CS227694B2 - Apparatus for molten metal refining - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro rafínaci roztaveného kovu. Zejména se týká zařízení pro rafínaci hliníku, hořčíku, mědi, zinku, cínu, olova a jejich slitin.

V americkém patentovém spise č. 3 743 263 je popsáno zařízení, pro rafínaci kovů, které tento vynález zdokonaluje. V tomto zařízení je rozptylován v tavenině ve formě velmi malých bublinek plyn.

Z taveniny je desorpcí do plynových bublinek odstraňován vodík a současně se vzplavují do struskové vrstvy nemetalické nečistoty. Dispergování plynu se děje pomocí otáčivých rozdělovačů, které vyvolávají v tavenině víření. Víření působí, že se nemetalické částice shlukují do velkých shluků, které se vzplavují к povrchu taveniny plynovými bublinkami.

Toto víření také zajištuje dokonalé promísení taveniny s plynem. Nemetalické nečistoty, vyplavené z kovu, jsou ze systému odstraňovány spolu se etruskou a desorbovaný vodík z kovu opouští systém spolu se spotřebovaným rafinačním plynem.

Otáčivý rozdělovač plynu sestává z hřídele s rotorem na jednom konci a hnacím prostředkem na druhém konci. Hřídel je obklopován po většině své délky dutým pouzdrem, tvořícím stator, který je připojen к zařízení. Jak je zřejmé z označení tohoto prvku, je stator uložen nehybně.

Rafinační plyn prochází prostorem mezi vnitřní stěnou statoru a hřídelem. Stator v typickém provedení obsahuje horní ocelovou část a dolní grafitovou část, připojenou mechanicky, jako závitovým spojem, který kromě mechanického připojení zajišluje i plynotěsné spojení. Grafitu se používá pro dolní část proto,že se snadno opracovává a že je odolný roztavenému hliníku a halogenidovým plynům a tavidlům, která nohou být použita v rafináčním pásnu. Horní část je vyrobena z oceli, aby vytvářela konstrukční oporu.

Zatímco grafit je odolný pro4i materiálům a teplotám v rafinaCnín pásnu, neodolává oxidaci vzduchem při těchto teplotách, které jsou bbvykle okolo 700 °C. Naproti tomu je ocelová část odolnější proti vzdušné oxidaci než je grafit, ale neodolává vůbec roztavenému hliníku. Tyto podmínky tedou к tomu, že spoj mezi grafitovou a ocelou částí se ukládá do oblasti krytu, kde jsou podmínky pro oba materiály nejvhodnější. To je proto, že kryt je izolován s ohledem na anižení tepelných ztrát a izolace tak dodává krytu poměrně značnou tloušlku.

Spoj mezi grafitovou a ocelovou částí se proto podle známého stavu techniky ukládal do izolovaného pásma. I když grafit bude vzhledem ke své relativně vyaoké tepelné vodivosti stále vystaven dosti vysokým teplotám, které by na vzduchu vedly к jeho poměrně rychlé oxidaci, je přítomnost vzduchu vyloučena kombinací těsného nasazení krytu okolo spoje a skutečnosti, že v důsledku tepálné konvekce stoupá z rafinačního pásma do jakéhokoli prostoru mezi rotorem a statorem inertní plyn. Ocelová část se naproti tomu v oblasti, kde je vystavena vzduchu, neohřeje dostatečně к tomu, aby byla nadměrně oxidována.

Toto uspořádání je vhodné a pracuje velmi dobře, pokud rafinační plyn obsahuje pouze inertní plyny. Je-li však přítomen chlor, jako tomu musí být při některých rafinačních procesech, dochází к intenzivnímu napadání ocelové části spoje. Teplota je zde dostatečně vysoká, aby odpařovala chlorid železa, který se vytváří, a tento těkavý materiál je odnášen.

Částice ocelového dílu spoje včetně závitu jsou tak odnášeny. Těsnění pro Izolování těchto oblastí od pracovního plynu ве ukázala jako neúčinná, nebol v praxi používané druhy grafitu jsou porézní a malé množství plynu, které prochází grafitem, je dostatečné к tomu, aby poškodilo kovovou část. Když se naproti tomu zhotoví kovová část z korozlvzdorné slitiny, nejsou korozní produkty vytvořené v závitované části těkavé. Jelikož korozní zplodiny nabývají na tlouělce, způsobí nakonec pevní slepení grafitové části v závitech.

Spoj pak nemůže být snadno demontován za účelem nutné výměny grafitové části. Osazení, o něž se vnější objímkovitá část spoje opírá, je navíc natolik poškozeno korozí, že neposkytuje účinné těsnění proti unikání plynu.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro rafinaci roztaveného kovu podle vynálezu, které obsahuje ve vzájemné kombinaci nádrž s izolačním krytem, alespoň jedním vstupním pásmem a alespoň jedním výstupním pásmem a alespoň jednou rafinační komorou, spojenou s těmito pásmy, a dále v každé rafinační komoře jedno rozdělovači ústrojí plynu, přičemž toto rozdělovači ústrojí obsahuje hřídel, procházející krytem a opatřený na horním konci hnacím prostředkem, ležícím nad krytem vně komory a rotor pevně spojený s dolním koncem hřídele a ležící pod krytem uvnitř.komory, a dutý stator, obklopující uvedený hřídel a pevně připojený к nádrži, přičemž stator a hřídel mají společnou teoretickou osu, přičemž stator má horní část a dolní část, horní část je vytvořena z korozivzdorného kovu a dolní část je vytvořena z grafitu, přičemž horní část je spojena s dolní částí uávitovým spojem z korozivzdorného kovu a grafitu, a přičemž kryt je v okolí statoru alespoň 125 mm tlustý, jehož podstata spočívá v tom, že vytvoření spoje obsahuje grafitovou vnitřní část s osazením, ležícím před závity, a vnější objímkovítou část z korozivzdorného kovu, přičemž vnější objímkoví tá část dosedá na osazení vnitřní grafitové části spoje, přičemž probíhá průřezová plocha vnější objímkovíté části, měřená bezprostředně u osazení, má velikost alespoň 30 % příčné průřezové plochy hladkého úseku vnitřní grafitové části, měřené bezprostředně u osazení, a dále je vytvořen prstencovitý průchod v hladkém úseku korozlvzdorné vnější části spoje, pro průchod chladicího plynu, přičemž alespoň část tohoto průchodu je v oblasti blízké spoji orientována kolmo na osu hřídele a statoru, a to v odstupu od spoje přibližně rovném tloušlce stěny vnější objímkovíté části spoje, v níž jsou vyřezány závity, přičemž účinné chlazená plocha průchedu představuje alespoň 70 % příčné průřezové plochy hladkého úseku vnitřní grafitové části, měřené bezprostředně u osazení, a dále, že poměr vzdálenosti strany krytu, přilehlé к rafinační komoře od strany spojen nejbližěí ke krytu, ke tloušlce tohoto krytu, je větší než 1, a poměr vzdálenosti povrchu prstencovitého průchodu, nejbližěího к osazení, od tohoto osazení, ke vzdálenosti strany krytu přilehlé к rafinační komoře od strany spoje nejbližěí ke krytu, je nejvýše 0,35:1·

Uvedeným řešením se zabrání korozívnímu působení prostředí v zařízení a v jeho okolí na části spoje a zejména koroznímu napadení kovových částí spoje chlorem.

К vysvětlení předmětu vynálezu je vhodné poznamenat, že příčná průřezová plocha vnější objímkovíté části spoje jsou měřeny výhradně mimo závity. Rozměr E, označující tuto tloušlku na obr. 2, je proto měřen směrem ven od základny závitů.

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popise na příkladě provedení s odvoláním na připojený výkres, ve kterém je na obr. 1 schematicky znázorněno zařízení podle vynálezu v příčném řezu bez podrobnosti spoje statoru jeho rozdělovačů plynu a podrobnosti krytu, a na obr. 2 je znázorněn zvětšený detail spoje statoru jeho rozdělovače plynu.

Obr. 1 znázorňuje většinu částí příkladného provedení zařízení podle vynálezu, zahrnujícího žáruvzdornou nádrž £, topné prostředky £, litinový pláší £, grafitové desky £, rafinační komory £, hradítko _6, výstupní trubici £, výstupní pásmo za nímž se nachází neznázorněné vstupní pásmo, otáčející se rozdělovače 10 plynu, rotory 12. statory 13. izolované krytové úseky 14 a [5 a izolovaný krytový úsek £6.

Statorem ££ prochází neznázorněný hřídel, přičemž hřídel a stator 13 mají společnou teoretickou osu 17 a hřídel je připojen к rotoru 12. Hřídel je též připojen к hnacímu prostředku, uloženému na jeho horním konci, jakým je například neznázorněný motor.

Stator 13 je připojen к ocelové kostře £8, která sama je připojena к izolovaným krytovým úsekům 14 a 15.

Izolované krytové úseky 14 a 15 jsou duté ocelové konstrukce, vyplnění tepelnou izolací, odolnou proti vysokým teplotám, přičemž к jejich spodní straně je připojen žáruvzdo₽ný vnitřní obklad nádrže.

Krytový úsek 16 je ocelová deska, na jejíž spodní straně je upevněn žáruvzdorný obklsd. Stator 13 sestává ze dvou částí, spojených ve spoji £2· Spodní Část statoru £Д je vyrobena z grafitu, zatímco horní část má dolní úsek z kovu odolného proti korozi a horní úsek z obyčejné oceli. Dolní úsek .z kovu odolného proti korozi tvoří vnější objímkovitou část spoje: £2·

Materiály₃ které mohou být použity pro tepelnou izolaci odolávající vysokým teplotám, jsou rohože z keramických vláken, a v případě žáruvzdorného obkladu jde o tuhé keramické vláknité desky.

Tloušlka krytového úseku J6 je nejméně 125 mm. I když z technického hlediska neexistuj® Žádná horní mez tloušťky, je praktickou horní mezí tloušťka 250 min.

Obraz 2 znázorňuje část obr. 1 v detailu. Tato část zahrnuje úsek se £2. ^a část izolovaného krytového úseku 16. Hřídel není znázorněn_ř avšak jsho teorMieká 17 je vyznačena.

Stator £i zahrnuje ocelovou část £0, část 2£ z kovu odolného proti korozi p. grafitovou část 2£. Závitovaná vnější ob jinako vitá část spoje £2 odpovídá Části 2,1, й kovu odolného yreti korozi. Grafitová část 22 zahrnuje závitovanou vnitřní zásuvnou část 2£ spoje £2 a 26 > o něž se vnější objímkovíté část spoje £9 opírá.

Mezi horním koncem vnitřní grafitové Části 22 a vnitřním koncem Vnější objímkovíté části Mí- spoje 19 je ponechána vůle, . aby bylo vždy zabezpečno, že styčná plocha bude vždy na osazení £6.

Horní část statoru 13 je opatřena prstencovitým průchodem £3, který.se lomí v pravém úhlu, přičemž nejprve sleduje rovnoběžné osu 17 a po té se od ní kolmo odklání v mstě velmi blízkém závitovému spoji. V ocelové stěně sa rošfiířnném ko:n<^:i průchodu 23 jsou vyvrtány výstupní otvory 24. Průchodem 23 prochází pod- tlakem chladicí plyn jako ·vzduch nebo dusík a · vytváří účinnou chlazenou plochu, sloužící pro chlazení závitové zásuvné 6ásti 25 ·spoje 12., vytvořené z grafitu. Touto účinnou chlazenou plochou je spodní povrch průchodu 23. probíhající kolmo na osu 17.

Tato plocha leží v malém odstupu od části závitové vnějšího objímkovitého dílu spoje 12, přilehlé k mezeře a k hornímu konci závitové vnitřní zásuvné části 25 spoje £2· Odstup je přibližně roven tloušlce závitové stěny vnější části 21 z kovu odolného proti korozi, tj. rozměr D, · oznaačuící tloušťku kovu, je přibližně-roven rozměru E. Termín přibližně zde pokrývá odchylku plus minus 25 %, přičemž se však v praxi tato odchylka s výhodou omezuje na plus minus ' · 10%. ’ * Pro zhotovení'vnější části 21 z kovuodolného proti korozi je obzvláště vhodná nerezavějící ocel typu AISI 330, jelikož kombbnuje vlastnosti spoočva;jící v odolnooti proti napadení chlorem při vysokých teplotách, než je tomu u většiny ostatních nerezavějících ·oceei, a ve větší tepelné vodivoosi, než má většina ostatních korozivzdorntch nerezavějících ocelí, čímž dochází ke snížení teploty · spoje 19 a exponovaného grafitu pod ním. Horní část statoru 13 se dělí na ocelovou část 20 . a vnější část 21 z korozivzdorné oceli · z důvodů úspornnosi, takže část z relativně drahého nekorodu;jícího kovu se ommeuje na oblast spoje £2, kde je moonost vystavení koroznímu působení chloru při vysokých teplotách největší, a kde by koroze zpiůsoobla největší škody. V úvahu přicházejí další běžné korozivzdorné kovy, schopné odolává účinkům chloru při voskových teplotách.

V·případě potřeby je samozřejmě možné prodloužžt část z nekoroduuícího kovu dále nahoru, aby se tak zabránilo jakékoli korozi. V ocelové části 20, vytvořené ve znázorněném ' provedení z běžné oceei, je ocel možno na^i^<^i.t jakýmkoli kovem, vyznačujícím se v daných pracovních podmínkách dostatečnou pevnnotí.

V krátkém odstupu nad izolovarým krycím úsekem £6 mění grafitová část 22 rožměry a vytváří osažení 26. na něž může dosednout vnější část 21. Závity závitové vnitřní zásuvné části 25 začínají na osazení 26.

Příčná průřezová plocha vnější části 2£ z oeгřzavOjící oceei, která je zde důležžtá, je ta, v níž viěěšl část 21 dosedá na osazení Žá, tj· plocha mezi základnou závitů a vnějším okrajem části 21 , jejímž jedním rozměrem je rozměr E. Průřezová plocha je alespoň přibližně rovna 30 %·průřezové plochy hladkého úseku vrětřní grafitové části 22. mařené bezprostředně oad osazením 26. Tato plocha samozřejmě nezahrnuje dutý střed statoru 13. V· praxi se průřezová plocha věšjší části 21 pohylbije v rozmezí od 30 do 50 %.

Účinná chlazená plocha, jak již bylo uvedeno výše, je dolní povrch části prstencového průchodu,23, kolmé oa osu ££. Teto část průchodu 23 může být označena jako radiální vodorovný průchod. Účiooá chlazená plocha má být rovna nejméně 70 % průřezové plochy hladkého · úseku vnitřní grafitové části 22» měřené bezprostředně nad osazením 26. a s výhodou se pohybuje . v rozmezí od 70 do 100 %· Je třeba při· této příležitosti upozzorit,· že chlazení vodou se nehodí jako náhrada chlazení plynem,· a to vzhledem·k·nebezpečím, kteřá z jejího pouužtí plynou. Výška části · prstencovítého průchodu 23. o níž se v tomto odstavci hovoří, se pohybuje v rozmezí · přibližně od 7,5 do 15 mm.

Poměr vzdálenooti strany krytu, přilehlé k rafinační komoře 2 °d střeny spoje, nejbižší vzhledem· ke krytu, tj. vzdálenosti označené na obr. 2 jako rozměr B, ke tloušlce krytu, označené na obr. 2 jako rozměr £, je větší než 1. Neexistuje horní , mez, kromě hledisek praktičnosti, však zpravidla - není poměr větší než 2:1. Poměr vzdálenosti povrchu prstencovitého průchodu ,23, ležícího nejblíže k osazení .26, k tomuto osazení .26, označené jako ro^^^ir A, ke ' vzdálenooti strany ' krytu, přilehlé' k rafinační komoře, od strany spoje, nejbližŠí ke krytu, tj. k rozměru B, nepřesahuje hodnotu rovnou 0,35:1 a s·výhodou není menší než 0,2:1.

Pro rafinační komoru, mající přibližné rozměry 750 mm v případě délky, 600 mm v případě šířky a 850 mm v případě výšky, se typické rozměry statoru a krytu pohybují v následujícím r^ozm^eí:

Claims (2)

1. Rozměr (viz ob]?. 2) rozmezí (v mm)

   A od 50 do 75 B od 200 do 275 C od 125 do 175 D od 7,5 do 12,5 E od 7,5 do 12,5 průměr statoru v místě osazení 26 od 100 do 125

   PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro raflnaci roztaveného kovu obsah^uící ve vzájemné kombbnaci nádrž s izolačním krytem, alespoň jedním vstupním pásmem e alespoň jedním výstupním pásmem a alespoň jednou rafinační komorou, spojenou s těmto pásmy, a dále v každé rafinační ' komoře jedno rozdělovači ústrojí plynu, přičemž toto rozdělovači ústrojí obsahuje hřídel, prschέzíjíci krytem a opatřeiým ne horním konci hnacím prostředkem, ležícím nad krytem vně komory, a rotor pevně spojený s dolním koncem hřídele a ležícím pod krytem uvn.tř komory, a dutý stator, obkkoppuíc! uvedený hřídel e pevně připojený k nádži, přičemž stator , a hřídel «nejí společnou teoretickou · osu, přičemž stator má horní část a dolní část', horní část je vytvořena z korozivzdorného kovu e dolní část je vytvořena z grafitu, přičemž horní část je spojena s dolní částí záviooým spojem z korozivzdorného kovu a · grafitu, a přičemž kryt je v oTkooí statoru alespoň 125 mm tlustý, vyznačené tím, že vytvoření spoje (19) obsahuje grafioovou vnitřní část (22) s osazením (26), ležícím před závity, a vnější objímkoví tou část (21) z korozivzdorného kovu, přičemž vn^ší objímkovvtá část (21) spoje (19) dosedá na osazení (26) vnitřní grafitové části (22) spoje (19) a přičemž příčné průřezová plocha vašiší . objímkoví té části (21) měřené bezprostředně u osazení (26), mé .velikost alespoň 30 % příčné průřezové plochy hladkého úseku vtátřní g raf^ové části (22), měřené bezprostředně · u osazení (26) e déle je vytvořen prstencovitý průchod (23) v hladkém úseku korozi-vzdorné wiější části (2l1,;pro průchod chladicího plynu, přičemž alespoň část tohoto průchodu (23) je v oblasti blízké spoji (19) orientována kolmo na osu (17) hřídele a statoru (13), v odstupu (D) od spoje (19) přibližně roviém tloušíce (E) stěny wiěěší objímkovvté části (21), v níž jsou vyřezány závity, a přičemž účinná chlazená plocha průchodu (23) představuje alespoň 70 % příčné průřezové plochy hladkého úseku vnitřní grafitové části (22), měřené bezprostředně u osazení (26), přičemž poměr vzdálenosti (B) strany krytu, přilehlé k rafinační komoře od strany spoje (19) n^;jb3^:iž8í ke krytu, k tloušíce (C) tohoto krytu, · je větší než 1 a poměr vzdálenosti (A) , k povrchu prstencovitého průchodu (23), nejbližšího k osazení (26) ·,, od tohoto osazeni, ke vzdálenosti (B) strany krytu přilehlé k rafinační komoře (5)· od strany spoje · (19) nejbližší ke krytu, je nejvýše 0,35:1- .
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že průřezová plocha vněěší objimkovOté části (21) spoje (19) má velikost 30 až 50 % příčné průřezové plochy hladkého úseku onitřií grafitové části (22), kde účinná chlazená plocha má velikost v rozmezí od 70 % do 100 % n

   příčné průřezové plochy hladké vnitřní grafitové části (22) a poměr (§) je v rozmezí od 1:1 do 2:1 a poměr (^) je v rozmezí o^d 0,²:1 do 0,35:1·

   1 výkres