůči svislé ose vstřikovacího zařízení složku probíhající směrem dolů· Tyto proudové dráhy -mají různé výhodné účinky· Především se provádí v podstatě svislé promíchávání v celém množte! taveniny, čímž se dosáhne toho, že proud tměřřžící dolů podél zařízení v kombbnaci s otáčivými lopatkami vyvolává další rozdělení plynu do malých diskrétních plynových bublinek· Za druhé zabraňuje rychlé dopravování plynových^ublin od bodu jejich zavádění do taveniny shlukování bublin - v pásmu, kde je koncentrace plynových bublin nejvyšší· Tím se prodlouží doba prodlevy plynu v podobě dobře rozptýlených plynových bublinek v tavenině, jelikož plynové bubliny po vytvoření nestoupej okamžitě k povrchu pod vlivem tíže.

Jiným činitelem, který přispívá k maiímlizaci rozdělení plynu do meaých bublinek a tedy vede k velké hraniční ploěe mezi kovem a plynem, je předehřívání plynu, než vstoupí do taveniny· Takové předehřátí se podle vynálezu provádí tím, že se plyn vede kanálem- probíhajícím po délce zařízení a ponořením do horkého roztaveného kovu· Tím se plyn, původně chladný, předehřeje stykem s horkým., teplo vedoucími stěnami plynového průchodu, čímž se plyn roztáhne dříve, než se rozdělí do plynových bublin· V důsledku toho se značně světSÍ počet bublin vytvořených z daného objemu plynu a v podstatě se zabírání tepelnému zvětšování bublinek v - tavenině·

Kyš se znázorněného vstřikovacího zařízení pouUžje pro vstřikování raf luční ho plynu do roztaveného kovu, nastane značné zlepSení účinnooti rafinačního děje· Kromě toho, že je možno zbavovat -kov plynu při vysokých prosazovaných množte ích,-zajišíuje prudké promíchávání vyvolávané zařízení ve spojení s velkou styčnou plochou mezi kovem a plynem v podobě dobře rozptýlených plynových bublinek účinné odstraňování pevných částicových nečistot suspendovaných v taverně·

Jak je znázorněno na obr. 1 a 2, sestává zařízení na vstřikování plynu z rotoru 1, který je opatřen svislými lopatkami 2 a uváděn v otáčení, například pomocí neznázorněného vzduchového motoru nebo elektrického motoru přes hřídel £· Hřídel 2, který při normálním provozu nepřichází do styku s taveninou, může být zhotoven z oceli, kdežto ostatní zařízení je s výhodou zhotoveno ze žáruvzdorného mattriálu, jako je obchodně dostupný grt?it nebo karbid křemíku, což jsou mattriály, které jsou vůči kovu netečné při pracovních teplotách přicházej jících v úvahu. Hřídel J je od roztaveného kovu odstíněn pláštěm 1, který je pevně připevněn ke statoru 2· Navzájem navěšující vnitřní povrchy 6 a 1 pláště £, popřípadě statoru 2, jakož i navzájem navetuujci vnější plochy 8 a 2 hřídele 2, popřípadě rotoru 1, tvoří prstencový osový průchod 10 pro vstřikovaný plyn.

Ve statoru 5 je vytvořen větší počet svislých kanálů 11.Kornbbnace statoru 2 a rotoru 1 při provozu horní a dolní tokové dráhy roztaveného kovu kolem vstřikovacího zařízení, jak je obecně znázorněno šipkami ££. popřípadě 12.

Horní, toková dráha ££ má hlavní rychlostní vektor, směěřujcí v podstatě směrem dolů, tj. souosý s osou otáčení rotoru 1, čímž je roztavený kov donucován procházet kanály ££· statoru 2» dolní, více lokalizovaná toková dráha, označená šipkami 12, vzniká pod rotorem 1 a směřuje v podstatě vzhůru a kolmo k ose otáčení rotoru 1. VVsledný tok vyvolaný těmito složkami je naznačen šipkami ,14. které ukázní, že roztavený kov je nucené vyimšťován otáčejícími se lopatkami 2 radiálně a směrem dolů od rotoru 1. VVsledný tokový obrazec vyvolává dobře rozdělenou a stennoměrnou dispersi plynu a důkladné promíchání roztaveného kovu uvnitř zpracovávací nádoby.

Retfinační plyn (naznačený šipkou 15), se zavádí do prstencového průchodu 10 při předem určeném tlaku a průtočné ryclhLosti. Plyn vyplní zvonovitou kapsu 12, která tvoří pokračování průchodu 10 a obklopuje čep 17 rotoru 1. Jelikož plyn je dodáván při tlaku větším než je tlak v roztaveném kovu na výšce vyznačené šipkou 18, zabrání plynová kapsa 16 roztavenému kovu, tby nepostupoval nazpět plynovým průchodem a nepřicházel do styku s kovovým hřídelem 1 zařízení na vstřikování plynu. Čep 17 obkLopuje hřídel 2 a je zhotoven z materiálu odolného vůči roztavenému kovu, aby chránil hřídel 2 před porušením roztvveiým kovem. Jak je znázorněno v obr. 2, přenáší se kroutící moment od hřídele 2 na rotor 1 okřídlniým příčiýfa dílem 21, který je našroubován nt hřídel 2· Příčný díl 21 se při sestavování umíítí do dutiny 23 rotoru 1, přičemž dutina 23 má tvar odpioví^í^ , tvaru příčného dílu 21. Potom se dutina 23 utěsní tím, že se čep 17 našroubuje do závitu 24 v rotoru 1 a zatmělí se.

Zavádění rafinačního plynu 15 do prstencového průchodu ,10 nemusí být nutně jedirým prostřsdkee pro dodávání plynu, který má být vstřikován. Jiné provedení vynálezu může zahrnovat dutý hřídel, přičemž průchod 19 probíhá osově hřídelem 1 a je opatřen vellým počtem vývrtů 20. které tvoří spojení s průchodem 10 a plynovou kapsou 16.

Tímto způsobem může být plyn (naznačený ěi^p^k^t^l 15 a 22), dodáván bud průchodem 10 nebo průchodem £2 nebo oběma těmito průchody.

Je důležité, aby chladný plyn (vyznačený ši^i^k^em^ 15 a 25» vystup^ící do vstřikovacího zařízení, byl předehříván při svém průchodu průchodem 12, nebo průchodem 12 a plynovou kapsou ££ tím, že se uvede do styku 8 pláštěm £ a hřídelem 2, které jsou v pK^E^tatě ne teplotě ttveniny. Předehřátý plyn se tlačí mezi lopatky rotoru 1, kde se rozděluje na mea.é diskrétní bublinky střetnutím s lopatkami 2 a a tokem kovu procházejícím kolem lopatek. Nucená cirkulace kovu kolem vstřikovacího zařízení rychle rozptyluje plynové, bubliny, tak jek jsou vytvářeny, ve směru v podstatě podél hlavního rychlostního vektoru toku, naznačeného šipkami 1£. Původní dráha plynových bublin sleduje směr šipek JH. až převládne vztahová síle a způsobí vystupování bublinek k povrchu taveniny.

Výhodné účinky nucené cirkulace kovu kolem vstřikovacího ztřízení zahrnují především vytvoření účirrného mechanismu pro vznik metých plynových bublinek, dálezabránění shlukování bublin v důsledku rozptylování miQých plynových bublinek- téměř současně s jejich vytvářením dále vznik účinné cirkulace kovu a konečně prodloužená doba prodlevy plynových bublin v tavenině vůči sobě, po kterou by zůstaly v tavenině, kdyby na ně působila pouze zemská tíže.

Způsob podle vynálezu může být prováděn jako přetržitý způsob nebo kontinuální způsob, a to za užití rafinační soustavy znázorněné na obr. 3. REďinační soustava sestává z litinového pláště 31, který je udržován na jeho pracovní teplotě obvyklými zahřívacími prostředky, které mohou být umístěny v jímce 22., a je izolován proti 2trátám tepla vnějším žáruvzdorným pláštěm 33. Vvntřní pěvrch pláště 31 je obložen grafieem 34 nebo jirýfa žáruvzdoriým maaeriálem, který je inertní vůči roztavenému kovu a vůči nekovovým nečistotě, které mohou být přítomny. PláŠt 31 je opatřen víkem 36. které spočívá na přírubách 32· Mezi přírubami 22 a víkem 36 je neprodyšné těsnění, které- může být k uvedeným členita přišroubováno nebo jinak připevněno, takže soustava může pracovat bez přístupu vzduchu. Zařízení 35 na vstřikování plynu, v provedení znázorněném na ob]?. 1, je připevněno k víku 36 a probíhá od něho směrem dolů.

Rtafinační plyn - (naznačený šipkou 37) je vstřikován do roztaveného kovu gg plynovým injekoorem 35. Po průchodu roztoverým kovem se plyn shromažďuje v horním prostoru 43 a tvoří pokrývku inertního plynu nad taveninou a odchází vstupním kanálem 40 pro kov do protiproudu k přicházejícímu toku kovu. Volná'průřezová plocha plynového kanálu a tedy tlak v soustavě se regid.ují -hradítkem 49 umístězým v kanálu 40. Inertní plyn v horním prostoru 43. který má nepatrný přetlak, zabraňuje prosakování vzduchu do nádoby.

Vstup kovu . 38 do rafinační soustavy se děje vstupním kanálem 40 pro kov. Uvvltř nádoby je kov 38 skrápěn rovnoměrně rozdělenými malými bublinkami inertního plynu a je promícháván působením otáčejícího se plynového injektoru 35. Plyny rozpuštěné v tavenině difundují do bublinek inertního plynu a jsou jimi odnášeny, když tyto bublinky vystupují taveninou k povrchu 42 taveniny. Velká povrchová plocha jemně rozdělených, popřípadě - rozptýlených plynových bublin slouží také jako účinný dopravní prostředek pro suspendované nekovové částice ke struskové vrstvě 48 na povrchu. 42 taveniny, odkud se mohou odstranit stažením nebo stěrem. Havní celkový cirkulační obrazec vzniklý v roztaveném kovu je schematický znázorněn šipkami 50. Jsou to tyto vynucené tokové dráhy kovu v nádobě, které stále uváddjí čerstvý kov do styku s plynovými bublinkami, které jsou vypouštěny z prostoru mezi rotorem a statorem vstřikovacího zařízení.

Rafinovaný roztavený kov opouutí rafinační nádobu vypouštěcím otvorem £4 umístěiýfa pod povrchem 42 kovu ve stěně 45. Ко v potom prochází jímkou 46 a opot^tí soustavu výpustním žlabem 47 směrem k od-évací stanici. Jímka 46 může obsahovat běžné filtrační prostředí jako je grafit nebo - úlomky žáruvzdorné pevné hmc^o^ty.

Stírání kovového povrchu 42 může být prováděno buď za vyuužtí zvláštní konstrukce rafinační nádoby nebo zastavením příchozího toku kovu do rafinační nádoby, zatímco se udržuje proud inertního plynu 37 plynovým injektorem 35. aby se strjstrná vrstva 48 tlačila do . vstupního žlabu 40, odkud může být odstraněna mechanickými prostředky. Podle jiného provedení může být kovový povrch 42 sbírán ručním nástroeem zavedeným do pláště 31 . vstupním kanálem 40 nebo neznázornětým otvorem ve víku gg.

Rafinační děj není omezen na provádění pouze v jediném rafnnačním pásmu, jak je znázorněno v obr. 3; nádoba může naopak obsahovat větší počet jednotlivých rafinačních oddělení nebo pásem, kterými roztavený kov prochází v sérii. Obr. 4 a 5 tuto alternativu vynálezu.

Rsďinační nádoba 55 znázorněná na obr. 4 . a 5 je zhotovena ze žáruvzdorného meate^^, který je inertní vůči roztavenému kovu, a je izolována proti tepelrým ztráám vysokoteplotními izolačními mateeiály. Je-li zapoořebí, může být nádoba také opatřena neznázorněiými elekt^rckými topnými členy - za účelem komppnzování ztrát tepla. Rafinační nádoba 22 je opatře na krytem £6, který je plynotěsně připojen к nádobě 55 a ponechává bez utěsnění pouze vstupní žlab 57 pro kov. Plynové injektory 59 a ófi., které jsou typu znázorněného v obr. 1, a jejich příslušné pohony 61 a 62 jsou neseny krytem 56. Značky 75 označují inertní plyn vstupující do plynových injektorů 59 a 60 jejich příslušnými vstupními kanály.

Rafinační nádoba 55 jé určena к použití pro kontinuální provoz, tj. roztavený kov je plynule dodáván vstupním žlabem 21 nádoby 22, kov je rafinován plynulým promícháváním a vstřikováním plynu injektory 59 a 60 a rafinovaný kov je plynule odtahován z nádoby výstupním žlabem 58, obr. 5. Na obr. 5 je patrno, že rafinační nádoba 55 je opatřena dvěma rafinačními pásmy 63 a 64 oddělenými přepážkou 62.. Kov nejdříve vetoupí do rafinačního pásma 63. kde se promíchává, tj. uvádí v prudký pohyb, a zkrápí inertním plynem dodávaným plynovým injektorem 22· ^Kov opouští rafinační pásmo 63. a to zčásti přepadem přes horní hranu přepážky 65. a zčásti spodním proudem otvory 66 upravenými v deskové přepážce 62. Kov se dále rafinuje v druhém rafinačním pásmu 64. kde se podobně promíchává a zkrápí inertním plynem dodávaným plynovým injektorem 60. Kov opouští rafinační pásmo 64 přepadem přes deskovou přepážku 67 a vstupuje do výstupního potrubí 68. Výstupní potrubí 68 je zhotoveno ze žáruvzdorného materiálu, například grafitu nebo karbidu křemíku a slouží pro vedení rafinovaného roztaveného kovu z rafinačního pásma 64 do výstupní jímky 69. kde opouští rafinační nádobu vypouštěcím žlabem 58.

Rafinační plyn zaváděný do soustavy prochází roztaveným kovem, shromažďuje se v horním prostoru 74 nad kovem a opouští rafinační nádobu 55 vstupním žlabem 57 nad proudem vstupujícího roztaveného kovu a v protiproudu к tomuto kovu. Tlak v rafinační nádobě 55 může být nastavován zavěšeným hradítkem 73. umístěným ve vstupním žlabu 57 regulací volné průřezové plochy plynového průchodu ve vstupním žlabu 57. Kromě statického těsnění tvořeného krytem 56 je tedy možno vytvořit dynamické plynové těsnění pro rafinační nádobu tím, že se s nádobou 55 pracuje při tlaku poněkud vyšším než je okolní tlak, takže se zabrání vzduchu ve vstupu do nádoby.

Významnou předností soustavy podle vynálezu je okolnost, že snadno lze nastavit dodávání rafinačního plynu v množství požadovaném pro různé kovy a že rychlost rafinování může být ve velmi širokém rozsahu přizpůsobeném rozsahu rychlosti odlévání. Požadavek na určitý rafinační plyn, který je obvykle vyjádřen jako objem plynu při normální teplotě a tlaku na hmotnostní jednotku zpracovávaného kovu, je funkcí složení slitiny a stupně čistoty požadované u hotového výrobku. Rychlost proudění kovu rafinační soustavou může být ovládána rychlostí odlévání, tj. typem použitého licího stroje a počtem ingotů současně z rafinovaného kovu odlévaných.

V následujícím bude ilustrován vhodný způsob, kterým lze nastavit pracovní podmínky v soustavě v závislosti na určité slitině určené pro rafinaci a na žádané rychlosti rafinace podle vynálezu.

Nejdříve se vypočte průtočná rychlost rafinačního plynu pro každé vstřikovací zařízení z následujícího vzorce:

V = W . C/N (1) kde se rovná

V rychlost proudění rafinačního plynu zařízením (v m^/min); W průtočná rychlost kovu nebo rafinační rychlost (kg/min); C požadované množství určitého rafinačního plynu (m^/kg kovu); N počet zařízení na vstřikování plynu v soustavě.

Požadované množství C určitého rafinačního plynu se zjistí experimentálně nebo pro účely spuštění provozu může být odhadnuto na základě množství rafinačních plynů použitých pro rafinování daného kovu v běžné praxi,

Po určení nutné průtokové rychlosti plynu vstřikovacím zařízením se . určí rychLost otáčení rotoru v soulhLasu s následujícím vzorcem:

R = (7,62 + 673 + 2,1 r²)/d (2) kde se rovná

R rychlost otáčení rotoru (ot/min);

V rychLost proudění plynu zařízením vypočtená ze vzorce (1), (m^/min); , r poměr minimálního průřezového rozměru rafinačního pásma kolem rotoru k průměru rotoru (vypočteno za použití stejných jednotek) - například v rafinační soustavě znázorněné na obr. 5 je nejmenší průřezový rozměr rafinačního pásma 63 ten msnší ze dvou ' rozměrů, označených šipkami 19, a 21;

d průměr rotoru v metrech.

Tento vzorec dává přibližnou hodnotu otáček za minutu pro rotor^která zajištuje uspokojivé rozptýlení rafinačního plynu a dobré promíchávání kovové lázně při většině pracovních podmínek. Ze vzore· lze snadno - seznat, že rychlost rotoru se musí zvětšovat při zvyšování průtokových rychlostí rafinačního plynu. .

Avšak je zapotřebí upozornit na to, že je možné'pracovat se zařízením při značně nižších rychlostech než jsou ryclh.08ti stanovené shora uvedeným vzorcem, nebol optimální rychlost je' především dána ' žádaným stupněm rafinace.

Claims (1)

1. Způsob rafinace roztaveného kovu, vybraného ze skupiny zahrnující hořčík, měň, zinek, cín a olovo, vyzn^čujcí se tím, že se roztavený kov zavádí do rafinačního pásma, nad povrchem roztaveného kovu se udržuje ochranná at^^íéra na tlaku vyšším než je tlak atm^o^í^f^rický, do taveniny se zavádí rafinační plyn pod jejím povrchem, rafinační plyn se předehřívá před jeho zavedením do roztaveného kovu na teplotu, kdy je zamezen tepelný růst bublin v tavenině, rafinační plyn se rozdělí na oddělené plynové bubliny, bubliny rafinačního plynu se vedou v oběhových drahách směrem ven s pohybovou složkou směř^jcí dolů vůči místům jejich vstupu do taveniny, spotřebovaný -rafinační plyn ^βιΟ^^ί rozpuštěné plyny, uvolněné kovem, se odvede, přičemž se ostatní nekovové nečistoty shromáždí ve struskové vrstvě na povrchu roztaveného kovu a rafnnovaný roztavený kov se z rafinačního pásma odtáhn·.