CS212745B2 - Externally heated cast iron vessel for reactive molten aluminum and method of manufacturing same - Google Patents

Externally heated cast iron vessel for reactive molten aluminum and method of manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
CS212745B2
CS212745B2 CS752316A CS231675A CS212745B2 CS 212745 B2 CS212745 B2 CS 212745B2 CS 752316 A CS752316 A CS 752316A CS 231675 A CS231675 A CS 231675A CS 212745 B2 CS212745 B2 CS 212745B2
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
cast iron
vessel
lining
aluminum
molten aluminum
Prior art date
Application number
CS752316A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Andrew G Szekely
Original Assignee
Union Carbide Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/536,954 external-priority patent/US3980742A/en
Application filed by Union Carbide Corp filed Critical Union Carbide Corp
Publication of CS212745B2 publication Critical patent/CS212745B2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
    • C22B21/0084Obtaining aluminium melting and handling molten aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08Details specially adapted for crucible or pot furnaces
    • F27B14/10Crucibles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/0003Linings or walls
    • F27D1/0006Linings or walls formed from bricks or layers with a particular composition or specific characteristics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/16Making or repairing linings ; Increasing the durability of linings; Breaking away linings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08Details specially adapted for crucible or pot furnaces
    • F27B14/14Arrangements of heating devices
    • F27B14/143Heating of the crucible by convection of combustion gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/161Introducing a fluid jet or current into the charge through a porous element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/166Introducing a fluid jet or current into the charge the fluid being a treatment gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)

Abstract

1498198 Metallurgical vessels UNION CARBIDE CORP 19 March 1975 [23 Dec 1974] 11345/75 Heading F4B A metallurgical vessel having a cast iron shell 31 is protect against attack by the molten metal contained in the vessel by lining the inside of the shell with self-supporting refractory plates 45, which are inert to the molten metal and arranged to be free to move relative to each other and to the shell upon thermal expansion, the molten metal being permitted to penetrate behind the lining through joints opened by the expansion to combine with the iron of the shell and form a solid refractory layer which prevents further contact between the molten metal and the cast iron shell. The molten metal may be aluminium or an alloy of it, and the refractory layer formed consists of FeAl 3 or Fe 3 SiAl 12 if the alloy or cast iron contains silicon. If the cast iron contains chromium a solid phase CrAl 7 may be formed. The refractory plates may be of graphite, or silicon carbide or some of each of these materials.

Description

Vynález se týká zvenčí zahřívané litinové nádoby pro reaktivní roztavený hliník s obložením sestávajícím z vnější a vnitřní vrstvy, přičemž vnější vrstva obložení sestává ze žáruvzdorných desek, které jsou inertní vůči roztavenému kovu a vymezují spoje, otvírající se tepelným roztažením, a záleží . v tom, že se nádoba naplní roztaveným hliníkem, teplota nádoby se udržuje v rozmezí 655 °C až 750· °C a roztavený hliník se nechá vniknout za vnější vrstvu spoji otevřenými tepelným roztažením.The invention relates to an externally heated cast iron vessel for reactive molten aluminum with a lining consisting of an outer and an inner layer, the outer lining layer consisting of refractory plates which are inert to the molten metal and define the joints opening by thermal expansion and matter. in that the vessel is filled with molten aluminum, the vessel temperature is maintained in the range of 655 ° C to 750 ° C, and the molten aluminum is allowed to penetrate the outer layer of the joint by open thermal expansion.

Vynález tím umožňuje, aby zvenčí zahřívaná litinová nádoba měla daleko větší životnost v provozu, než jak bylo dosažitelné u dosavadního stavu techniky. Roztavený kov · v nádobě není znečišťován litinovým pláštěm. Kov v nádobě může být ve vířivém proudění, aniž by vyvolal poškození ochranné vrstvy. A konečně je převod tepla stěnou nádoby usnadněn, jelikož všechny tři složky stěny nádoby, totiž litinový plášť, intermetalická vrstva a grafitové obložení, jsou vesměs dobrými vodiči tepla.The invention thus enables an externally heated cast iron vessel to have a much longer service life than is achievable in the prior art. The molten metal in the vessel is not contaminated with a cast iron jacket. The metal in the vessel may be in a swirling flow without causing damage to the protective layer. Finally, the transfer of heat through the vessel wall is facilitated since all three components of the vessel wall, namely the cast iron sheath, the intermetallic layer and the graphite lining, are generally good heat conductors.

oO

O f ’...... 'About '......'

Vynález se týká zvenčí zahřívané litinové nádoby pro reaktivní roztavený hliník s obložením, sestávajícím z vnější a vnitřní vrstvy, přičemž vnější vrstva obložení sestává ze žáruvzdorných desek, které jsou inertní vůči roztavenému kovu a vymezují spoje, otvírající se tepelným roztažením; vynález se dále týká i způsobu výroby takovéto nádoby.The invention relates to an externally heated cast iron vessel for reactive molten aluminum with a lining consisting of an outer and an inner layer, the outer lining layer consisting of refractory plates which are inert to the molten metal and define joints opened by thermal expansion; the invention further relates to a method of manufacturing such a container.

Při rafinaci roztaveného hliníku a jiných reaktivních kovů, je často výhodné použít nádoby, která je zahřívána zvenčí. Nádoby z litiny jsou výhodné z toho důvodu, že mají vysokou tepelnou vodivost, mohou být odlévány v jakémkoliv žádaném tvaru a mají poměrně nízký koeficient tepelné roztažnosti. Avšak u litiny se vyskytuje ten problém, že je korodována roztaveným ' hliníkem. Odborníkům je velmi dobře známo, že hliník v jeho· roztaveném stavu je silným rozpouštědlem, a že proto je třeba pečlivě vybírat materiály, se kterými přijde do styku při různých zpracovávacích krocích, jako je tavení, uvádění do slitiny, odplynování, přidávání tavidla, filtrace, přemístění a odlévání. Nevhodná volba takového· materiálu může vyvolat znečištění taveniny redukcí nebo rozpuštěním nádržky, a může vyvolat i narušení nádoby. Proto · je obvyklou praxí povlékat ty předměty vyrobené z litiny, které mají být používány ve styku s roztaveným hliníkem, například nátěrem bauxitových kalů z výroby hliníku, křemičitanem zirkoničitým, slídou, kysličníkem železa nebo kysličníkem titaničitým. K nátěru bauxitových kalů lze přidat křemičitan sodný, aby se zlepšila přilnavost k litině. Takové povlaky se obvykle nanášejí kartáčem nebo nastříkáním na ty · části litiny, které přicházejí do styku s taveninou.When refining molten aluminum and other reactive metals, it is often advantageous to use a vessel that is heated from the outside. Cast iron containers are advantageous because they have high thermal conductivity, can be cast in any desired shape and have a relatively low coefficient of thermal expansion. However, cast iron has the problem of being corroded by molten aluminum. It is well known to those skilled in the art that aluminum in its molten state is a strong solvent, and that it is therefore necessary to carefully select the materials it will come into contact with during various processing steps such as melting, alloying, degassing, fluxing, filtration , relocation and casting. Inappropriate selection of such a material can cause contamination of the melt by reducing or dissolving the reservoir, and can also disturb the vessel. Therefore, it is common practice to coat those cast iron articles to be used in contact with molten aluminum, for example by coating aluminum bauxite sludge, zirconium silicate, mica, iron oxide or titanium dioxide. Sodium silicate may be added to the coating of bauxite sludge to improve adhesion to cast iron. Such coatings are usually applied by brushing or spraying onto those parts of the cast iron that come into contact with the melt.

Avšak tyto povlaky se snadno opotřebovávají. Dosud nebyl uspokojivě vyřešen problém omezené životnosti zvenčí zahřívaných litinových nádob, jichž se užívá pro· roztavený hliník.However, these coatings are easy to wear. The problem of limited service life of heated cast iron containers used for molten aluminum has not been satisfactorily solved.

Účelem vynálezu proto je vytvořit zvenčí zahřívanou litinovou, nádobu, která má větší životnost a je schopna udržet reaktivní roztavený hliník, aniž by se roztavený hliník znečistil.It is therefore an object of the present invention to provide an outside heated cast iron container that has a longer service life and is capable of retaining reactive molten aluminum without contaminating the molten aluminum.

Kromě toho je účelem vynálezu vytvořit způsob výroby zvenčí zahřívané litinové nádobky trvale použitelné pro reaktivní roztavený hliník, mající · dlouhou životnost a vyvolávající minimální znečištění roztaveného kovu železem.In addition, it is an object of the present invention to provide a process for producing an externally heated cast iron container permanently usable for reactive molten aluminum having a long service life and causing minimal iron contamination of the molten metal.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že vnitřní vrstva obložení sestává z pevné · slitiny železa a uvedeného kovu, totiž z FeAls.The essence of the invention is that the inner lining layer consists of a solid iron alloy of said metal, namely FeAls.

Jelikož nádoba je určena k použití pro roztavený hliník, sestává s· výhodou z šedé litiny, obsahující hmotnostně 0,2 až 1,5 °/o chrómu a obložení je s výhodou provedeno z většího počtu samonosných grafitových desek.Since the container is intended for use with molten aluminum, it preferably consists of gray cast iron containing 0.2 to 1.5% by weight of chromium and the lining is preferably made of a plurality of self-supporting graphite plates.

Podstata způsobu podle vynálezu pro výrobu shora uvedené nádoby spočívá v tom, že se nádoba naplní roztaveným hliníkem, teplota nádoby se udržuje v rozmezí 655 °C až 750 °C a roztavený hliník se nechá vniknout za vnější vrstvu spoji otevřenými tepelným roztažením.The process according to the invention for the production of the aforementioned vessel is characterized in that the vessel is filled with molten aluminum, the temperature of the vessel is maintained between 655 ° C and 750 ° C, and the molten aluminum is allowed to penetrate the outer layer by joints by open thermal expansion.

I když, jak nádoba tak i postup podle vynálezu jsou zvlášť vhodné v případě, že roztavený kov sestává z hliníku, je vynález také použitelný pro jiné reaktivní roztavené kovy, například zinek, · cín a olovo. Pod označením „hliník“ může být také míněna slitina hliníku stejně tak jako čistý hliník.Although both the vessel and the process of the invention are particularly useful when the molten metal consists of aluminum, the invention is also applicable to other reactive molten metals, for example zinc, tin and lead. The term "aluminum" can also be understood to mean an aluminum alloy as well as pure aluminum.

Označení „desky“, jak se používá v popisu, není omezeno na ploché desky, například z grafitu, avšak zahrnuje opracované nebo odlévané útvary z jakéhokoliv žáruvzdorného materiálu, který je inertní vůči roztavenému kovu. Označením „deska“ má být také struktura obložení odlišena od jednolité nebo jednotné struktury.The term "plates" as used in the description is not limited to flat plates, such as graphite, but includes machined or casted shapes of any refractory material inert to the molten metal. The designation 'plate' should also distinguish the lining structure from a single or uniform structure.

Na rozdíl od dosavadního stavu techniky zahájí prosakování reaktivního hliníku k litinovému povrchu proces, který za řízených podmínek definitivně · zabrání korozi litiny roztaveným hliníkem a tak vede k dlouhé životnosti nádoby.In contrast to the prior art, the leakage of reactive aluminum to the cast iron surface initiates a process which, under controlled conditions, definitively prevents corrosion of the cast iron by molten aluminum and thus leads to a long service life of the vessel.

Další napadení litinového povrchu je také zamezeno přítomností intermetalické fáze FeA13 bohaté na železo.Further attack on the cast iron surface is also prevented by the presence of an iron-rich intermetallic phase FeA13.

Nádoba podle vynálezu má tedy četné přednosti. Především vynález umožňuje, aby zvenčí zahřívaná litinová nádoba měla daleko větší životnost v provozu než jak bylo· dosažitelné · u dosavadního stavu techniky. Roztavený kov v nádobě není znečišťován litinovým pláštěm. Kov v nádobě může být ve vířivém proudění, aniž by vyvolal poškození ochranné vrstvy. A konečně je převod tepla · · stěnou · nádoby usnadněn, · jelikož všechny tři složky stěny nádoby, totiž litinový plášť, intermetalická vrstva a grafitové obložení, jsou vesměs dobrými vodiči tepla.The container according to the invention thus has numerous advantages. In particular, the invention allows an externally heated cast iron vessel to have a much longer service life than was achievable in the prior art. The molten metal in the vessel is not contaminated with a cast iron jacket. The metal in the vessel may be in a swirling flow without causing damage to the protective layer. Finally, the heat transfer · through the wall of the vessel is facilitated, since all three components of the vessel wall, namely the cast iron sheath, the intermetallic layer and the graphite lining, are generally good heat conductors.

Vynález je schematicky znázorněn na přiložených výkresech, kde obr. 1 je schematický nárys průřezu nádoby pro· roztavený · hliník. Obr. · 2 je pohled shora na průřez dvoukomorovou nádobou pro rafinaci hliníku podle dalšího výhodného provedení vynálezu. Obr. 3 je schematický nárys průřezu podle čáry 3—3 v obr. 2. Obr. 4 znázorňuje schematicky ve zvětšení stěnu nádoby podle provedení v obr. 1 nebo v obr. 2 a ukazuje žáruvzdornou vrstvu vytvořenou mezi grafitovým obložením a litinovým pláštěm.The invention is shown schematically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a molten aluminum vessel. Giant. 2 is a top cross-sectional view of a two-chamber aluminum refining container according to another preferred embodiment of the invention. Giant. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line 3--3 of FIG. 2. FIG. 4 schematically shows an enlarged wall of a container according to the embodiment of FIG. 1 or FIG. 2 and shows a refractory layer formed between a graphite lining and a cast iron jacket.

Na · obr. 1 je znázorněna soustava pro· rafinaci hliníku. Nádoba podle obr. 1 má litinový plášť 31, který je udržován na pracovní teplotě obvyklými zahřívacími pomůckami · umístěnými v meziprostoru 32, a dále vnější žáruvzdorný plášť · 33 pro ·isolaci proti tepelným ztrátám. Vnitřní povrch litinového· pláště 31 je obložen grafitem 34 nebo jiným žáruvzdorným materiálem, který je inertní vůči roztavenému hliníku. Plášť 31 je opatřen víkem 36, které spočívá na přírubě 39. Kov 38 vstupuje do nádoby vpouštěcím kanálem 40. Uvnitř nádoby je rozstřikován kov 38 a uváděn do pohybu působením inertního plynu vstřikovaného do· taveniny rotu jícím plynovým injektorem 35. Šipky 50 znázorňují celkový obrazec oběhu roztaveného hliníku v nádobě, jak je vyvoláván rotujícím plynovým injektorem. Rafinovaný roztavený kov 38 opouští nádobu vypouštěcím kanálem 44 umístěným pod povrchem 42 kovu 38 ve stěně 45. Kov 38 prochází mezi prostorem . 48 a opouští ' rafinační soustavu vypouštěcím žlabem 47 ' k odlévácí stanici. ' Grafitové obložení 34 ’ sestává podle vynálezu z většího počtu grafitových . desek, které ’ po zahřátí na pracovní teplotu budou ' ’ mít mezi sebou dostatek místa, aby kov 38 mohl proniknout za desky ’ a vytvořit tenký film roztaveného hliníku, který po uvedení do· styku s litinovým pláštěm 31 · vytvoří neznázorněnou vrstvu FeAb, jak bude níže popsáno.FIG. 1 shows an aluminum refining system. The container of FIG. 1 has a cast iron jacket 31 which is maintained at the operating temperature by conventional heating aids located in the interspace 32, and an outer refractory jacket 33 for insulation against heat loss. The inner surface of the cast iron housing 31 is lined with graphite 34 or other refractory material that is inert to molten aluminum. The housing 31 is provided with a lid 36 resting on the flange 39. The metal 38 enters the vessel through the inlet channel 40. Inside the vessel, metal 38 is sprayed and moved by the inert gas injected into the melt by a rotating gas injector 35. The arrows 50 show the overall pattern circulating molten aluminum in the vessel as induced by the rotating gas injector. The refined molten metal 38 exits the vessel through the discharge channel 44 located below the metal surface 42 in the wall 45. The metal 38 extends between the space. 48 and leaves the refining system through the discharge trough 47 'to the casting station. The graphite lining 34 comprises a plurality of graphite lining according to the invention. plates which, when heated to working temperature, will have enough space between them to allow metal 38 to penetrate behind the plates and form a thin film of molten aluminum which, upon contact with the cast iron shell 31, forms an FeAb (not shown) as will be described below.

Obr. 2 a 3 znázorňují dvoukomorovou nádobu sestávající z litinového pláště 51, obloženého na vnitřní straně větším počtem grafitových desek 52 a desek 56 z karbidu křemíku. Oddělené desky tvoří dno a postranice obložení. Vnější strana litinového pláště 51 je obklopena zahřívací komorou 53, která může obsahovat jakékoliv běžné otáčecí · ústrojí, například .elektrické spirály. Zahřívací komora 53 je zase obklopena žáruvzdornou isolací 54. Přepážka 55, která komory navzájem odděluje, sestává také z grafitové desky. Směs proudění roztaveného hliníku je naznačen šipkami, z nichž špika 60 znázorňuje vstupní úsek a šipka · 61 výstup z meziprostoru 62, který je s výhodou vytvořen z většího· počtu desek 56 a 57 z karbidu křemíku. Ve víku 65 nádoby jsou uloženy rotující plynové injektory 63 a 64. Zpětná trubka 68 pro kov je také z grafitu.Giant. 2 and 3 show a two-chamber vessel consisting of a cast iron housing 51 lined on the inside with a plurality of graphite plates 52 and silicon carbide plates 56. Separate panels form the bottom and side panels of the lining. The outside of the cast iron housing 51 is surrounded by a heating chamber 53, which may comprise any conventional rotating means, for example an electric spiral. The heating chamber 53 is in turn surrounded by refractory insulation 54. The partition 55, which separates the chambers from each other, also consists of a graphite plate. The molten aluminum flow mixture is indicated by arrows, of which the apex 60 shows the inlet section and the arrow 61 the exit of the interspace 62, which is preferably formed of a plurality of silicon carbide plates 56 and 57. Rotating gas injectors 63 and 64 are housed in the container lid 65. The metal return pipe 68 is also graphite.

Obr. 4 znázorňuje schematicky ve zvětšeném měřítku úsek stěny buď v provedení podle obr. 1 nebo podle obr. · 2 a ukazuje litinový plášť 72, grafitovou desku 71 a mezi nimi žáruvzdorné obložení tvořené filmem z roztaveného hliníku, nasyceného železem a obsahujícího sraženou fázi FeAb, označenou značkou 74, která pokrývá povrch litinového pláště 72. Na obr. 1 a 2 nemůže být tato vrstva v důsledku jejich menšího měřítka znázorněna.Giant. 4 schematically shows an enlarged section of a wall in either the embodiment of FIG. 1 or FIG. 2 and shows a cast iron sheath 72, a graphite plate 71 and a refractory lining comprising a molten iron-saturated aluminum film comprising a precipitated FeAb phase, 1 and 2, due to their smaller scale, this layer cannot be shown in FIGS. 1 and 2.

Při sestavování nádoby se grafitové desky umístí do litinového pláště 31 při teplotě místnosti a co nejtěsněji se usadí k sobě navzájem a také ke stěně litinového pláště 31. Po· sestavení grafitových desek se všechny trhliny nebo mezery mezi deskami k sobě dosedajícími zatmělí grafitovým tmelem. Když však se nádoba zahřeje na zamýšlenou pracovní teplotu (kolem 700°C pro hliník), tyto spoje se otevřou v důsledku rozdílu tepelné roztažnosti mezi litinou a grafitem, takže při zavedení roztaveného hliníku do nádoby vnikne tento hliník uvedenými rozsedlinami do obložení a vyplní prostor mezi obložením a pláštěm. Po zahřátí z teploty místnosti na 7θ0· °C se grafit roztáhne pouze asi o 12 % roztažení železa podél zrna a asi 27 % roztažení železa napříč zrna. Kromě grafitových desek lze také užít desek z karbidu křemíku nebo předem odlitých tvarů z kteréhokoliv z těchto materiálů. Tyto desky mohou být jednoduše přiríznuty, · aby mohly přesně do pláště zapadnout, nebo mohou být opatřeny klínem nebo drážkou za účelem vzájemného záběru.When assembling the vessel, the graphite plates are placed in the cast iron housing 31 at room temperature and seated as closely as possible to each other and also to the wall of the cast iron housing 31. After assembling the graphite plates, all cracks or gaps between the plates are interlaced with graphite sealant. However, when the vessel is heated to its intended operating temperature (about 700 ° C for aluminum), these joints open due to the thermal expansion difference between cast iron and graphite, so that when molten aluminum is introduced into the vessel, this aluminum enters the crevices into the lining and fills the space between lining and cladding. When heated from room temperature to 7 ° C · 0 ° C, the graphite only expands by about 12% iron stretching along the grain and about 27% iron stretching across the grain. In addition to graphite plates, silicon carbide plates or pre-cast shapes of any of these materials may also be used. These plates can be simply cut to fit exactly into the housing, or they can be provided with a wedge or groove for engagement with each other.

Nádoba se s výhodou zahřeje na žádanou pracovní teplotu (například na teplotu roztaveného hliníku) · · dříve, . než se · hliník ·do · nádóby zavede. Při · zahřívání nádoby se · roztahuje litinový · plášť, · jakož · · i · desky, . · které tvoří inertní obložení. · Tepelné roztahování obložení není omezeno, · to znamená, že desky · se mohou pohybovat · vole vůči sobě, jakož i vůči povrchu litiny. Roztahující se· složky obložení mohou se pohybovat podél svých spojů nebo dosedajících · povrchů, tj. podél čar předem určených konstrukcí. Tato volnost pohybu a vyšší tepelná roztažnost litiny zabrání tomu, aby se v obložení vytvářely nahodilé trhliny v jiných místech než na spojích nebo na dosedajících plochách desek při tepelném roztahování nádoby.The vessel is preferably heated to the desired operating temperature (e.g., the temperature of the molten aluminum). before the aluminum is introduced into the container. As the vessel heats up, the cast iron casing expands as well as the plates. · Which form an inert lining. The thermal expansion of the lining is not limited, i.e. the plates can move freely relative to each other and to the cast iron surface. The expanding lining components may move along their joints or abutting surfaces, i.e. along the lines of predetermined structures. This freedom of movement and the higher thermal expansion of cast iron will prevent random cracks in the lining from occurring at locations other than the joints or the abutting surfaces of the plates when the vessel is thermally expanded.

Velmi nepatrné množství roztaveného hliníku · zavedeného do zahřáté nádoby může přijít do styku s litinovým povrchem v důsledku proniknutí skrze rozsedliny, otevřené podél spojů deskového obložení v důsledku tepelného roztažení. Šířka těchto· rozsedlin může být při instalaci obložení při teplotě místnosti snížena na nejnižší míru tím, že se desky obložení navzájem · přizpůsobí co nejpřesněji. V případě grafitových desek je výhodné slabé nanesení grafitového tmelu na dosedající povrchy, aby se vytvořilo těsnější lícování. Snížení mezer mezi deskami však nesmí jít tak daleko, aby se zabránilo jejich vzájemnému pohybu. Účelem snížení mezer mezi deskami je zabránit tomu, aby rozsedliny na spojích se při tepelném roztažení příliš rozšířily.A very small amount of molten aluminum introduced into the heated vessel may come into contact with the cast iron surface due to penetration through clefts, open along the joints of the panel lining due to thermal expansion. The width of these clefts can be reduced to a minimum when installing the lining at room temperature by adapting the lining plates as closely as possible. In the case of graphite plates, it is preferable to apply graphite sealant slightly to abutting surfaces in order to create a closer fit. However, the reduction of the gaps between the plates must not go as far as to prevent their mutual movement. The purpose of reducing the gaps between the plates is to prevent the joints from spreading too much during thermal expansion.

Když roztavený hliník za · obložením vejde do styku s litinovým povrchem, rozpustí trochu · železa z · litinové hmoty. Jelikož objem hliníku, který pronikne za dobře lícující obložení, je velmi nepatrný ve srovnání se styčnou plochou vůči litině, rozpustí se železo na jakýsi tenký roztavený hliníkový film, vložený mezi zvenčí zahřívanou železnou stěnou a inertním grafitovým obložením. Vysoká teplota a velikost styčné plochy mezi litinovým pláštěm a hliníkem podporuje rychlé rozpouštění litiny, až se dosáhne meze nasycení. Koncentrace železa v hliníku při nasycení je funkcí teploty a složení hliníkové slitiny. U čistého hliníku se koncentrace železa při nasycení dá přibližně vyjádřit následující rovnicí, která platí pro teplotní rozmezí 655 °C až 750· °C, se kterým se normálně v praxi setkáváme:When molten aluminum comes into contact with the cast iron surface behind the lining, it dissolves some iron from the cast iron mass. Since the volume of aluminum that penetrates behind the well-fitting lining is very small compared to the cast iron interface, the iron dissolves into a thin molten aluminum film interposed between an outside heated iron wall and an inert graphite lining. The high temperature and contact area between the cast iron shell and the aluminum promotes rapid dissolution of the cast iron until the saturation limit is reached. The concentration of iron in aluminum at saturation is a function of the temperature and composition of the aluminum alloy. For pure aluminum, the iron saturation concentration can be approximately expressed by the following equation, which applies to the temperature range of 655 ° C to 750 ° C, which we normally encounter in practice:

c = -13,,8 + 0,024 Xt, kde c = hmotnostní koncentrace železa v hliníku v % t = teplota hliníku ve °C.c = -13.8.8 + 0.024 Xt, where c = weight concentration of iron in aluminum in% t = aluminum temperature in ° C.

Z této rovnice lze vypočítat, že při 700 °C bude koncentrace železa, které se rozpustí v hliníku, pouze asi 3 ' %. To znamená, že poměrné malé množství železa může vyvolat nasycení ve filmu roztaveného hliníku. Při této nasycené koncentraci se vysráží intermetalická pevná fáze, odpovídající stechiometrlckému vzorci FeAls. Tato fáze železo-hliník . je stabilní až do rozkladové teploty 1160 °C,. a jelikož to je fáze bohatá na železo, začne se vytvářet na . litinovém povrchu nebo v jeho sousedství. Srážení fáze FeAls pokračuje, až celá vrstva hliníku, uzavřená za inertní obložení, dosáhne stavu nasycení. V tomto- bodě se dosáhne rovnovážného stavu; nerozpouští se již žádné další železo a nevytváří se již žádná další fáze · FeAh.From this equation, it can be calculated that at 700 ° C the concentration of iron to be dissolved in aluminum will be only about 3%. That is, a relatively small amount of iron can cause saturation in the molten aluminum film. At this saturated concentration, an intermetallic solid phase corresponding to the stoichiometric formula FeAls precipitates. This phase of iron-aluminum. is stable up to a decomposition temperature of 1160 ° C. and since it is a phase rich in iron, it begins to form on. a cast-iron surface or adjacent to it. The precipitation of the FeAls phase continues until the entire aluminum layer enclosed by the inert lining reaches the saturation state. At this point an equilibrium state is reached; no more iron is dissolved and no more FeAh is formed.

Změna v tomto rovnovážném stavu je možná pouze tehdy, jestliže koncentrace železa v hliníkovém filmu klesne pod danou mez. To se může stát například v případě, jestliže rozpuštěné železo unikne z hliníkové vrstvy, nasycené železem, . difusí rozsedlinami v obložení. .Kdyby to· nastalo, pak fáze FeAh sehraje vyplachovací .úlohu tím, že · přejde do · ·. roztoku . za účelem opětného zřízení rovnovážného stavu. V · celkové rozvaze je rychlost . koroze litinového povrchu, ke které dochází · po počátečním vytvoření ochranné intermetalické vrstvy, určena rychlostí přechodu · hmoty rozsedlinami v grafitovém obložení, popřípadě rychlostí difuse · rozpuštěného železa z. vrstvy roztaveného hliníku uzavřené za obložením. Tyto rychlosti jsou však velmi nepatrné, takže koroze litinového· pláště je mimořádně malá, z čehož vyplývá neočekávaně dlouhá životnost nádoby.A change in this equilibrium state is only possible if the iron concentration in the aluminum film falls below a given limit. This can happen, for example, when dissolved iron escapes from an iron saturated aluminum layer. diffuse clefts in the lining. If this happens, then the FeAh phase will play the irrigation task by · going to · ·. solution. to restore equilibrium. Speed in the overall balance sheet. The corrosion of the cast iron surface, which occurs after the initial formation of the intermetallic protective layer, is determined by the rate of mass transfer through the clefts in the graphite lining or the diffusion rate of the dissolved iron from the molten aluminum layer closed behind the lining. However, these speeds are very low, so that the corrosion of the cast iron casing is extremely low, resulting in an unexpectedly long container life.

Shora uvedený mechanismus podporuje různé důležité funkce, které jsou vlastní samonosnému obložení z inertních grafitových desek. Inertní obložení tvoří mechanickou hráz proti chemickému rozpouštění intermetalické žáruvzdorné · fáze hmotou roztaveného hliníku obsaženou v nádobě. Je účelné, aby . velikost rozsedlin mezi deskami obložení byla udržována malá, jelikož tyto· rozsedliny představují jediné spojovací cesty mezi vrstvou, nasycenou železem, za obložením a mezi celkovou hmotou kovu v nádobě. Obložení také zabraňuje mechanické erozi ochranné vrstvy z FeAh prouděním roztaveného kovu. Tato· ochrana. je zvlášť důležitá, když kov v nádobě má vířivé proudění, nebo je prudce míchán. S mechanismem tvoření žáruvzdorné vrstvy sice nesouvisí přímo, ale přece má velkou důležitost v praxi okolnost, že materiál samonosného obložení může být vybírán z materiálu jako grafitu nebo karbidu křemíku, které jsou nejen skutečně inertní vůči hliníku a nejsou jím smáčeny, ale jsou také dobrými tepelnými vodiči. Vynález umožňuje využití těchto materiálů v podobě poměrně tenkých šamonosných desek. Následkem toho mohou být těmito materiály obkládány i velké nádoby, aniž by se náklady staly neúnosnými.The above mechanism supports various important functions inherent in self-supporting lining of inert graphite plates. The inert lining forms a mechanical barrier against chemical dissolution of the intermetallic refractory phase by the mass of molten aluminum contained in the vessel. It is expedient to. the size of the clefts between the lining plates was kept small since these clefts represent the only connection paths between the iron-saturated layer, behind the lining and between the total metal mass in the vessel. The liner also prevents mechanical erosion of the FeAh protective layer by the flow of molten metal. This protection. is particularly important when the metal in the vessel has a swirling flow or is vigorously stirred. Although not directly related to the refractory formation mechanism, it is of great importance in practice that the self-supporting lining material may be selected from a material such as graphite or silicon carbide, which is not only truly inert to aluminum and not wetted by it, but also good thermal drivers. The invention allows the use of these materials in the form of relatively thin, self-supporting plates. As a result, large containers can be lined with these materials without incurring costs.

I když slitina FeAb může být vždy nalezena v žáruvzdorné vrstvě vytvořené mezi litinou a grafitovým obložením, mohou být přítomny také jiné fáze, když se zpracovávají obchodní hliníkové slitiny. Například v případě hliníkových slitin obsahujících křemík vysráží se intermetalická fáze, odpovídající stechiometrickému složení FeóSiAliz, při poměrně nízkých koncentracích železa, jestliže film roztaveného kovu za inertním obložením se obalí křemíkem nad asi 0,7 % hmotnosti křemíku. Tato. fáze dává ochranu pro litinový povrch v podstatě stejným mechanismem jako FeAlj. Teplota rozkladu této fáze (860°C) je . také velmi značně nad obvyklými teplotami při rafinaci roztaveného hliníku.Although the FeAb alloy can always be found in a refractory layer formed between cast iron and graphite lining, other phases may also be present when processing commercial aluminum alloys. For example, in the case of silicon-containing aluminum alloys, the intermetallic phase corresponding to the stoichiometric composition of Fe FeSiAliz precipitates at relatively low iron concentrations if the molten metal film after the inert lining is coated with silicon above about 0.7% by weight of silicon. This. The phase provides protection for the cast iron surface with essentially the same mechanism as FeAl3. The decomposition temperature of this phase (860 ° C) is. also very well above the usual temperatures for refining molten aluminum.

Kromě . samotného železa mohou k vytvoření ochranné žáruvzdorné . vrstvy přispět také legovací prvky slitiny. Například křemík pro shora uvedenou intermetalickou fázi . může být dodán litinou, jelikož litina obvykle obsahuje křemík. Jiný legovací prvek, který tvoří s hliníkem intermetalickou fázi, je chrom. Pří 700 °C se z roztaveného. hliníku srazí pevná fáze CrA17, jestliže koncentrace . chrómu překročí asi 0,7 % hmotnosti chrómu. Teplota rozkladu CrA17 je asi 725 °C.Except . of the iron itself can form protective refractory. layers also contribute alloying elements of the alloy. For example, silicon for the above-mentioned intermetallic phase. it can be supplied by cast iron, as cast iron usually contains silicon. Another alloying element that forms an intermetallic phase with aluminum is chromium. At 700 ° C it is melted. Aluminum precipitates the solid phase CrA17 if concentration. % of chromium exceeds about 0.7% by weight of chromium. The decomposition temperature of CrA17 is about 725 ° C.

PříkladExample

Nádoba znázorněná . v obr. 2 a 3 byla konstruována z litinového. pláště obsahujícího 0,6 % chrómu a byla obložena po. stranách grafitovými deskami o tloušťce 28,6 mm a na dně grafitovými deskami o tloušťce 50,8 mm. Ty oblasti pláště, ve kterých je vstup a výstup pro. kov, byly obloženy deskami z karbidu křemíku. Nádoba byla předběžně zahřáta na 7CO°C, než byla naplněna roztaveným hliníkem. Nádoba byla zvenčí zahřívána elektrickou energií a teplota hliníku byla stále udržována na 700 °C. Taveni-na byla prudce promíchávána hnanými oběžnými koly a plynovými bublinkami. Po trvalém zkušebním provozu po dobu 6 měsíců za podmínek skutečné průmyslové operace, nebylo grafitové obložení smáčeno, chemicky napadeno. nebo erodováno ani hliníkem ani struskou. V důsledku toho nevyžadovala nádoba periodického. čištění nebo oprav.Container shown. 2 and 3 was constructed of cast iron. a sheath containing 0.6% of chromium and was lined with. sides with 28.6 mm thick graphite and 50.8 mm thick on the bottom. Those sheath areas in which the inlet and outlet are for. metal, were lined with silicon carbide plates. The vessel was pre-heated to 7 ° C before being filled with molten aluminum. The vessel was heated from the outside by electrical energy and the aluminum temperature was kept at 700 ° C. The melt was vigorously stirred by driven impellers and gas bubbles. After a continuous test run for 6 months under real industrial operation conditions, the graphite lining was not wetted, chemically attacked. or eroded by either aluminum or slag. As a result, the vessel did not require a periodic. cleaning or repair.

Tento dlouhý plynulý provoz s roztaveným hliníkem uváděným do vířivého. proudění přesahuje životnost dosavadních litinových nádob zahřívaných zvenčí.This long continuous operation with molten aluminum introduced into the swirl. the flow exceeds the life of the prior art cast iron containers heated from the outside.

Claims (2)

1. Zvenčí zahřívaná litinová nádoba pro reaktivní roztavený hliník, s obložením sestávajícím z vnější a vnitrní vrstvy, přičemž vnější vrstva obložení sestává ze žáruvzdorných desek, které jsou inertní vůči roztavenému kovu a vymezují spoje, otvírající se tepelným roztažením, vyznačující se tím, že vnitrní vrstva sestává z pevné slitiny železa a uvedeného kovu, totiž z FeAls.An outside heated cast iron vessel for reactive molten aluminum, with a lining consisting of an outer and an inner layer, the outer lining layer consisting of refractory plates which are inert to the molten metal and define joints opening by thermal expansion, characterized in that the inner the layer consists of a solid iron alloy of said metal, namely FeAls. 2. Způsob výroby nádoby podle bodu 1, vyznačující se tím, že se nádoba naplní roztaveným hliníkem, teplota nádoby se udržuje v rozmezí 655 °C až 750 °C a roztavený hliník se nechá vniknout za vnější vrstvu spoji otevřenými tepelným roztažením.2. A method for producing a container according to claim 1, characterized in that the container is filled with molten aluminum, the temperature of the container is maintained between 655 ° C and 750 ° C, and molten aluminum is allowed to penetrate the outer layer of the joint by open thermal expansion.
CS752316A 1974-12-23 1975-04-04 Externally heated cast iron vessel for reactive molten aluminum and method of manufacturing same CS212745B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/536,954 US3980742A (en) 1973-01-15 1974-12-23 Protection for externally heated cast iron vessel used to contain a reactive molten metal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS212745B2 true CS212745B2 (en) 1982-03-26

Family

ID=24140599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS752316A CS212745B2 (en) 1974-12-23 1975-04-04 Externally heated cast iron vessel for reactive molten aluminum and method of manufacturing same

Country Status (16)

Country Link
JP (1) JPS5510652B2 (en)
AT (1) AT345564B (en)
BR (1) BR7501881A (en)
CA (1) CA1033573A (en)
CH (1) CH588320A5 (en)
CS (1) CS212745B2 (en)
ES (2) ES435917A1 (en)
FR (1) FR2296155A1 (en)
GB (1) GB1498198A (en)
IN (1) IN141367B (en)
IT (1) IT1032436B (en)
NO (1) NO142764C (en)
RO (1) RO68519A (en)
SE (1) SE417751B (en)
SU (1) SU791258A3 (en)
YU (1) YU39539B (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4040610A (en) * 1976-08-16 1977-08-09 Union Carbide Corporation Apparatus for refining molten metal
US4556098A (en) * 1978-08-18 1985-12-03 Laboratoire Suisse De Recherches Horlogeres Hot chamber die casting of aluminum and its alloys
EP0183402B1 (en) * 1984-11-29 1988-08-17 Foseco International Limited Rotary device, apparatus and method for treating molten metal
US4941647A (en) * 1989-09-12 1990-07-17 Union Carbide Corporation Protective lining for aluminum refining vessel
BRMU8402794U8 (en) * 2004-08-27 2021-10-26 Magnesita Insider Refratarios Ltda Configuration applied to a device for injecting gas and/or gas and powders into liquid metals through a rotating refractory lance
JP6083521B2 (en) * 2013-04-16 2017-02-22 国立大学法人富山大学 Method for producing Al-Li alloy

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR575265A (en) * 1923-02-05 1924-07-26 Crucible for thermite applications
DE740349C (en) * 1938-02-26 1943-10-19 Siemens Ag Crucible for melting aluminum and its alloys
FR852500A (en) * 1938-04-04 1940-02-02 Austin Motor Co Ltd Improvements in the melting of aluminum or aluminum alloys and other easily fusible metals and alloys

Also Published As

Publication number Publication date
CH588320A5 (en) 1977-05-31
AT345564B (en) 1978-09-25
ES442752A1 (en) 1977-04-01
SE417751B (en) 1981-04-06
NO142764C (en) 1980-10-08
CA1033573A (en) 1978-06-27
RO68519A (en) 1981-06-22
ATA224175A (en) 1978-01-15
SE7503062L (en) 1976-06-24
BR7501881A (en) 1976-07-06
FR2296155B1 (en) 1978-10-06
DE2512128B2 (en) 1976-12-09
IN141367B (en) 1977-02-19
ES435917A1 (en) 1976-12-16
DE2512128A1 (en) 1976-07-01
SU791258A3 (en) 1980-12-23
FR2296155A1 (en) 1976-07-23
YU39539B (en) 1984-12-31
NO750913L (en) 1976-06-24
IT1032436B (en) 1979-05-30
AU7928275A (en) 1976-09-23
JPS5510652B2 (en) 1980-03-18
GB1498198A (en) 1978-01-18
JPS5175609A (en) 1976-06-30
YU325775A (en) 1982-05-31
NO142764B (en) 1980-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4097679A (en) Side wall of the ultra high power electric arc furnaces for steelmaking
US5308399A (en) Method and apparatus for coating a structural component by gas diffusion
US4021026A (en) Protection for externally heated cast iron vessel used to contain a reactive molten metal
CN102392207B (en) Zinc-based alloy used in steel hot dipping, and preparation method thereof
EP0741853B1 (en) Internal refractory cooler
CS212745B2 (en) Externally heated cast iron vessel for reactive molten aluminum and method of manufacturing same
PL166191B1 (en) Method of bonding ceramic lining refractory particles and pray lance therefor
KR101277112B1 (en) Cooling element and method for manufacturing the same
US3980742A (en) Protection for externally heated cast iron vessel used to contain a reactive molten metal
PL199946B1 (en) Cooling element
RU99128091A (en) WALL CONSTRUCTION FROM FIREPROOF BRICK
WO1998021377A1 (en) Method and apparatus for melt plating
US3973763A (en) System for melting metal
RU2079563C1 (en) Method and apparatus of bearing lithium aluminum alloy production
RU2310011C2 (en) Method of deposition of the aluminum or zinc coating on the products made out of the iron or the steel, the used alloys, fluxes and the produced products
RU2124054C1 (en) Blast-furnace tuyere
RU2190679C1 (en) Magnesium alloy ingot production method
RU2228962C2 (en) Vacuum melting furnace with cold hearth
RU2090538C1 (en) Method of preparing two-component high melting oxide alloys
DE2512128C3 (en) Two-layer lining for an externally heated cast iron crucible
JP2000073118A (en) Simple ladle refining method
EP0592231A1 (en) A method and apparatus for the production of uranium
SU583363A1 (en) Electric mixer
Park et al. Heat transfer enhancement for spent nuclear fuel assembly disposal packages using metallic void fillers: A prevention technique for solidification shrinkage-induced interfacial gaps
CA1172035A (en) Device for combined smelting and holding furnace