CS230582B2 - Unit for refining of melted metal - Google Patents

Description

Vynález se týká přístroje pro rafinaci roztaveného kovu·

I když vynálezu lze obecně použít pro rafinování roztavených kovů, je zvláěl důležitý pro rafinovaní hliníku, hořčíku, mědi, zinku, cínu, olova a jejich slitin a představuje zdokonalení přístroje popsaného v USA patentu č. 3 743 263·

V tomto známé* přístroji dochází к rozptylování skrápěcího plynu v podobě nesmírně malých plynových bublinek skrze taveninu· Vodík se z taveniny odvádí desorpcí do plynových bublinek, zatímco pevné nekovové nečistoty se flotací zvedají do vrstvy pěny čili odkalu· Rozptylování skrápěcího plynu se provádí použití* rotujících plynových rozváděčů, které vyvolávají velkou míru víření uvnitř taveniny. Víření způsobuje, že malé nekovové Částice so aglom^rují do agregátů velkých částic, které vyplouvají nebo jsou vynášeny na povrch taveniny plynovými bublinkami.

Toto víření v kovu také zajišťuje důkladné promísení skrápěcího plynu s taveninou • udržuje vnitřek nádoby prostý usazenin a nánosů kysličníků. Nekovové nečistoty vyplavené z kovu se odtahují se systémů s pěnou, zatímco vodík desorbovaný z kovu opouští systém se spotřebovaným skrápěcí* plynem.

Zařízení, ve které* se tento proces provádí, a který má pro vynález význam, má systém, ve které* rafinovaný kov proudí vstupní* oddělením do prvního rafinačního oddělení přes přepážku a do druhého rafinačního oddělení, přičemž každé z oddělení má svůj vlastní rotující plynový rozváděč. Roztavený kov pak vstupuje do výstupní trubky a přechází do výstupního oddělení, které za účelem účinného využití místa leží podél vstupního oddělení na támle konci rafinačního přístroje.

To Je patrné z obr. 4a 5 shora uvedeného USA patentu δ. 3 743 263· Kompaktní povaha tohoto uspořádání vede s výhodou t zařízení, tterá má poměrné malé rozměiy.

I když topppatrní systém pracuje v provozu velmi dotbře, má paximPání rafinační kapacitu 252,40 tg kovu za hodinu. Mnoho závodů na hliník má však zapotřebí dokonce vyšších rafinačních rychlostí, avšat nemají dost Pata pro zařazení vystupňovaného existujícího systému, tj. systém se třemi rafinačními odděleními a se třemi rotujícípi plynovými rozvádděi, které nemohou používat stejné jednostranné Ooirfigurace vstupu a výstupu, což zvyMuje uvedenou nesnáz.

Účelem vynálezu proto je zdokoonalt existuuící tommpatní rafinační přístroj tak, aby byl schopen zvětšit rafinační tappaitu, aniž by se z^ýH jeho objem.

Uvedené nedostatky odstraňuje přístroj pro rafinaci roztaveného tovu, podle vynálezu, tterý obsahuje nádržku se čtyřmi odděleními, se vstupním oddělením, prvním a druhým rafixačním oddělením, jež jsou oddělena přepážkou a výstupním oddělením, oddělexým od prvního rafinačního oddělení společnou stěnou a poslední tři oddělení sdílejí společný dnový povrch, přičemž především vstupní oddělení tvoří průchod pro roztavený tov přicházeící z vnětší strany nádržty do horního úseku prvního rafinačního odddtení, přičemž přepážta dovoluje pouze průchod roztaveného tovu přes vrchol přepážk^y, ledaže by dolní úsek druhého odddlení byl spojen s výstupním oddělením výstupní trubtou, tterá má ne každém konci otvor, má horní sttnu, dvě postranice a spodní stěnu a prochází přepážkou a prvním rafixačním oddělením, má dále svou dnovou stěnu usazenou na společném dnovém povrchu a má vstupní konec, tterý ústí do druhého rafinační ho oddělen a výstupní konec ústící do výstupního odddtení, a konečně výstupní oddělení tvoří průchod O vněěší straně nádržty.

Asi ve středu tsždého rafinačního oddělení je umístěno jedno rotuuící zařízení pro rozvádění plynu, tteré obsahuje hřídel opia třený hnacím ústrojím na jeho horním tonci a rotorem pevně připojerý O jeho dolnímu tonci, přičemž horní tonec je umístěn v horním úsetu odddlení a dolní tonec je umístěn v dolním úsetu odddlení.

Podstata vynálezu záleží v tom, že výstupní trubka má horní stěnu svaž^ící se dolů do vstupního tonce O výstupnímu tonci v úhlu 5 až 15° od vodorovné roviny, tde tonce výstupní trubky jsou přibližně v jedné úrovni s přepážkou a stěrou odi^^ujcí první refinační oddělení a ýstupní oddděení.

Bylo zjištdno, že přístroj podle vynálezu může být nejen pouužt te zvýšení průtoku taveniny systm^e^m, nýbrž že vede o většímu stupni rafinsce zvýšením rycHosti otáčení rotujících trysek a proudu plynu při obvyklých průtokových rychlostech. Kromě toho je možná celá řada kommbnací průtokové rycH-oos!, rychlosti otáčení a proudu plynu, než se dosáhne maximminí přípustné ztráty tlaku, čili tlakové výšky.

Vyrólez bude popsán na příkladech provedení v souuvilosti s výkresy.

Na obr. 1 je schéma půdorysu jednoho provedení přístroje podle vynálezu, na obr. 2 je schéma nárysu pro stejné provedení přístroje podle vynálezu podle roviny £-£ na obr. 1, na obr. 3 je schematický pohled zpředu na částečný řez provedení výstupní trubjcy, na obr. 4 je schéma řezu z částečného pohledu zpředu pro provedení výstupní trubky, ne obr. 5 je silepptiitý částečný řez provedením Jiné konstrukce výstupní trubky a na obr. 6 je částečný' boční průřez výstupní trubky s přepážkou.

Prvním krokem řešení podle vynálezu bylo určit, co omezuje rafinačni kapacitu známého OomppaOního přístroje. fylo zjištěno, že ommzení bylo vyvoláno pří pustlým poklesem tlakové výšky kapalného kovu při průchodu sy8tPpep. Pokles tlakové výšky je rozddl mmzi vyššd úrovrtí, na které kapalný tov vstupuje do systmmu vstupním žlabem, a nižší úrovní, na které tavenina opouští systém výstupním Žlabem.

Při maximální kapacitě 25 240 kg za hodinu je tento pokles tlakové výšky, Čiii tleková ztrltc p^ibli^^ně 50,8 až 76,2 mm. Konnigurace kommpkkního přístroje znesnadňuj, ne-li znemožňuje pracovat na této maxirnminí keppaitě nebo nad ní s nějakým vyšším poklesem tlakové výšky. Pokles úrovně kovu ve výstupním . žlabu vyvolaný větším poklesem tlekové · výšky vede k vyšším průtočxým rychlostem, což zvyšuje možnoot smísení plující pěny s proudem rafinovaného kovu. .

DdCŠÍ zjištění rychlostí výstupního proudu, které je výsledkem vyšších průtočných rydh.oe1t:í kovu, přispívá k možnostem promísení pěny. Vyyfiť průtočné rycHooti kovů také zvyšují tekutinové tření, zejména ve výstupní trubce, což zase vede k přídavné tlakové ztrátě. Dále vyšší průtokové kovu vyžaduUÍ větších otáčivých rycHostí plyno- .

oého rozváděče a vyšších rozstřikování plynu, aby se dosáhlo stejného stupně rafinační kapacity a tyto otáčivé rychlosti a rozstřikovací rychhosti také zvyšuj ztrátu tlaku. Ukázalo se tedy, že rozřešení problému spočívá v tom, jak omezit pokles tlakové výšky a přitom překonat jakékoliv záporné činitele z toho o/pil^vojjcí.

Podle obr· 1 a 2 proudí roztavený kov ve směru šipky £ do vstupního oddělení £ a pak přechází do prvního raf-načního odddlení £, kde se setkává s rotujícím plynovém rozváděčem £. Vstupní qdddlení se liší od ostatních odddlení v tom, že představuje spíše pásmo než odlišný celek. Ve skutečnooti představuje prodloužení vstupního žlabu sklánějícího se do prvního rafinačního oddělení £, poněkud na způsob skluzu, který tvoří, jak tylo uvedeno, průchod pro teveninu z vnější strany přístroje do horního úseku raflučního odddlení £.

TavcH-na potom přechází z odddlení £ přes přepážky £ do druhého rafin^^ho oddělení 6., kde se setká s rotujícím plynovém rozváděčem 8, a postupuje grafitovou výstupní trubkou ££ do výstupního odddlení £2. načež vychází ve směru . šipky 13 Pěna, která vyplynula k povrchu, je unášena do vstupního oddělení £ proti směru šipky £ e je sbírána.

jaou z vnějšku dovnitř obklopena nádržkou ve tvaru pravidelného hranolu, který má stěnu 14 ze žáruvzdorné izolační hmooy, ^znázorněnými topnými členy v komoře £2, 1Шпо^о pláštěm £6, grafitovými deskami 17 tvořícími obložení pro největší část raf-načních oddělení a část vstupního odddlení 2 a výstupního oddělení 12 ' a profilu 18 z karbidu křemíku nebo zirkonu, tvořící obložení pro vstupní a výstupní odddlení 12. a konečně deskou JL z karbidu křemíku, která slouží jako společná stěna mezi prvním rafixačním oddělením £ a výstupním oddělením 12.

Společný dnový povrch, sdílený rafinačníoi odděleními £ a £ a výstupním oddělením 12. je znázorněn jako jedna z grafitových desek £7. avšak lze spojit dohromady dvě nebo několik desek pro vytvoření společného povrchu. Prooil 18 tvoří pysk ££. což je dno výstupního žlabu. Podobný pysk je uspořádán, aoěek neznázorněn, na vstupním oddělení £ a tvoří dno vstupního žlabu· Pysky nebo průběžné žlaby vyznačuj nejnižší úroveň, na které tavenina může vstoupit do vstupního oddělen £ a opuusit výstupní oddělení 12. Celek je uzavřen víkem 2£.

S výjimkou výstupní trubky ££ a přepážky £, ilustrují právě . popsaný přístroj obvyklý · kompaatní raf-nační systém s rotujícím plynovým rozváděčem. Jak tylo shora uvedeno, zdokonalení podle vynálezu záleží o úpravě výstupní trubky ££ zvláštní konstrukce o kombinaci s dosavadním přístrojem.a zejména s oyšší přepážkou £, která je známa, avšak není normálně užívána, a jejíž vrchol je právě pod povrchem taveniny, tj. o bodě, kde tavenina může procházet volně z jednoho oddělení do druhého přes tuto přepážku 3 během chodu naprázdno. Výška přepážky bude podrobněěi vysvětlena níže.

Z výkresů je patrno, že oýatupní trubka ££ začíná u přepážky £ a výstupním

Oddělením £2. S .výhodou nepřesahuje tato výstupní trubka ££ do rcfincčěího oddělení 6, nebo do výstupního odddlení 12. Takto vstupní a výstupní konce výstupní trubky 11 jsou na jedné úrovni s přepážkou 2 a deskou £2 z karbidu křemíku, společnou pro první raf-nační oddělení £ a výstupní oddělení 12. Výstupní trubka 11 je dutá trubka, otevřená na každém konci a podle předpokladu rozdělena na čtyři kvadranty, tj. horní stěnu 23. dvě rovnoběžné postranní stěny a vodorovnou dnovou stěnu 17. Jak bylo uvedeno, svažuje se horní stěna 23 výstupní trubky 11 dolů od vstupního konce do výstupního konce v úhlu přibližně 5 až 15 stupňů od vodorovné roviny a s výhodou v úhlu 7 až 10° od vodorovné roviny, přičemž vodorovný směr je dán imaginární čarou kolmou ke směru gravitace.

MaiXmáání šířka výstupní txubky 11 je omezena poloměrem rotoru, který ovšem musí mít možnost volně se otáčet. Pro m^j^jLmaaizová^:! poklesu tlakové výšky by se zdálo, že uvedená šířka má být co největší, avšak s ohledem ne uvedené avšak čím větší msto zabírá - v rafinačním pásmu výstupní-trubka 11. tím větší je rychlost rotoru potřebná pro dosažení stejného rafinačního účinku, a čím menší je mezera mezi výstupní tiubkou a rotorem, tím větší je moonoot, že tvrdé kusy cizího ma<^e^iálu se zachytí a zlomí hřídel rotoru.

Obr. 3, 4 a 5 zn^j^e^z^jňuJ^zí tři typy konstrukce, která maxiimalzuje průřez a přitim minimalizuje problém souuvieeící a místem s mezerou, Na obr. 3 je zakřivený Žáruvzdorný díl usazen i zetmelen do drážek v bočních i ' dnových stěnách 17, přičemž stěn přístroje se užívá jako stěn výstupů trubky 11. Dílec 22 tvoří horní stěnu 23 i jednu postranní stěnu pro výstupní trubku 11 Místo, aby na spojení horní a postranní stěny byl pravoúhlý roh, ja tento roh dílce 22 zaoblen nebo akoeen, aby nebránni proudění taveniny v oddděení.

Obr. 4 i 5 jsou podobné jeko obr. 3, s tím rozdílem, že výstupní trubka 11 je provedena v jednom kuse, který je uložen po odstranění částí grafitové postranice i dnové stěny 17 a zetmelením výstupní trubky 1_1 . ne její místo. Provedení podle obr. 4 je výhodné, avšak je^ZLi jako ma(^e^l.á:L zvolen grafit, je pro praktické provedení hejjednoduHí konstrukce podle obr. 5, jel^i^k^ož m^^be tyt obráběna.

Zpravidla může být šířka výstupní trubky 11 rovna nejméně asi jedné polovině až asi třem čtvrtnnám vzdálenooti od dnové stěny £7. k vnějšímu obvodu rotoru. Kromě toho muuí být kortfigurace výstupní trubky a přepážky - £ taková, že v přepážce 2 (ovšim s výjimkou ne vrcholu přepážky), nebo ve společné desce 32 z karbidu křemíku nejsou žádné delší otvory. Jako v obr. 3, 4 a 5 je výhodné umístění výstupní trubky 11 na spojení postranní i dnové stěny 17. Je zřejmé, že průchod výstupní trubkou Л je přímý a postupně se svažující průchod rovnoměrné šířky, přičmž sklon je v horní stěně a může být proveden podle obr. 6.

Na obr. 2 i 6 jsou zobrazeny dvě áoSnnsti obrazce proudění pro výstupní trubku Ц. V obou vyobrazeních prochází kapalina výstupní trubkou 11 ve směru šipky 27. Malé bubliiky 25» které jsou hnány do výstupní trubky 11. působením rotujícího plynového rozváděče, sledují vzestupnou zakřivenou dráhu znázorněnou šipkou 26. Tyto melé bublinky se shromažďují a shlukují do větších bublin 24 na vnitřním povrchu horní stěny 23 a jsou pak unášeny ven ze vstupního otvoru výstupní trubky 31. podél dráhy šipky . 28. jejich vztlakovými silami působícími svažujícímu se hornímu povrchu výstuprá trubky 11.

V některých případech je požadováno silnější působení rotačního plynového rozváděče, i vyšší úroveň turbulence, vyvolaná tímto působením, může'způsobit, že některé velké bubliny 29 vstoupí do výstupní komoory, jak je znázorněno šipkou 31. Bibliny ve výstupním odddlení jsou nežádoucí, jelikož stoupej k povrchu a vyvolávají povrchové víření, které může unášet plujcí kůru nebo kysliúnikové vrstvy do proudu kovu, čímž vylučuje jeden z účelů rafinačního systému, tj. odstraněn:! pevných ^mělků. Zatímco vyirález dosud popsaný odstraňuje mmlé'bublinky jak při normáních i vyšších pracovních podmínkách a velké bubliny při normáních podm^n^ách je pro zajištění odstranění velkých bibbin při vyšších rychlostech rotujícího plynového rozváděče upraven v horní stěně 22 pobbíž výstupního konce výstupní trubky 11 malý stupeň J0, nebo výčnělek.

Velké bubliny, které mohou nyní začít se pohybovat směrem к výstupnímu oddělení 12j jsou zadrženy stupněm 30. Když turbulence na okamžik klesne ne vstupu do výstupní trubky ££ v důsledku trvale se měnícího obrazce proudění uvnitř rafinečního pásma £, vypustí se velké bubliny 29 ze vstupního konce výstupní trubky 11 podél Šipky 28 v podobě velkých bublin 24.

Přepážka 2 ^{30 3} výhodou provede co nejvyšši, pokud je ještě možné sbírat vrstvu pěny ze vstupu do vstupního oddělení £. Při normálním použití, když systém je v nečinném stavu, tj. neprovádí rafinaci, je úroveň kapaliny snížena к pysku 33 vstupního oddělení 2_t nebo výstupního oddělení 12 podle toho, který je níže. Vrchol přepážky £ je umístěn nepatrně pod touto úrovní, například asi 38,10 mm, takže nepřekáží volnému pohybu pěny z druhého rafinačního pásma směrem ke vstupnímu oddělení 2,

Claims (5)

1. Přístroj pro rafinaci roztaveného kovu, který v kombinaci obsahuje nádržku se čtyřmi odděleními, ae vstupním oddělením, prvním a druhým rafinačním oddělením, jež jsou oddělena přepážkou, a výstupním oddělením, odděleným od prvního rafinačního oddělení společnou stěnou a poslední tři oddělení sdílejí společný dnový povrch, přičemž především vstupní oddělení tvoří průchod pro roztavený kov přicházející z vnější strany nádržky do horního úseku prvního rafinačního oddělení, kde přepážka je konstruována pouze pro průchod roztaveného kovu přes vrchol přepážky, ledaže by dolní úsek druhého oddělení byl spojen a výstupním oddělením výstupni trubkou, která má na každém konci otvor, má horní atěnu, dvě postranice a spodní stěnu a prochází přepážkou a prvním rafinačním oddělením, má dále svou dnovou stěnu usazenou na společném dnovém povrchu a má vstupní konec, který ústí do druhého rafinačního oddělení a,výstupní konec ústící do výstupního oddělení, a konečně výstupní oddělení tvoří průchod к vnější straně nádržky, přičemž ve středu každého rafinačního oddělení, je umístěno jedno rotující zařízení pro rozvádění plynu, které obsahuje hřídel, opatřený hnacím ústrojím na jeho horním konci a rotorem, pevně připojeným к jeho dolnímu konci, přičemž horní konec je umístěn v horním úseku oddělení a dolní konec je umístěn v dolním úseku oddělení, vyznačující se tím, že horní stěna (23) výstupní trubky (11) se svažuje dolů od vstupního konce к výstupnímu konci v úhlu 5 až 15 stupňů od vodorovné roviny a že konce výstupní trubky (11) jsou přibližně v jedné úrovni s přepážkou (5) a stěnou, oddělující první rafinační oddělení (3) a výstupní oddělení (12).

2. Přístroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že úhel sklonu je s výhodou 7 až 10 stupňů.

3. Přístroj podle bodu 1, vyznačující ae tím, že spojení horní stěny (23) a postranní stěny obrácené к rotoru je zaobleno nebo skoseno.

4. Přístroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že v úseku horní stěny (23) poblíže výstupního konce je stupeň (30), například výstupek, dostatečné velikosti pro polapení velkých bublin.

5. Přístroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že výstupní trubka (11) je tvořena monolitickým celkem, částečně uloženým ve stěnách prvního rafinačního oddělení (3).