CS227676B2 - Apparatus for molten metal refining - Google Patents

Description

Vynález se týká přístroje pro rafinaci roztaveného . kovu, zejména pro rafinaci hliníku, hořčíku, mmdi, zinku, cínu, olova a jejich slitin.

Přístroj podle vynálezu je zdokonaleným přístojjem popsaným v USA pat. spisu číslo

743 263. .

Rafinace prováděná v tomto přístroji zahrnuje v zásadě rozptylování rafinačního plynu v podobě velice malých plynových bublinek skrze taveninu. Vodík se z taveniny odstraňuje desorpcí do plynových bublinek, zatímco jiné nekovové nečistoty se zvedají vyplavováním 'do vrstvy strusky, popř. odkalu.

Rooztylování rafinačního plynu se provádí použitím rotujících rozvaděčů plynu, což vyvolává značný stupeň víření uvnitř taveniny. Víření způsobuje, že malé nekovové částice se shlukují do velkých agregátů částic, které jsou vyplavovány na povrch taveniny plynovými bublinkami. Toto víření v kovu také zajišťuje důkladné prom;^i^n:í rafinačního plynu s taveninou a udržuje vnitřek nádržky prostý usazenin a nánosů kysličníků.

Nekovové nečistoty vyplavené ven z kovu se ze sousta vy odvádějí se struskou, zatímco vodík desorbovaný z kovu oponujtí soustavu se spotřebovaným rafinačním plynem.

Roouúící rozvaděč.plynu, popsaný ve shora uvedeném pat. spisu, má kromě dalších konstrukčních znaků hřídel a lopatkový rotor se hřídelem spřaženým a lopatkový stator, kteréžto součásti navzájem spolupůsobí pro vyvolání žádoucího průběhu drah bublinek v tavenině.

Když je zařízení v činnossi, vytváří tokové dráhy v kovu v souseddtví uvedeného zařízení tak, že bublinky plynu, které se vytvářejí, jsou dopravovány podél výsledného tokového rotoru, který směřuje radiálně navenek a má složku směv^uj^^í dolů vůči svislé ose vstřikovacího zařízení.

Takové proudění má různé výhodné účinky. Především se ve hmotě taveniny vyvolává v podstatě svislé promíchávání, čímž dolů směěující tok podél zařízení v koimbnaci s rotujícími lopatkami vyvolává rozdělování plynu do malých oddělených plynových bublinek. Kromě toho rychlé přemisťování plynových bublinek směrem od místa jejich zavádění do taveniny zabraňuje splývání bublinek v pásmu, kde koncentrace plynových bublinek je neevětší.

Dále se prodlouží doba prodlevy dobře rozptýlených plynových bublinek v tavenině, jelikož plynové bublinky nevystupuj k povrchu okamžžtě po jejich vytvoření.

U prvního provedení rotujícího ústrojí pro · rozvádění plynu byl hřídel, ke kterému byl lopatkový rotor připojen, zhotoven z kovu odolného vůči teplu. Avšak když bylo zapotřebí zpracovávacího plynu obsahuuícího malé množtví halogenu, byl kovový hřídel značně poškozen erozí. Bylo zjištěno, že z toho důvodu je nejáhsdnijší hřídel z grafitu, který nepodléhá narušování halogenu. Při provozu však někdy křehčí grafitový hřídel se zlomí, což znamená selhání spojené s velkými náklady na náhradní části, výpadek výroby a ztrátu pracovní doby.

Zdá se, že příčina takového selhání je skutečnoot, že někdy se v tavenině najdou pevné částice různých tvarů o rozměrech v rozmezí zlomku centimetru až do několika centimetrů. Předpokládá se, že tyto částice se časem uloží na místech, kde při provozu splynou lopatky nebo kanály mmzi lopatkami u statoru a rotoru a zařízení ucpou, čímž se vyvolá dostatečná síla pro přelomení hřídele.

Uvedené nedostatky odstraňuje přístroj pro rafinaci roztaveného kovu podle vynálezu, který sestává z nádržky, popř. pece, ze vstupních a výstupních pomůcek pro roztavený kov a plyny a z alespoň jednoho rotujícího ústrojí pro rozvádění plynu, umístěného v uvedené nádržce, přičemž toto pro rozvádění plynu obsahuje otáčivý hřídel spojený na horním konci s pohonem·a na dolním konci pevně spojený s lopatkovým kruhovým rotorem, dále dutou nepohyblivou objímku, tento hřídel obklopující a na dolním konci připevněnou k dutému okrouhlému statoru, dále osově probíhající průchod pro dopravu a zavádění plynu do irezery mezi rotorem a statorem, kterýžto průchod je vymezen vnitřním povrchem objímky a statoru a vnějším povrchem hřídele a konečně prostředky pro dodávání plynu k hornímu konci průchodu pod dostatenným taakem za účelem zavádění plynu do nádržky.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že přístroj má stator s hladkým vnějším povrchem, a že poměr průměru statoru k patnímu průměru rotoru je v rozmezí 1:1 až 0,8:1.

U přístroje pro rafinaci kovu podle vynálezu se zabránilo se^Lhán^í^m hřídele a přesto se dosáhlo žádoucích, drah bublinek se správným tokovým vektorem.

Přístroj podle vynálezu je znázorněn na výkresech, kde. na obr. 1 je schematický.půdorys průřezu provedením přístroje podle vynálezu. Na obr. 2 je schematický nákres v částečném řezu přístroje podle vynálezu, přičemž řez je proveden podle roviny A-A na obr. 1.

PPístroj znázorněný na obr. 1 a 2 má jediné rotující ústrojí pro rozvádění plynu, které bude popsáno níže.

Vnnjší stěna £ pece je jako obvykle zhotovena z ocele. Uvnntř stěny £ je žáruvzdorné obložení 3 ze slinutých cihel o nízké.tepelné vodivoosi, což je první izolátor, a uvnňtř žáruvzdorného obložení £ je žáruvzdorná vyzdívka £, což je odlévatelný kysličník hlinitý neprostupný pro taveniny.

Typický odlévatelný kysličník hlinitý obsahuje 96 % A^O^, 0,2 % Fe2O2« Žáruvzdorná vyzdívka £ má rovněž nízkou tepelnou vodivost a tím tvoří další izolant. Vvěěší konstrukce je ukončena klenbou nebo krytem 5 pece a neznázorněnou vrchní konntrukcí, která nese rozváděč plynu a neznázorněný elektrický motor.

Ppfinační děj začíná otevřením neznázorněných posuvných dvířek na začátku vstupního kanálu 7. Roztavený kov vstoupí do pracovního oddělení £ /znázorněného s taven^nou/, vstupním kanálem £, který může být obložen bloky karbidu křemíku. Tavenina je prudce promíchávána a promývána rafinačním plynem prostřednictvím rotujícího rozvaděče plynu.

Otáčení rotoru 33 rozvaděče se děje ve směru proti pohybu hodinových ruček; avšak oběhová dráha vyvolaná v tavenině rozvaděčem má svislou složku. VVtvoření víru se snižuje přesazením souImjnotti pracovního oddělení £ a vypouutěcí trubkou £ a přepážkami IQ a 15.

Rafinovaný kov vstupuje do vypouutěcí trubky £ umístěné za přepážkou 10 .a je veden do vypouutěcího oddělení 11. Vvypoutěcí oddělení 11 je odděleno od pracovního oddělení £ grafi-b^^^^^m blokem 12 a blokem 13 z karbidu křemíku. Rafinovaný kov opoiiutí pec vypouštěcím kanálem 14 . a je veden například do licího stroje vyrovnaným vodorovným tokem. Dno pece je obloženo grafitovou deskou £.

Struska nebo odkal plující na kovu je zachycován blokem £5, který působí jako přepážka, tak i jako odlučovač strusky a shromažďuje se na povrchu taveniny v blízkosti vstupního kanálu Ί_, odkud může být snadno odstraněna.

Spotřebovaný rafinační plyn opouutí soustavu pod neznázomiěnými posuvnými dvířky na vstupu. Ochrana horního prostoru nad taveninou se provádí zaváděním inertního plynu, například argonu, do pece, neznázorněnou přívodní trubkou. Atmcoféra ve vypouštěcím oddělení 11 však není řízena a proto se zde grafitového bloku 12 používá pouze pod povrchem taveniny.

Odpichový nebo vypooušěcí otvor 16 slouží pro vyprázdnění pece. Tento otvor může být umístěn na vstupní nebo výstupní straně pece.

Teplo se u tohoto provedení do. pece dodává šesti chromniklovými elektrickými odporovými zahřívacími členy 17_z které jsou zasazeny do grafitových bloků £8, majících dvojí funkci, totiž vyzdívací a zahřívací, a to po třech v každém bloku.

Bloky 18 jsou udržovány na svém místě ocelovými svěrami 19 a bloky 12 a 13, které zase jsou přidržovány za použití neznázorněných zářezů a vybrání. Bloky 18 se mohou volně roztahovat směrem ke vstupní straně pece a vzhůru.

Klenba J5 je vůči ostatní části pece utěsněna za použití přírubového těsnění 20 a je před teplem chráněna několika vrstvami izolace 21. Příkladem druhu použité izolace je vláknitý křemičitan hlinitý potažený hliníkovou fólií. Termočlánek lázně je opatřen neznázorněnou ochrannou trubkou.

Každý topný článek 17 je posuvně připojen ke klenbě 5^, takže se může pohybovat, když se roztahuje blok 18 mající dvojí funkci, článek 17 je vsazen do otvoru vyvrtaného do bloku 18. Styku mezi článkem 17 a blokem 18 je zabráněno distančním dílcem 24 a tepelnou přepážkou 25. Posuvné připojení je upraveno pro umožnění tepelného roztahování bloku 18 majícího dvojí funkci.

Když se pec uvede na pracovní teplotu a blok 18 zvětší svůj objem, je článek 17 ustálen ve své poloze. Když se z jakéhokoliv důvodu pec ochladí, uvolní se neznázorněné připojení článku 17 ke klenbě 5_, takže se může volně pohybovat při smršťování bloku 18. Články 17 jsou obvykle kolmé ke klenbě i ke dnu pece a jsou navzájem rovnoběžné.

Je výhodné, aby materiálem, použitým pro různé bloky a jiné součásti, byl grafit. Když však je nějaký grafit nad hladinou taveniny, je vhodné, aby grafit byl opatřen například keramickým povlakem nebo aby se užilo jiné ochrany proti okysličení, když se používá těsnění ochranné atmosféry, nebo může být grafit nahrazen karbidem křemíku.

Pro pohánění rozvaděče a pro udržování topných článků 17 v činnosti je upraven motor, řízení teploty, transformátor, a jiná běžná výstroj, což není znázorněno. Utěsnění vpouštěcích a vypouštěcích kanálů, potrubí a jiná zařízení pro ochranu neporušenosti uzavřené soustavy jsou také běžné a nejsou znázorněny.

I když u popsaného přístroje je znázorněno pouze jedno ústrojí pro rozvádění plynu /rozváděč plynu/, lze užít dvou nebo více takových ústrojí v případě, že je úměrně zvětšena velikost přístroje. Znázorněný rozvaděč plynu čili zařízení pro vstřikování plynu sestává z rotoru 33 opatřeného lopatkami 34 a kanály 35 mezi lopatkami. Rotor 33 je uváděn v otáčen neznázorněným motorem za pomoci hřídele 30, ke kterému je připojen. Hřídel 30 je chráněn před taveninou dutou objímkou 31 a dutým statorem 32, ke kterému je objímka připevněna.

Vnější povrch statoru je hladký. Mezi rotorem 33 a statorem 32 je dostatečná mezera, takže umožňuje volné otáčení rotoru 33 a volný výtok zpracovávacího plynu směrem ven. Vnitřní konstrukce zařízení je taková, že je upraven neznázorněný průchod, vymezený hřídelem 30 a vnitřními povrchy objímky 31 a 32, kterým může být plyn zaváděn a vytlačován do mezery mezi rotorem 33 a statorem 32.

Hřídel 30 a objímka 31 a stator 32 jsou souosé, takže uvedený průchod je rovnoběžný s touto osou a ji obklopuje. Jsou také upraveny prostředky /neznázorněné/ pro dodávání plynu к hornímu konci průchodu pod dostatečným tlakem za účelem jeho vstřikování do nádržky a taveniny.

Na obr. 2 je patrno, že vnější průměr kruhového statoru 32, měřený na jeho základně, tj. na jeho konci nejbližším к rotoru je stejný, jako patní průměr, čili průměr jádra rotoru 33 měřený na tom konci, čili základně rotoru, který je nejbližší ke statoru. Patní průměr je ten průměr rotoru, který je měřen napříč kružnice opsané nejhlubšími body prohloubení /hloubky/ kanálů 25, probíhajících mezi lopatkami 34.

''orněi vnějšího průměru statoru 32 k patnímu průměru rotoru £3, měřeno obojí na jejich základnách /na koncích k sobě nejvíce přiblížených/ je v rozmezí 1:1 do asi 0,8:1.

Když se tento poměr sníží pod.1:1, shora uvedený výhodný obrazec drah bublinek se postupně ztratí. Snížení průměru vede mimo jiné k nadměrnému shlukován:! bublinek, což vede k nepřijatelnému povrchovému víření. Nadměrné víření na povrchu způsobuje, že nečistoty plující na 'povrchu taveniny vstupuuí nazpět do taveniny.

Bod, při kterém se povrchové víření stává nepřijaeelýým při snižování shora uvedeného poměru, je závislý na různých činitelích, jako je rychlost rotoru, průtočné wnožtví plynu, meeera mezi rotorem a statoeem a mezi rotorem a nádržkou a hloubka kanálu 35.

Podle předpokladu je poměr přibližně 0,8:1 nejnižší hodnota, která vyhovuje těmto činitelům. Pak je patrno, že pom^ir 1:1 je optimální a poměr asi 0,9:1 je výhodný jako spodní hranice ,

Stator může být válcový nebo kuželovitý. Výhodná kuueloovtost'je taková, kdy těleso statoru se rozšiřuje, takže jeho těleso má vetší průměr než je průměr základny. Zvětšení od průměru základny k průměru tělesa může být přibližně .třicet procent, vztaženo na průměr základny. Vrcholový úhel může být od 30 do 60°. Tato konstrukce dává poněkud lepší výsledky, pokud jde o povrchové víření při vysokých rychlostech rotoru a vysokých průtočných mnnžžtvích plynu, a může zabránit aglom^i^í^(^:i bublinek do většího stupně, než válcový stator a tvoří lepší podpěru pro celé zařízení.

Typické rozměry pro nádržku /vnější plᚣ/ jsou délka: 1 397 mm, šířka: 1 244 mm a výška: 1 447,8 mm; pro stator vněěší průměr základny 127 mm, s kužžlooitostí nebo bez ní /při kuželoví tosti . týž průměr 127 mm základny se rozšiřuje v úhlu 45° a dává vněěší pr^ům^ir tělesa 152,4 mm/; pro rotor je patní prům^:r 127 mm a vněěší průměr, · tj. měřený na vrcholech lopatek 190,5 mim. Typické otáčky rotoru pro takovou nádržku jsou 5 až 10 otáček , s · při prů_z 3 3 točném imoožtví plynu 0,085 m az 0,142 m za minutu.

Claims (4)

1. Přístroj pro rafinaci roztaveného kovu, který sestává z nádržky ze vstupních a výstupních pomůcek pro roztavený kov a plyny a z alespoň jednoho rotujícího ústrojí pro rozvádění plynu, umístěného v nádržce, přičemž toto ústrojí pro rozvádění plynu obsahuje otáčivý hřídel spojený na horním konci s pohonem a na dolním konci pevně spojený s lopatkovým kruhovým rotorem, dále dutou nepohyblivou objímku, tento hřídel obklopující a na dolním konci připevněnou к dutému okrouhlému statoru, dále osově probíhající průchod pro zavádění plynu a jeho dopravu do mezery mezi rotorem a statorem, kterýžto průtok je vymezen vnitřním povrchem objímky a statoru a vnějším povrchem hřídele, a konečně prostředky pro dodávání plynu к hornímu konci průchodu pod dostatečným tlakem za účelem zavádění do nádržky, vyznačující se tím, že se použije pro stator konstrukce s hladkým vnějším povrchem a že poměr vnějšího průměru statoru к patnímu průměru rotoru je v rozmezí 1:1 až do asi 0,8:1, přičemž tyto průměry jsou měřeny jednak na základně statoru /32/ a jednak na základně rotoru /33/, které jsou v přístroji u sebe nejblíže.

2. Přístroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že stator /32/ je zkosen takovým způsobem, že největší vnitřní průměr statoru je větší než vnější průměr statoru měřený na té základně statoru, která je nebližší к rotoru /33/.

3. Přístroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že poměr je v rozmezí 1:1 do asi 0,9:1.

4. Přístroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že poměr je roven 1:1.