CS47892A3 - Refining chamber for aluminium refining - Google Patents

Description

JUDr. sVSíSoš VšřTF.ČKA advokát W Γ-ςη---, «604 PRAHA 1,Žitná25 _ι_ I ?! “ * r > > i RAFINAČNÍ KCMORA PRO RAFINACI HLINÍKUi

Oblast techniky j | "* 2 1

Vynález se týká rafinační komory-pro Tárlnaci" hliníku izolo- vané a opatřené žáruvzdorným, vyložením, uzpůsobené pro umístěnísestavy spřádacích trysek pro vstřikování saturačního plynu doroztaveného hliníku přítomného v rafinační komoře během opera-cí rafinace hliníku.

Dosavadní stav techniky

Roztavený hliník získaný z nejběžnějších zdrojů; jako jeprimární kov, odpad a roztavené ingoty, musí být obvykle vyčiš-těn před litím do ingotů, plechů nebo tyčí. To může být provede-no probubléváním inertního plynu, například dusíku nebo argonu,hliníkem v roztaveném stavu. V některých způsobech provedeníse přidává plynný halogen, obvykle chlor, nebo se pro takovéúčely čistění používá samotný plynný halogen. Tento typ zpra-cování může odejmout rozpuštěný vodík, alkalické kovy jako so-dík a lithium a malé pevné částice jako je oxid hlinitý, účin-nost daného objemu plynu při takovém zpracování se zvyšuje tím,že se zmenší velikost bublin plynu v roztaveném hliníku, čímžse zvětší celková plocha styku plynu s kovem. Účinnost bublinplynu se také zvýší dispergováním bublin plynu v tělese zpraco-vávaného roztaveného hliníku. Jedna velmi účinná cesta pro vy-tvoření malých bublin a jejich dispergování spočívá v použitíspřádací trysky umístěné v tělese roztaveného hliníku. Pro ten-to účel jsou dosažitelné komerční systémy, totiž systémy SNIFspolečnosti Union Carbide Industrial Gases lne. pro linkovourafinaci kovů tekoucích ze zásobníku do licího stanoviště.Patentový spis Spojených států amerických číslo 4,784,374 při-hlašovatele Peltona popisuje a znázorňuje zvláštní provedenízmíněného systému SNIF.

Rychlost rafinace takového systému spřádacích trysek můžebýt zvýšena zvýšením rychlosti proudu plynu použitého v procesu.Obvykle je také nutné zvýšit rychlost otáčení trysek k dosaže-ní žádaného vytváření malých bublin a dispergování zmíněných ma-lých bublin v roztaveném hliníku v rafinační zóně systému. Tako-vé zvýšení proudu plynu a rychlosti otáčení trysek je obvyklespojeno se zvýšenou turbulencí na povrchu roztaveného hliníku.Maximální rychlost rafinace daného rafinačního systému je vsakomezena maximální povrchovou turbulencí nebo připuštěnou drsností. -2-

Nadměrná povrchová turbulence je v rafinačním systému ne-žádoucí z několika důvodů. Zvětšená plocha povrchu kovu tím vy-tvořená vede k větší reakci s reaktivními plyny, které mohoubýt přítomné. Tak například vzdušný kyslík bude reagovat k vy-tváření filmů oxidu hlinitého a vodní pára ze vzduchu bude rea-govat k vytváření vodíku a oxidových filmů v kovu. Dále, kdyžjsou k povrchu roztaveného kovu bublinami rafinačního plynupřiváděny pevné částečky, může povrchová turbulence rušit je-jich žádané odlučování z bublin a jejich vnesení do tekuté vrst-vy strusky vytvořené na tělese roztaveného hliníku. Nadměrná tur-bulence může také způsobit, že struska je znovu rozptýlena v ka-palném hliníku. Kvantitativní vztahy nadměrné povrchové turbulencese měří obtížně a zkušenost odborníků v rafinaci hliníku ukazujenevhodnost vysoké povrchové turbulence. Je tedy záhodno omezitpovrchovou turbulenci na úroveň přijatelnou v praxi.

Je snaha zvýšit rychlost rafinace hliníku systémy spřádacíchtrysek. Je tedy žádoucí zvýšit rychlosti proudění plynu i otáčenítrysek pro zvýšení maximální užitečné rychlosti rafinace bez nad-měrného zvýšení povrchové turbulence, jaké bylo v přítomnosti po-zorováno v takových systémech spřádacích trysek. Úkolem předloženého vynálezu tudíž je vytvořit zlepšený sys-tém pro rafinaci hliníku.

Jiným úkolem předloženého vynálezu je vytvořit rafinačnísystém používající jednu nebo více spřádacích trysek a schopnýpracovat zvýšenými rychlostmi rafinace. Dále je úkolem předloženého vynálezu vytvořit systém rafi-nace hliníku se spřádacími tryskami schopný pracovat při vyššíchrychlostech proudu plynu i otáčení trysek bez odpovídajícíhozvýšení turbulence na povrchu roztaveného kovu.

Podstata vynálezu

Vynález řeší výše uvedené úkoly tím, že vytváří rafinačníkomoru pro rafinaci hliníku izolovanou a opatřenou žáruvzdornýmvyložením a uzpůsobenou pro umístění sestavy spřádací trysky provhánění saturačního plynu do roztaveného hliníku přítomnéhov komoře během operací rafinace hliníku, jejíž podstataspočívá v tom, že u dna napříč rafinační komory je umístěnažáruvzdorná přepážka pod rotorem sestavy spřádací trysky umís-těné v rafinační komoře pro operace rafinace hliníku, takže -3- přepážka slouží ke změně rozložení proudu roztaveného hliníkuv rafinační komoře při jejím užití pro operace rafinace proumožnění vyšších proudů plynu a/nebo vyšší rychlosti otáčenítrysek bez nadměrné povrchové turbulence roztaveného hliníku,čímž se umožní dosažení zvýšených rychlostí rafinace ve zmíně-né rafinační komoře.

Podle výhodného provedení předloženého vynálezu je přepáž-ka umístěna pod středem rotoru sestavy spřádacích trysek umís-těné v rafinační komoře.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu jepřepážka vyrobena z karbidu křemíku.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuje výška přepážky v její části blízké pod rotorem rovna od 50,6mm do 203,2 mm.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu mápřepážka zdvižené koncové části v blízkosti stěn rafinační ko-mory.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuje vzdálenost mezi horní plochou přepážky a spodní plochou ro-toru od 12,7 mm do 101,6 mm.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezumá rafinační komora pravoúhlé uspořádání.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuje přepážka umístěna svisle rovnoběžně s jednou stěnou rafinačníkomory.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezurafinační komora obsahuje alespoň dva rafinační oddíly, přičemžpřepážka je umístěna alespoň v jednom rafinačním oddílu.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezumá přepážka obdélníkový příčný průřez.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezumá přepážka trojúhelníkový příčný průřez.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezurafinační komora obsahuje sestavu spřádacích trysek s rotoremumístěným v rafinační komoře.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezurotor sestavy spřádacích trysek obsahuje lopatky vystřídanédrážkami a rozmístěné stejnoměrně po obvodu rotoru.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezujsou drážky pouze v části délky rotoru od jeho horní plochy -4- zatímco zbývající část je prostá drážek a obsahuje otvory proprůtok roztaveného hliníku»

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezučást rotoru prostá drážek má výšku rovnou od 20% do 40% výškylopatek rotoru.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezučást rotoru prostá drážek má výšku 30% výšky lopatek rotoru.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuplocha otvorů v části rotoru prosté drážek je od 25% do 75% celé plochy rotoru. a

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezučást rotoru prostá drážek má výšku od 20% do 40% celkové výš-ky lopatek, přičemž výška přepážky je od 50,8 mm do 203,2 mma vzdálenost mezi horní plochou přepážky a spodní plochou ro-toru je od 12,7 mm do 101,6 mm»

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezusestava spřádacích trysek zahrnuje stator umístěný nad rotorem.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuje průměr statoru větší než průměr rotoru.

Vynález dále vytváří rotor pro sestavu spřádacích trysekpro vstřikování saturačního plynu do roztaveného hliníku pří-tomného v rafinační komoře při rafinaci hliníku, jehož podstataspočívá v tom, že má lopatky vystřídané drážkami na svém obvodukteréžto drážky mají rozsah pouze v části délky rotoru od jehohorní plochy zatímco zbývající část je prostá drážek a obsahujeotvory pro průtok roztaveného hliníku při použití rotoru prooperace rafinace hliníku, takže část rotoru prostá drážek aotvory v ní řídí svislý proud hliníku v rafinační komoře, zejména ve spojení se svislou přepážkou umístěnou u dna rafinační komory napříč rafinační komory pod zmíněnou tryskou pro umožněnívětšího proudu plynu a/nebo rychlosti otáčení trysky bez nadměrné povrchové turbulence roztaveného rafinovaného hliníku.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezujsou otvory umístěny v nejvíce vnitřní části drážek.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezumá část rotoru prostá drážek výšku od 20% do 40% celkové výškylopatek.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuplocha otvorů v části rotoru prosté drážek je od 25% do 75%celkové plochy rotoru. -5-

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezurotor obsahuje stator pro průtok saturačního plynu pro jeho vý-stup do rotoru.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuje průměr statoru větší než průměr rotoru.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuje svislá mezera mezi horní plochou rotoru a spodní plochou sta-toru velmi malá, řádu 0,508 mm pro vyvození spádu tlaku pro vy-tvoření stejnoměrného proudu plynu rotorem.

Podle dalšího výhodného pyovedení předloženého vynálezumá stator na spodní ploše výstupek a rotor má na horní plošeodpovídající výklenek, přičemž mezi válcovými plochami výstupkua výklenku je malá mezera k vytvoření spádu tlaku pro vyvíjenístejnoměrného proudu plynu rotorem.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu jezmíněná malá mezera řádově 0,635 mm.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu jesvislá mezera mezi horní plochou rotoru a spodní plochou statoruřádově 1,5875 mm* Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l je půdorysrotoru spřádací trysky použitého v systému SKIF, obr.2 je ná-rys rotoru z obr.l, obr.3 je půhorys jiného provedení rotoruspřádací trysky používaného bez statoru, obr.4 je nárys rotoruz obr.3. obr.5 je nárys linkové rafinačni komory pro rafinaciroztaveného hliníku s typickou spřádací tryskou a přepážkouv osovém řezu a v provedení podle předloženého vynálezu, obr.6je půdorysný řez rafinačni komorou z obr.5, obr.7 je příčný řezpřepážkou umístěnou na dnu rafinačni komory podle předloženéhovynálezu, obr.8 je svislý částečný řez rafinačni komorou podlepředloženého vynálezu se zvláštním provedením přepážky, obr.9je svislý podélný řez dalším provedením rafinačni komory podlepředloženého vynálezu, obr.10 je půdorysný řez rafinačni komo-rou z obr.9, obr.11 je půdorys zvláštního provedení rotoru spřá-dací trysky pro rafinačni komoru podle předloženého vynálezu aobr.12 je částečný osový řez statorem a rotorem spřádací tryskys rotorem z obr.11, pro použití v rafinačni komoře podle předlo-ženého vynálezu. -6- Příklady provedeni vynálezu

Spřádací tryska pro účely předloženého vynálezu zahrnujevýlcový rotor mající vyčnívající lopatky a nějaký prostředek pro zavádění pracovního plynu do prostoru mezi lopatkami. Rotor 1použitý v systému SNIF zmíněném výěe je znázorněn na obr.l a 2výkresů a je nasazen na hřídeli 2 opatřeném neznázorněným hnacímzařízením pro otáčení rotoru 1. Rotor 1 má lopatky 2 vyčnívají-cí z tělesa rotoru 1 a rozmístěné stejnoměrně po jeho obvodu.·Mezi lopatkami 2 jsou drážky £. Rotor 1 je znázorněn v obr.2spolu se statorem 2 umístěným kolem hřídele 2. nad rotorem 1.Pracovní plyn, který je tlačen dolů mezerou mezi hří‘delem 2 astatorem 2 proudí do rotoru 1 radiální mezerou 6 mezi horní plo-chou rotoru 1 a spodní plochou statoru 2° V provedení znázorněném v obr.3 a 4 je rotor 2 spřádacítrysky použit bez odpovídajícího statoru. V tomto provedení jerotor 2 uložen na hřídeli 8 a má lopatky 2 rozmístěné stejnoměr-ně po jeho obvodu s drážkami 10 mezi sousedními lopatkami 2·Hřídel 8 má osový vývrt 11 pro přívod pracovního plynu do roto-ru 2· vhánění pracovního plynu do drážek 10 mezi lopatkami 2jsou v rotoru vyvrtány radiální otvory 12 mezi osovým vývrtem 11 a drážkami 10.

Typická spřádací tryska pro linkovou rafinační soustavu prorafinaci roztaveného hliníku je znázorněna na obr.5 výkresů. Másestavu rotor-stator podle obr.l a 2 znázorněnou na obr.5 pouzeschematicky. Tento systém obsahuje rafinační komoru 12, kteráje izolovaná, opatřená žáruvzdorným vyložením a má izolační víko 14. :vtok 15 pro roztavený hliník a výtok l£ pro rafinovaný hliníkumístěné na protilehlých stranách rafinační komory 12. Běhemzpracování je udržována hladina 17 roztaveného hliníku a sesta-va 18 spřádací trysky je umístěna v roztaveném hliníku pod hla-dinou 17. Stator 19. a hřídel 20 jsou obklopeny roztaveným hli-níkem a vyčnívají z rafinační komory izolačním víkem 14' směremnahoru. Rotor 21 je tumístěn pod statorem 19 pro snižování veli-kosti bublin plynu v mezeře 22 mezi statorem 19 a rotorem 21 apro rozptylování bublin plynu v celém tělese 22 roztaveného hli-níku přítomném v rafinační komoře 13 během operace rafinace hli-níku v ní.

Roztavený hliník plynule vtéká do rafinační komory 13 vtokem 12 a je plynule rafinován působením spřádací trysky 18 jak tatomíchá těleso 23 roztaveného hliníku a rozptyluje přiváděný plyn -7- do malých plynových bublin a tyto bubliny rozděluje v roztavenémhliníku. Rafinovaný roztavený hliník je plynule odváděn z rafi-načbí komory 13 výtokem 16. Struska vznikající vylučováním pev-ných částeček a alkalických kovů r roztaveného hliníku plave najeho povrchu a odvádí se z něho. Vodík odstraněný z roztavenéhohliníku bublinami pracovního plynu vniká do prostoru 24 plynunad hladinou 17 rozvaveného hliníku a odvádí se z rafinační ko-mory 13 spolu se spotřebovaným pracovním plynem. V praktickém provedení vynálezu je napříč dna vnitřku rafi-nační komory 13 pod rotorem 21 umístěna svislá přepážka 23 prozvýšení maximální užitečné rafinační kapacity systému rafinacehliníku se spřádací tryskou 18. Jak je znázorněno v obr.6, pře-pážka 25 je s výhodou umístěna pod středem rotoru 21. Přepážka23 může být jednoduchá obdélníková deska ze žáruvzdorného mate-riálu dostatečné tlouštky aby měla pevnost odpovídající zamýšle-nému účelu. Vhodný tvar přepážky 23 v praktických pracovních systémech je znázorněn v obr,7. Přibližně trojúhelníkový příčný průřez přepážky je dostatečně pevný, aby odolával mechanickému po-škození během čistění po rafinaci a také vytváří šikmé povrchykteré usnadňují čistění dna rafinační komory 13 oproti, svislýmpovrchům přepážky 23 v provedení podle obr.5o V provedení podle obr.8 je znázorněna přepážka 23 majícíčást 26 stálé výšky uprostřed a v blízkosti rotoru 21 a šikméstoupající koncové části 27 a 28 směrem k bočním stěnám rafi-nační komory 13. Toto uspořádání přepážky 23« jak bylo zjištěno,dává mírné zvýšení účinnosti rafinace, nepředstavuje však pod-statné opatření podle předloženého vynálezu.

Spřádací tryska 18 použitá při rafinaci hliníku je obvyk-le umístěna ve středu pravoúhlé rafinační komory 13 znázorněnév obr.6. Nicméně je třeba uvést, že spřádací tryska 18 může býtumístěna i mimo střed v rafinační komoře 12, je-li to z nějakýchdůvodů výhodné, například z důvodů konstrukce nebo přístupu. V každém případě přepážka 23 podle vynálezu bude s výhodou umís-těna pod středem rotoru 21 spřádací trysky 18. Je třeba uvést,že když rafinační komora 13 je obdélníková s přibližně svislýmistěnami, přepážka 23 může být umístěna rovnoběžně s některoukratší stranou, jak je znázorněno v obr.6, nebo s delší stranouobdélníka. Obecně je však nejúčinnější, když je umístěna rovno-běžně s kratší stranou. Rafinační komora 13 může také mít šikmoustěnu, jako je stěna 29 v obr.9, na j ednom konci rafinační komo-ry 13 nebo na jedné její straně, pro usnadnění čistění nebo -ε- vyprézdněni rafinační komory 13. V takových provedeních je přepážka 25 přednostně umístěna rovnoběžně se spodním okrajem šikmé stěny 2£· Užitečná výška přepážky 25 podle vynálezu bude záviset naprovozních podmínkách každé jednotlivé rafinační aplikace, to jena velikosti rafinační komory 13 a na použité spřádací trysce 18Typické rafinační systémy, které se v současnosti používají, ma-jí spřádací trysky 18 o průměru od 177,8 2® do 254 mm. a výšce od 63,5 mm do 101,6 mm. Typické rafinační komory 18 mají šířku ad508 mm do 762 mm, délku od 762 mm do 1016 mm a hloubku roztave-ného hliníku od 635 mm do 889 mm. Pro systémy těchto‘rozměrů jevýška přepážky 25 podle vynálezu rovna typicky od 50,8 mm do203,2 mm nebo více, přednostně od 76,2 mm do 127 mm·

Vzdálenost mezi horním okrajem přepážky 25 podle vynálezua spodní plochou rotoru 21 spřádací trysky 18 může být rovnaod 12,7 mm do 101,6 mm nebo více. Je třeba uvést, že velmi malámezera, to je například 12,7 mm, bude dobře působit při poměrněčistém roztaveném hliníku. V praxi však mohou být v roztavenémhliníku přítomny malé tvrdé kousky žáruvzdorných materiálů z čás-tí zpracovací linky před rafinační komorou 13. Takové kousky žá-ruvzdorných materiálů se mohou dostat mezi přepážku 25 a rotor21 a mohou způsobit lom rotoru 21 nebo jeho hřídele typicky vy-robeného z grafitu. Z praktických provozních důvodů je tedy 0-becně žádoucí použít mezeru o velikosti od 50,8 mm do 76,2 mmmezi horním okrajem přepážky 25 a spodní plochou rotoru 21.

Mezera o velikosti 50,8 mm nad přepážkou 25 vysokou 101,6 mmvyloučí náhodná poškození většinou druhů a velikostí kusů ze žá-ruvzdorných materiálů obvykle nalézaných v systémech SKIP prorafinaci hliníku.

Praktické provádění vynálezu bylo znázorněno v následují-cích příkladech založených na typických zkouškách vodních modelů.Pro tyto účely byly použity modely rafinační komory 13. a spřáda-cí trysky 18 skutečné velikosti. Voda obíhala modelem volumetric-kou rychlostí proudění ekvivalentní vyhodnocené rychlosti proudě-ní roztaveného hliníku. Kyslík se rozpouští ve vodě probublává-ním vzduchu v oddělené komoře a byl měřen obsah kyslíku rozpuš-těného ve vtékající i ve vytékající vodě. Vtékající voda obsa-hovala obecně asi 7 ppm rozpuštěného kyslíku. Spřádací tryskabyla provozována s dusíkem jako pracovním plynem. Simulace čin-nosti trysky ve vodním modelu tedy působila k odloučení kyslíkuz vody ve množství odpovídajícím množství odlučovaného vodíku -9- z roztaveného hliníku při skutečném provédění rafinace hliníku0Chování systému je odvozeno z měření odlučování kyslíku při růz-ných rychlostech proudění kapaliny, parametrech činnosti trysky,například proudu plynu, rychlosti otáčení a návrhu a celkovém ná-vrhu rafinačníhi systému..

Protože při skutečném procesu je pracovní plyn v systému ra-finace hliníku zahřát na teplotu asi 700 °C, rozpíná se asi natrojnásobný objem při podmínkách okolí. K zajištění stejného obje-mu plynu ve vodě použité při zkouškách s vodním modelem jako jepoužit v roztaveném hliníku rafinovaném ve skutečnosti, je proudplynu ve vodním modelu nastaven na trojnásobek modelovaného nebosimulovaného proudu plynu. V následujících příkladech se údajeo proudu plynu týkají spíše proudu plynu, který má být simulo-ván než trojnásobku objemu skutečně použitého. Příklad 1

Byl vyroben model rafinačního systému znázorněného v obr. 9a 10. Jak je patrno z obr.10, model simuluje systém se dvěmatryskami, ve kterém rafinační komora 30 má dělicí stěnu 21» kte-rá slouží k rozdělení pracovního prostoru ve dva oddělené rafi-nační oddíly. Roztavený hliník se přivádí vtokem 33 do prvníhooddílu 32 a rafinovaný hliník se ze systému odvádí výtokem 34ze druhého oddílu 33» V dělicí stěně 31 je přepouštěcí otvor 36pro přetékání roztaveného hliníku z prvního oddílu 3.2 do druhé-ho oddílu 35« První sestava spřádací trysky 37 je v prvním od-dílu 32 a druhá sestava spřádací trysky 38 je ve druhém oddílu 3J5>®

Každý oddíl 32.35 šířku 609,6 mm a délku 762 mm. Šikmástěna 2£ každého oddílu 32,33 měla sklon 20° pro usnadnění vy-prázdnění a čistění. Hloubka kapalného hliníku během činnostibyla asi 762 mm. Trysky 37 a 38 byly středěny ve směru šířky.

Každá tryska byla umístěna ve vzdálenosti 304,8 mm od zadní stěnypro zajištění vhodného přístupu pro čistění z přední strany mode-lu. Použité rotory a statory byly typu znázorněného v obr. 1 a 2.Vnější průměr rotoru byl 190,5 mm a výška rotoru byla 61,91 mm.Rotor měl osm lopatek o délce 31,75 mm a šířce 25,4 mm. Spodníplocha rotoru byla umístěna ve výšce 114,3 mm nad dnem rafinačníkomory 30 v obou oddílech 32,35» Když je takový systém provozo-ván ve slévárně hliníku, je maximální rychlost rafinace obvyklenastavena při 4,5 CFM argonu na trysku při rychlosti otáčenítrysky asi 500 ot.min'”^. Za těchto podmínek je povrch kovu vevětšině praktických operací nepřípustně turbulentní. -10-

Mnohem hladší a vhodnější stav povrchu se získá při provozupouze se 3 Cíli proudu argonu a rychlosti otáčení 450 ot.min”^oTyto podmínky se obvykle používají v praxi ačkoliv rychlost ra-finace, jak byla měřena při zkouškách na vodním modelu, je sníže-na asi na 75# rychlosti rafinace získané při maximálních hodno-tách proudu plynu a rychlosti otáčení trysky. Při zkoušení těch-to dvou provozních podmínek simulací na vodním modelu bylo zjiš-těno, že výsledná povrchová turbulence velmi dobře souhlasilas pozorovanou turbulencí zjištěnou při činnosti skutečného ra-finačního systému.

Podle vynálezu byla přepážka 39. která měla výšku 88,9 mm atlouštku 19,05 mm, umístěna pod střed rotoru trysek 37 a 38 arovnoběžně se šikmou stěnou 29 a zadní stěnou rafinační komory30. Když byl takto pozměněný systém provozován při 610 ot.mina při simulované rychlosti proudu plynu 5 Cílí, byl povrch dobrý,to je bez nežádoucí turbulence, jako byl bez přepážky 39 při 500 ot.min"’1 a 4,5 CFM, avšak rychlost rafinace byla výhodnézvýšena o více než 50%. Když byl obmněněný systém provozován přisimulované rychlosti otáčení 450 ot.min“1 a při 3 CFM, povrchkapaliny byl tak hladký, jako byl bez přepážky 39 v systému apři 450 ot.min”1 a při 3 CFM, avšak rychlost rafinace byla zvýše-na asi o 35 %. Příklad 2

Rotor typu znázorněného v obr.3 a 4 byl umístěn ve středupravoúhlé rafinační komory o rozměrech 609,6 x 762 mm se všemistěnami svislými. Hloubka kapaliny během činnosti byla udržová-na asi na 762 mm. Rotor 2 měl průměr 254 mm a výšku 101,6 mma měl osm lopatek £. Pracovní plyn byl vpouštěn otvory 12 v ro-toru 2 mezi lopatkami 2 Pro výtok do drážek 10 mezi lopatkami 2·Spodní plocha rotoru 2 byla umístěna ve výšce 76,2 mm nad dnemrafinační komory. Maximální provozní podmínky pro poměrně hlad-ký povrch byly při simulovaném proudu plynu 3 CFM při rychlostirotoru 2 rovné 200 ot.min”1. Za těchto podmínek vznikaly nežá-doucí občasné erupce z povrchu kapaliny způsobené nežádoucí exis-tencí velkých bublin plynu.

Tryska byla potom zdvižena o 50,8 mm k vytvoření mezery o ve-likosti 127 mm a pod střed rotoru 2 byla umístěna přepážka o výš-ce 88,9 mm a tlouštce 19,05 mm rovnoběžně s kratší stěnou rafinač-ní komory. V tomto provedení vynálezu mohla být tryska provozová-na při simulované rychlosti 5 CFM proudu plynu a rychlosti otáčení -11- 250 ot.min-1 při povrchu kapaliny tak hladkém jako při nižšíchmaximálních pracovních podmínkách obvyklé praxe. Povrch kapalinypři praktickém provádění vynálezu byl lepší než podle dosavadní-ho stavu techniky v tom smyslu, že se nevyskytovaly výše zmíněnéobčasné erupce z povrchu kapaliny. Dále byla při provádění vyná-lezu rychlost rafinace zvýšena o 70%.

Ve výhodném provedení vynálezu byly vyšší rychlosti při danédrsnosti povrchu dosaženy zvláštním provedením rotoru ve spojenís použitím přepážky 39 podle vynálezuo Tento rotor je znázorněnv půdorysu na obr.11 a v nárysu spolu se statorem požadovanéhotvaru na obr.12. Podstatný rozdíl mezi zvláštním rotorem podlevynálezu a obvyklým rotorem s lopatkami je v tom, že vtok kapa-liny ze dna rotoru je částečně omezen, zatímco vtok kapaliny zhorní strany rotoru omezen není. Zvláštní návrh rotoru také smě-ruje proud kapaliny od dna do spodní oblasti rotorových drážeka převážně směrem nahoru. Kromě toho toto zvláštní uspořádánírotoru vytváří na jeho spodní obvodové hraně spojitý kruhovýtvar rotoru. Tento tvar je mnohem méně náchylný k poškozenítvrdými pevnými kusy cizího materiálu, které mohou být vraženydo rotoru během činnosti rafinační komory.

Rotor 40 zvláštního provedení podle vynálezu je podle obr.11nasazen na hřídeli 41 a má lopatky 42 rovnoměrně rozmístěné poobvodu s drážkami 43 mezi lopatkami 42. Z obr.12 je zřejmé, ženarozdíl od provedení rotoru podle obr.l až 4 drážky 43 mepro-bíhají v celé výšce sousedních lopatek 42. nýbrž pouze v úsecích44. Pod úsekem 44 je část 45 prosté drážek, která spolu s lopat-kami 42 tvoří válcovou spodní část 46 rotoru 40. jak je patrnoz obr.11. Pro vytvoření průtoku pro roztavený hliník z oblastipod rotorem 40 do úseku 44 drážky jsou v části 45 prosté drážekvytvořeny otvory 47. Otvory 47 jsou přednostně umístěny co nejvíceuvnitř části 45 prosté drážek a zajištují průtok roztavenéhohliníku do úseku 44 drážek 43. zejména do jeho nejvíce vnitřníčásti pro dosažení zvýšeného proudu roztaveného hliníku. Při použití vynálezu je žádoucí, aby pracovní plyn vtékaldo rotoru 40 plynule a rovnoměrně do všech úseků 44 drážek 43.Nicméně turbulentní pohyb kapaliny když se přibližuje k rotorushora má sklon působit nepravidelný přítok plynu k rotoru. Kdyžnapříklad kapalina momentálně proudí k rotoru rychleji z jehojedné strany, má sklon odhánět plyn proudící na oné straně a zvy-šovat proud k jiným částem rotoru. Tento sklon může být omezen -12- vytvořením mezery 49 mezi horní plochou rotoru 40 a spodní plo-chou statoru 48 velmi malé k vytvoření značného tlakového spáduv této oblasti. V praxi má být velikost této mezery 0,508 mm ne-bo méně pro většinu provedení. Nastavení této mezery se provádípři sestavování statoru a rotoru v místě použití a vyžaduje přes-nou práci. Kromě toho se velikost mezery 49 může poněkud měnitpři provozu vlivem změn teploty,, Pro řízení proudu plynu v prak-tickém provozu je tedy třeba vhodnějšího prostředku,.

Jak je znázorněno v obr.12, výhodný prostředek pro dosaženížádaného řízení proudu plynu je vytvoření výstupku 50 na statoru48 a odpovídajícího výklenku 51 na rotoru 40. Rovnoměrnější prou-dění plynu rotorem 40 je potom dosaženo radiální mezerou 52 mezivnějším průměrem výstupku 50 a vnitřním průměrem výklenku 51 nastraně u úseků 44 drážek 43 rotoru 40o Tato radiální mezera 52může být kontrolována při výrobě a není závislá na pečlivé mon-táži zařízení v místě provozu. Velikost radiální mezery 52 budeobecně asi 0,635 mm, může však být i větší nebo menší v závis-losti na celkové konstrukci jednotky a rafinační komory a na způ-sobu použití. V tomto výhodném provedení vynálezu může být výškavýstupku 50 i výklenku 51 asi 6,35 mm. Svislá mezera 49 mezispodní plochou statoru 48 a horní plochou rotoru 40 a mezi spod-ní plochou výstupku 50 statoru 48 a dnem výklenku rotoru 40může být poněkud větší, například 1,6 mm, přičemž přesná hodno-ta není kritická pro žádané účely řízení proudu plynu. Jak jeznázorněno v obr.12, pracovní plyn proudí dolů vtokem 53 při-lehlým k ložisku 54 hřídele rotoru a otvorem 55 do mezery 49zahrnující malou radiální mezeru 52 pro žádané řízení prouduplynu. Plyn vytéká z mezery 49 a vtéká do úseků 44 drážek 43plynule a rovnoměrně. Průměr statoru 48 je s výhodou nepatrněvětší než průměr rotoru 40, to znamená průměr u spodního koncelopatek 42, takže pracovní plyn je nucen proudit dolů do drážek43 rotoru 40 dolů směřujícím proudem roztaveného hliníku a žád-ný pracovní plyn nemůže unikat směrem nahoru a vylinout se rozptý-lení působením rotoru 40. Když se nepoužije žádný stator 48, zavádí se pracovní plyn do rotoru 40 otvory, které vedou do mezermezi lopatkami 42 jak je znázorněno na obr.3 a 4. V nepřítom-nosti statoru 48 může být žádoucí použít válcovou podpěru propodstatné zdvojení funkce statoru při směrování proudu pracov-ního plynu směrem dolů.

Plocha otvorů 47 v části 45 prosté drážek ve vztahu k cel-kové ploše drážek 43 v úseku 44· drážek 43 je obecně od 25% -13- do 75%, výhodně 50%«. Výška části 45. rotoru prosté drážek jeobec— ně od 20% do 40% celkové výšky rotoru.40. výhodně 30%.

Rotor znázorněný na obr.ll má na spodní ploše zaoblenouhranu a otvory 47 pro vtok roztaveného hliníku ze spodní stra-ny rotoru 40 mají také zaoblené hrany. Poloměry zaoblení těchtohran nejsou kritické pro činnost rotoru 40 a vyplývají z obvyk-lých postupů a prostředků strojního obrábění. Příklad 3 Při dalších zkouškách byl použit systém popsaný v příkladu1 s použitím přepážky podle vynálezu, až na to, že bylo použitovýše popsané zvláštní uspořádání rotoru spolu se statorem výhod-ného tvaruo Rotor měl stejné hlavní rozměry jako rotor použitýv příkladu 1 až na část 45 prostou drážek u spodní plochy rotoru.Tato část 45 prostá drážek měla výšku 19,05 mm a otvory 47 a po-loměry rohů byly vytvořeny stopkovou frézou 19,05 mmo Otvory 47měly délku 31,75 mm a šířku 19,05 mm. Stator měl vnější průměr 139,7 mm a jeho vnější okraj přesahoval základnu drážek 43o 6,35 mm. Při zkouškách na vodním modelu s použitím zvláštního rotorubylo zjištěno, že rotor by mohl být provozován při 600 ot.min*’^při simulovaném proudu plynu 5 CFM, což by dalo stejný, velmižádoucí hladký povrch kapaliny dříve získaný pouze při simulo-vaném proudu plynu 3 CFM a 450 ot.min-·1·. Rychlost rafinace do-sažitelná tímto provedením při provozu, za podmínek hladkého po-vrchu byla o 100% vyšší než ta, která byla dosažitelná při pou-žití obvyklého uspořádání rotoru v rafinační komoře bez přepáž-ky 3,9 podle vynálezu, avšak za podmínek hladkého povrchu jak uve-deno výše o

Praktické provádění vynálezu způsobuje výhodný pokrokv oboru rafinace hliníku. Umístění popisované přepážky 39 v ra-finační komoře 30 slouží ke změně rozdělení proudu roztavenéhohliníku uvnitř rafinační komory 30 a umožňuje vysoké proudy plynua/nebo rychlosti otáčení trysky k dosažení zvýšených rychlostírafinace hliníku bez připuštění nadměrné povrchové turbulenceroztaveného hliníku, která jinak omezuje žádané zvýšení proudůplynu a rychlostí otáčení trysky. Soudí se, že přepážka 39 po-dle vynálezu snižuje otáčivý proud podél dna rafinační komory 30»který jinak potlačuje žádaný hladký svislý proud roztavenéhohliníku do rotoru 40 jakož i dosažení vhodné a stálé rovnováhy -14- dolů směřujícího a nahoru do rotoru 4Q směrujícího proudu rozta-veného hliníku. Provedení vynálezu, ve kterém je použito zvláštní výše popsané uspořádání rotoru 40 bylo zjištěno jako zvláštěvýhodné, se řízeným nahoru směrujícím proudem roztaveného hliní-ku umožňujícím zvláště zvýšené rychlosti proudu plynu a rych-losti otáčení trysky bez nežádoucí povrchové turbulence.

Je zřejmé, že je možno provést rozličné změny a úpravy sou-částí vynálezu, aniž by se vybočilo z rámce myšlenky vynálezu vy-jádřené připojenými patentovými nároky. Ač se pojednává o rafina-ci hliníku obecně, vynález může být použit jak pro hliník tak projeho rozličné slitiny. Vynález může být použit v systémech s rafi-načními komorami, které mají jeden nebo více oddílů či stupňů ra-finace, z nichž každý je uzpůsoben pro umístění sestavy spřádací v trysky během operací rafinace hliníku. V typickém dvoustupňovémrafinačním systému se roztavený hliník obecně vpouští do vtokuprvního stupně a odvádí se z výtoku druhého stupně. Jednotlivéoddíly jsou odděleny dělicí stěnou uzpůsobenou k umožnění prou-dění roztaveného hliníku z prvního do druhého stupně. Jiné tako-vé systémy mohou zahrnovat více než dva takové rafinační stupně.Přepážka 39 podle vynálezu bude použita v každém rafinačním oddí-lu. Tato přepážka 39 může být vyrobena z jakéhokoli vhodného žá-ruvzdorného materiálu vhodného pro uložení v rafinační komoře 30.Pro tento účel je obecně výhodným materiálem karbid křemíku, ačmohou být použity i jiné žáruvzdorné materiály, například grafit.Ačkoliv se přepážka 39 přednostně umistuje tak, aby byla pod stře-dem rotoru 40 sestavy spřádací trysky po jejím umístění v rafinačníkomoře 30. může být přepážka 39 umístěna pod rotorem 40 i jinak,avšak neměla by být umístěna mimo obvod rotoru 40.

Vynález tudíž umožňuje maximální užitečnou rychlost rafinacev rafinační komoře podstatně z výšenou oproti dosavadní obvyklépraxi a způsobuje vysoce žádoucí a užitečný pokrok v oboru rafi-nace hliníku.

Claims (27)

1. -15- PATENTOVÉ N A íj 0 |Hn^o $©r. VŠ2TBČKA advokát ,:» éí*&amp; l/ťlžAa -/-* *, ·»*«*»«* *——' "U -p o CD í-C N -< m ižblo|vana a opatřená

   1. Rafinační komora pro rafinaci hliníku,žáruvzdorným vyložením a uzpůsobená pro umístění sestavy spřáda-cí trysky pro vhánění saturačního plynu do roztaveného hliníkupřítomného v komoře během operací rafinace hliníku, vyznačujícíse tím, že u dna a napříč rafinační komory je umístěna žáru-vzdorná přepážka pod rotorem sestavy spřádací trysky umístěné v rafinační komoře pro operace rafinace hliníku, takže přepážkaslouží ke změně rozložení proudu roztaveného hliníku v rafinač-ní komoře při jejím užití pro operace rafinace pro umožnění vyš-ších proudů plynu a/nebo rychlostí otáčení trysky bez nadměrnépovrchové turbulence roztaveného hliníku, čímž se umožní dosaže-ní zvýšených rychlostí rafinace ve zmíněné rafinační komoře.
2. 2. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že přepáž-ka je umístěna pod středem rotoru sestavy spřádací trysky unís-těné v rafinační komoře.
3. 3. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že přepáž-ka je vyrobena z karbidu křemíku*
4. 4. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že výška přepážky v její části pod rotorem je rovna od 50,8 mm do 203,2 mm. 5· Rafinační komora podle bodu 4, vyznačující se tím, že přepáž- ka má zdvižené koncové části v blízkosti stěn rafinační komory.
5. 6. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že vzdále-nost mezi horní plochou přepážky a spodní plochou rotoru je od 12,7 mm do 101,6 mm.
6. 7. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že má pra-voúhlé uspořádání.
7. 8. Rafinační komora podle bodu 7, vyznačující se tím, že přepáž-ka je umístěna svisle rovnoběžně s jednou stěnou rafinační komory.
8. 9. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsa-huje alespoň dva rafinační oddíly, přičemž přepážka je umístěna alespoň v jednom rafinačním oddílu.
9. 10. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že přepáž-ka má obdélníkový příčný průřez.
10. 11. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že přepáž-ka má trojúhelníkový příčný průřez.
11. 12. Rafinační komora podle bodu 1, vyznačující se tím, že obsahu-je sestavu spřádací trysky s rotorem umístěnou v rafinační komoře.13· Rafinační komora podle bodu 12, vyznačující se tím, že rotorsestavy spřádací trysky má lopatky vystřídané drážkami a rozmístěnépo obvodu rotoru· -16-
12. 14. Rafinační komora podle bodu 13, vyznačující se tím, že drážkyjsou pouze v části délky rotoru od jeho horní plochy, zatímcozbývající část je prostá drážek a obsahuje otvory pro průtok roz-taveného hliníku.
13. 15. Rafinační komora podle bodu 14, vyznačující se tím, že Částrotoru prostá drážek má výšku rovnou od 20% do 40% výšky lopatekrotoru.
14. 16. Rafinační komora podle bodu 15, vyznačující se tím, že částrotoru prostá drážek má výšku rovnou 30% výšky lopatek rotoru.
15. 17. Rafinační komora podle bodu 14, vyznačující se tím, že plo-cha otvorů v části rotoru prosté drážek je od 25% do 75% celéplochy rotoru.
16. 18. Rafinační komora podle bodu 17, vyznačující se tím, že částrotoru prostá drážek má výšku od 20% do 40% celkové výšky lopa-tek, přičemž výška přepážky je od 5θ,8 mm do 203,2 mm a vzdále-nost mezi horní plochou přepážky a spodní plochou rotoru je od 12,7 mm do 101,6 mm.
17. 19. Rafinační komora podle bodu 14, vyznačující se tím, že. sesta-va spřádací trysky zahrnuje stator umístěný nad rotorem.
18. 20. Rafinační komora podle bodu 19, vyznačující se tím, že prů-měr statoru je větší než průměr rotoru.
19. 21. Rotor pro sestavu spřádací trysky pro vstřikování saturační-ho plynu do roztaveného hliníku přítomného v rafinační komořepři rafinaci hliníku, vyznačující se tím, že má lopatky vystří-dané drážkami na svém obvodu, kteréžto drážky mají rozsah pouzev části délky rotoru od jeho horní plochy zatímco zbývající částje prostá drážek a obsahuje otvory pro průtok roztaveného hliní-ku při použití rotoru pro operace rafinace hliníku, takže částrotoru prostá drážek a otvory v ní řídí svislý proud hliníku v rafinační komoře, zejména ve spojení se svislou přepážkouumístěnou u dna rafinační komory napříč rafinační komory pod zmí-něnou tryskou pro umožnění většího proudu plynu a/nebo rychlostiotáčení trysky bez nadměrné povrchové turbulence roztaveného ra-finovaného hliníku.
20. 22. Rotor podle bodu 21, vyznačující se tím, že otvory jsou umís-těny v nejvíce vnitřní části drážek.
21. 23. Rotor podle bodu 21, vyznačující se tím, že část rotoru pros-tá drážek má výšku od 20% do 40% celkové výšky lopatek.
22. 24. Rotor podle bodu 21, vyznačující se tím, že plocha otvorů v části rotoru prosté drážek je od 25% do 75% celkové plochy rotoru. -17-
23. 25. Rotor podle bodu 21, vyznačující se tím, že obsahuje statorpro průtok saturačního plynu pro jeho výstup do rotoru,
24. 26. Rotor podle bodu 25» vyznačující se tím, že průměr statoruje větší než průměr rotoru.
25. 27. Rotor podle bodu 25, vyznačující se tím, že svislá mezeramezi horní plochou rotoru a spodní plochou statoru je velmi malá,rádu 0,508 mm pro vyvození spádu tlaku pro vytvoření stejnoměrné-ho proudu plynu rotorem.
26. 28. Rotor podle bodu 25, vyznačující se tím, že stator má na spod-ní ploše výstupek a rotor má na horní ploše odpovídající výklenek, A přičemž mezi válcovémi plochami výstupku a výklenku je malá meze-ra k vytvoření spádu tlaku pro vyvíjení stejnoměrného proudu ply-nu rotoremo
27. 29. Rotor podle bodu 28, vyznačující se tím, že zmíněná malá me-zera je řádově 0,635 mm. 30«, Rotor podle bodu 29, vyznačující se tím, že svislá mezera me-zi horní plochou rotoru a spodní plochou statoru je řádově 1,5875mm o Zastupuje;