DD149944A5 - Vorrichtung zur raffination von geschmolzenem aluminium - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von geschmolzenem Metall, vorteilhafterweise von Aluminium, Magnesium, Kupfer, Zink, Zinn, Blei und deren Legierungen.Waehrend es das Ziel der Erfindung ist,die Gebrauchswerteigenschaften von Raffinationsanlagen fuer geschmolzene Metalle kostenguenstig zu erhoehen,besteht die Aufgabe darin,eine Vorrichtung zum Raffinieren von geschmolzenen Metallen zu entwickeln,die auch bei Vorhandensein von festen Bestandteilen in der Schmelze stoerunanfaellig in ihrer Funktion ist und die gewaehrleistet,dasz eine effektive Gasverteilung innerhalb der Schmelze erfolgt. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe derart geloest, dasz in Kombination ein Gefaesz, Bauteile fuer den Ein- und Auslasz des geschmolzenen Metalls und der Gase und mindestens ein rotierender Gasverteiler, der im Gefaesz angeordnet ist, wobei der Gasverteiler besteht aus einem drehbaren Schaft, einer hohlen feststehenden Schafthuelse und Bauteile zur Befoerderung des Gases zur Durchgangspassage, vorgesehen sind.

Description

^Λ~ AP G22B/220 018

57 183 2^/32

Vorrichtung zum Raffinieren von geschmolzenem Metall Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eeinigen von geschmolzenem Metall. Vorteilhaft einsetzbar ist diese Vorrichtung bei der Reinigung von Aluminium, Magnesium, Kupfer, Zink, Zinn, Blei und deren Legierungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Stand der Technik ist die US-PS 3 74-3 263 bekannt. Dieses Verfahren beinhaltet die Verteilung eines Gases, welches in .Form von extrem kleinen G-asblasen durch eine Schmelze geblasen wird. Der Wasserstoff wird durch Desorption in die Gasblasen aus der Schmelze entfernt, während andere nicht« metallische Unreinheiten durch Flotation in einer Schlacke-·» schicht abgesetzt werden. Die Verteilung des durchsüblasenden Gases wird durch einen rotierenden Gasverteilor, der einen hohen Turbulenzgrad innerhalb der Schmelze hervorruft, erreicht« Durch diese Turbulenz wird erreicht, daß sich die kleinen nichtmetallischen Teilchen zu großen Zusammenbailunge η vereinigen, die von den Gasblasen an die Oberfläche der Schmelze getragen wordene Diese Turbulenz im Metall garantiert auch eine umfassende Vermischung des Gases mit der Schmelze und hält das Innere der Vorrichtung frei von Ablagerungen und Oxidanhäufungen» Nichtmetallische Verunreinigungen, die aus dem Metall ausfließen, werden durch die Schlacke aus dor Schmelze entfernt, wobei der von dom Metall desorbierte Wasserstoff dio Schmelze mit dem eingeblasenen Gas verläßt. Der bekannte rotierende Gasverteiler weist neben seinen anderen Eonstruktionsmerkmalen einen Schaft, einen an dem Schaft angekoppelten Flügölrotor und einen Flügelstator auf_o Durch diese Anordnung wird die erforderliche Blasenform in der Schmelze gewährleistete Wenn die

- 2 ~ . 57 183 25

Vorrichtung in Betrieb ist, werden in der Schmelze Gasblasen gebildet, die entlang einer resultierenden Strömungsrichtung transportiert werden» Diese Strömungsrichtung verläuft radial nach außen mit einer nach unten verlaufenden Komponente in Bezug auf die vertikale Achse der Injektoreinrichtung«/ Diese erzwungenen S trömungs richtungen haben verschiedene vorteilhafte Wirkungen«, Erstens ist in der Schmelze eine senkrechte Rührricht ung gewährleistet, wobei die entlang der Vorrichtung nach unten verlaufende Strö- ffiungsriehtung in Bezug auf die rotierende Schaufel eine Zerteilung des Gases in kleine Gaeblasen verursachte Zweitens verhindert die schnelle Fortbewegung der Gasblasen nach dem Einbringen in die Schmelze die Bildung eines Schmelzflusses in der Zono der höchsten Gasblasenkonzentx>a~ tion_e Drittens wird die Aufenthaltsdauer der gut verteilten Gasblasen in der Schmelze erhöht, weil die Gasblasen nicht unmittelbar nach ihrer Bildung unter dem Einfluß der Schwerkraft an die Oberfläche steigen könneη_β

In einer Darstellung des rotierenden Gasverteilers "wurde der Schaft5 an dem aex Schaufelrotor befestigt wird, aus einem hitzebeständigon Material hergestellte Wird jedoch ein Gas benutzt_s das eine kleine Menge Halogen enthält, erodiert der Metallschaft _s Deshalb wurde Graphit als vorteilhaftestes Material für den Schaft gefunden da dieses Material von Halogenen nicht angegriffen vjirdo Nachteilig ist es, daß der empfindlichere Graphitschaft während dem die Vorrichtung in Betrieb ist, leicht bricht» Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß manchmal feste Teilchen verschiedener Form mit Abmessungen von Bruchteilen eines Zentimeters bis zn. mehreren Zentimetern in der Schmelze zu finden sind«,¹ ISs wird davon ausgegangene daß sich dieso

- 3 - 57 183 25

Teilchen zeitweise dort befinden, wo die Schaufeln oder die Kanäle zwischen den Schaufeln des Flügelstators und des Flügelrotors zusammentreffen, während dem die Anlage in Betrieb ist und so die Anlage blockieren. Dabei tritt eine Kraft auf, die ausreicht, um den Schaft zu zerstören»

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigehschaften von Eaffinationsvorrichtungen für geschmolzene Metalle kostengünstig zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Raffinieren von geschmolzenen Metallen zu entwickeln, die auch bei Vorhandensein .von festen Bestandteilen in der Schmelze störunanfällig in ihrer Funktion ist und die gewährleistet, daß eins effektive Gasverteilung innerhalb der Schmölze erfolgt»

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß derart gelöst, daß in Komhination enthalten sind:

a) ein Gefäß,

b) Bauteile für den Ein- und Auslaß des gescholzenen Metalls und der Gase und

c) mindestens ein rotierender Gasverteiler, der im Gefäß angeordnet ist, wobei der Gasverteiler besteht; aus

I einem drehbaren Schaft, der an seinem oberen Ende an einem Antrieb angeschlossen und. an. seinem unteren

- 4 - 57 183 25

Ende fest mit einem mit Schaufeln versehenen Rotor verbunden ist;

II einer hohlen feststehenden Schafthülse, die den Schaft umgibt und an ihrem unteren Ende fest mit einem hohlen Stator verbunden ist;

III eine sich axial ausdehnende Durchgangspassage für die Zuführung und Ableitung des Gases in den Spielraum zwischen Rotor und Stator, wobei dieser Durchgang von der inneren Oberfläche der Schafthülse und des Stators und von der äußeren Oberfläche des Schaftes gebildet wird und

. IV Bauteile zur Beförderung des Gases zum oberen Ende der Durchgangspassage und der .Kerndurchmesser des Rotors zum Durchmesser der Grundfläche des Stators bzw* der Grundfläche des Rotors, die im Gerät am dichtesten aneinander liegen, ein Verhältnis von 1 : 1 bis 0,8 : 1 aufweist.

Ein weiteres -erfinderisches Merkmal ist es, daß der Stator derart kegelförmig ausgestaltet ist, daß der größte Außendurchmesser des Stators größer als der Außendurchmesser des Stators, gemessen auf der Grundfläche des Stators, die dem Rotor am nächsten liegt, ist.

Vorteilhafterweise sollte, das Verhältnis im Bereich von : 1 bis 0,9 : 1 liegen.

Ebenfalls hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Verhältnis 1 : 1 beträgt.

- 5 -· 57 183 25

Ausführung3be isρie1

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigens

Fig. 1: eine schematische Darstellung des Grundrisses der Vorrichtung in einer Teilansicht;

Fig.^; 2: eine Seitenansicht nach Schnitt 2-2 in Fig· 1·

Vorrichtungen, in denen die erfindungsgemäße Lösung vorteilhaft . anwendbar ist, sind in den US-PS 4 040 610 und 4 021 026 dargestellt.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung besitzt eine Gasverteilungseinrichtung, die im folgenden beschrieben werden wird₀'

Die Außenwand 2 des Ofens besteht aus Stahl, Innerhalb der Außenwand 2 befinden sich Schamottesteine 3 mit geringer Wärmeleitfähigkeit, ZementZiegelsteine als erster Isolator, feuerfeste Schamottesteine 4 und für die Schmelze undurchlässiger Aluminiumguß_β Vorteilhafter Aluminiumguß ist 96%iges AIo0-2 mit 0_?2 % Fe^O^e Araendbar sind auch andere Au.sgl6ichsmaterialien_e Die feuerfesten Schamottesteine 4 mit gei'inger Wärmeleitfähigkeit gewährleisten eine gute Isolation* Die obere Abdeckung erfolgt durch Schamottesteine oder eine Dachabdeckung 5 und einen nicht gezeigten Kons trulct ionsauf bau, die den Gasverteiler und den nicht dargestellten elektrischen Motor stützen«.

6 « . 57 183 25

Die Kaffinierung beginnt mit dem Öffnen von GIeit türen am Eingang der Einlaßöffnung 7» Der geschmolzene Werkstoff gelangt in den Behandlungsraum 8 durch die Einlaßöffnung 7_f die mit Silikonkarbidblöcken versehen sein kann«, Die. Schmelze vjird nunfolgend durch den rotierenden Gasvorteiler mit dem Raffinationsgas vermischte Die Rotation des vertikal angeordneten Rotors des Gasverteilers verläuft in der Schmelze entgegen der Uhrzeigerrichtung,» Die Bildung von Strudeln wird durch unsymmetrische Gestaltung des Behandlungsraumes 8 in Bezug auf das Ausgangsrohr 9 und die (Trennwände 10 und 15 herabgesetzte

Das gereinigte Metall, wird durch das Ausgangsrohr 9» das sich hinter der Trennwand 10 befindet,.in die Ausgangskammer 11 abgeführt«, Die Aus gangs kammer 11 ist vom Behandlungsraum 8 durch einen Graphitblock 12 und einen Silikonkarbidblock 13 abgetrennt«, Das gereinigte Metall verläßt den Ofen durch Ausgangsöffnung 14 und vrird durch einen horizontalen Abfloß - beispielsweise einer Gießeinrichtung - züge führt «> Der Boden des Ofens ist mit der Graphitplatte 6 versehen« Der Schlackefloß in der Schmelze vn,rd vom Block 15 aufgehalten, der sowohl als Trennwand ale auch als Abheber wirkt und die Schlacke an äei? Oberfläche der Schmelze in der Nähe der Eingangs öffnung 7 sammelt _s von νιο aus-sie leicht zu entfernen ist« Das durch die Schmelze geleitete Gas verläßt die Einrichtung unter den nicht gezeigten Gleittüren am Eingänge, Zum Schutz des oberen Baums der Schmelze wird in diesen ein träges Gaa wie z, B_a Argon durch ein Einlaßrohr eingeleitet* Die Atmosphäre in der Ausgangskammer 11 braucht nicht überwacht zu ^ordern, so daß der Graphitblock 12 nur unterhalb der Schmelzoberfläche benötigt \ii.x\l« Das Abz-wei·» gangs~ oder Abzügeloch 16 ist dafür bestimmt, Logierange-

- 7 - 57 183 25

wechsel durchführen zu können. Es kann an der Einlaß- bzw, an der Ausgangsseite des Ofens angebracht werden. Dem Ofen wird über sechs elektrisch beständige Chrom-Nickel-Heizelemente 17 Hitze zugeführt. Diese Chrom-Nickel-Heizelemente 17 haben im Graphitblock 18 zwei Funktionen zu erfüllen (überwachen und heizen) (Fig_e 1). In jedem Graphitblock 18 befinden sich drei Chrom-Nickel-Heizelemente 17. Die Gra- , phitblöcke 18 werden von Stahlklammern 19 dem Graphitblock 12 und dem Silikonkarbidblock 13 gehalten, welche unter sich mittels nicht gezeigter Schlitze und Aussparungen befestigt sind. Der Graphitblock 18 kann sich frei in Richtung auf die lingangeseite des Ofens und nach oben ausdehnen,.

Die Dachabdeckung 5 ist mit dem Ofen über eine Flanschdichtung abgedichtet und durch verschiedene Isolationsschichten 21 vor der Hitze geschützt« Zum Beispiel kann für die Isolierung faserförmiges Aluminiumsilikat verwendet werden, das mit Aluminiumfolie umgeben ist* Ein Schmelzbadthermome... ter ist mit einem nicht gezeigten Schutzrohr versehene

Jedes Chrom-Nickel-Heizelement 17 ist mit der Dachabdeckung 5 gleitbar verbunden, so daß es sich mit dem Graphitblock zusammen ausdehnen kann. Der Kontakt zwischen dem Chrom« HiCkGl-Heizelement 17 und dem Graphitblock 18 wird durch den Abstandshalter 24 und der Hitzetrennwand 25 verhindert» Die glöiübare Verbindung ermöglicht den Ausgleich der Wärmeausdehnung des Graphitblockes 18_e Wenn der Ofen seine Einsat ztemperatur erreicht und sich der Graphitblock 18 ausgedehnt hat, befindet sich das Chrom-Nickel-Heizelement 17 in feststehender Position..Wenn sich der Ofen unvorhergesehen abkühlt, löst sich die Verbindung des Chrom-Nickel-Heizelementes 17 von der Dachabdeckung 5, so daß es entsprechend

- 8 -.' 57 183 25

der Kontraktion des Graphitblockes 18 frei beweglich ist*

Heizelemente sind überwiegend senkrecht zur Dacbabdockung und dem Boden des Ofens und parallel zueinander angeordnet. Als Werkstoff für die verschiedenen Blöcke und die anderen Bauteil© wird vorzugsweise Graphit verwendete Wenn erkennbar ist5 daß sich der Graphit über Schmelzniveau erwärmt, ist es empfehlenswert j daß der Graphit mit einem Farbanstrich versehen wird_s z_e B_e mit KeraraikfarbOj oder anderen Schutzanstrichen gegen Oxidation* Bs ist ebenfalls möglich, den Graphit durch Silikonkarbid zu ersetzen«, Ein Motor, eine Temperaturregelung, ein Transformator und andere bekannte Vorrichtungen dienen dazu, den Gasverteiler und die Chrom-Nickel-Heizelemente in Betrieb zu. setzen«, Das Abdichten der Eingänge und Ausgänge, der Rohre und der anderen Bauteile zur Sicherung der Stabilität der gesamten Einrichtung ist ebenfalls bekannt und nicht näher dargestellte Obwohl in der beschriebenen. Vorrichtung nur ein Gasverteiler gezeigt ist j können zwei oder mehrere benutzt werdonj vorausgesetzt, die Größe der Vorrichtung wird entsprechend veränderte Der Gasverteiler oder die Gasinjektionseinheit besteht aus einem Rotor 33? den Schaufeln 3^ und den Kanälen 35 zwischen den Schaufeln«, Der Rotor 33 wird mittels eines Motors über den Schaft 30 in Drehung vorsetzt«, Der Schaft 30 ist von der Schmelze durch eine hohle Schafthülse 31 und durch einon hohlen Stator 32 getrennte Die Schafthülse 31 befindet sich im Stator 32* Die äußere Oberfläche des Stators ist glatt* Zwischen dem Rotor 33 und dom Stator 32 muß ein Spielraum vorgesehen sein, der ausreichend ist, daß die fxsaie Rotation dos Rotors 33 und der freie Fluß.des verwendeten Gases gewährleistet ist« Innerhalb der Vorrichtung befindet

9 - ν 57 183 25

sich ein nicht gezeigter Durchgang, der.von dem Schaft 30 und den inneren Oberflächen der Hülse 31 und des Stators gebildet wird, durch den das verwendete Gas einströmen und in den Zwischenraum, der zwischen Rotor 33 und Stator 32 gebildet wird, ausströmen kann₀ Schaft 30 und Hülse 31 und Stator 32 haben die gleiche Achse, so daß der Durchgang parallel zur Achse verläuft und die Achse umgibt Teile für die Zuführung des verwendeten Gase3 unter ausreichendem Druck zum oberen Ende des Durchganges und darauffolgend in die Vorrichtung und die Schmelze.

Au3 Fig_e 2 geht heirvor, daß der Außendurchmesser des Stators 3.2 an seiner Basis, d, h. dem Ende des Stators 32, das dem Rotor 33 am nächsten liegt, gleich dem Kerndurchmesser des Rotors 33, gemessen an der Basis des Rotors 32 ist«, Mit Kerndurchmesser wird hier der Durchmesser des Rotors 33 bezeichnet, der von dem tiefsten Punkt der Verzahnung der Kanäle 35» die durch die Schaufeln 34 verlaufen, gebildet wird« Das Verhältnis des Außendurchmessers dos Stators zum Kerndurchmesser des Rotors, in Bezug auf ihre Grundflächen gemessen, liegt im Bereich von 1 ί 1 bis ungefähr 0,8 i 1. Wenn dieses Verhältnis unter 1 : 1 reduziert wird, geht die vorteilhafte Blasenform schrittweise verloren« Eine Durchmesserreduzierung führt unter anderem zu einer extremen Blasenzusammonballung, welche eine nicht vertretbare Oberflächenturbulenz nach sich zieht«, Eine überschüssige Oberflächenturbulenz bedingt Verunreinigungen, die sich auf der Oberfläche der Schmelze ablagern und wieder in die Schmelze eindringen können* Dieser Sachverhalt der nicht vertretbaren Oberflächsnturbulenz hängt von verschiedenen Faktoren ab* Das sind insbesondere die Fahrgeschwindigkeit,

- 10 - 57 183 25

der Gasdurchlaufj der Spielraum zwischen Rotor und Stator und zwischen Rotor und Gefäß und der Tiefe der Kanäle 35· Bs wird davon ausgegangen, daß ein Verhältnis von 0,8 : 1 der niedrigste Wert ist, der diese Faktoren beinhaltete Deshalb ist davon auszugehen, daß das Verhältnis von 1 : 1 als optimal und das Verhältnis von ungefähr 0,9 : 1 als untere vertretbare Grenze anzusehen ist.

Der Stator kann zylindrisch oder kegelförmig sein«, Die bevorzugte Eegelform ist demgemäß, wenn der Körperdurchmesser großer ist als der Grunddurchmesser« Die Steigerung von Grunddurchmesser zu Körperdurchmesser kann im Bereich bis zu 30 % liegen, ausgehend vom Grund durchmesser» Die Kegel-' form kann von 30 bis zu 60 Grad betragene Eine derartige Gestaltung bewirkt eine gesteigerte Leistung hinsichtlich der Oberflächenturbulenz bei hohen Rotorgesclxwindigkeiten und hohen Gasdurchläufen, und es wird eine größere Gasbla~ eenanhäufung als bei der zylindrischen Gestaltung des Motors erreicht, wodurch sich die Effektivität der Vorrichtung erheblieh erhöht«"

Bevorzugte technische Abmessungen der erfindungsgemäßen Lösungs ·

Statorlänges 139,76 cm Statorbreites 124,46 cm '

Statorhöhe; 144,78 cm

Außendurchmesser der Grundplatte: 12,70 cm (unabhängig von der Wahl der Gestaltung des Rotors als Zylinder oder Kegel)« Wird die Kegelform des Rotors gewählt, ist vom Grunddurchmesseri-12,70 cm ausgehend auf eine Kegelschräge von 45° zu orientieren, um den Außenkörperdurchmeö« sers 13«24 cm zu erreichen*

- 11 - 57 183 25

Kotorabmessungens .

Kerndurchmes3er: 12,70 cm

Außendurchmesser an den Schaufelendem 19,05 cm Vorteilhafte Eotorgeschwindigkeit : 400 - 600 Umdrehungen

pro Minute Gasdurchsatz in der Schmelze: 0,085 nr - 0,142. Er.

Claims (1)

1. - 12 - .57 183 25

   1. Vorrichtung zur Raffination, geschmolzenen Metalle gekennzeichnet dadurch^ daß in Kombination enthalten sindi

   a) ein Gefäß_s

   b) Bauteile für den Ein- und Auslaß des geschmolzenen Metalls und der Gase und

   c) mindestens ein rotierender Gasvorteiler, der im Gefäßangeordnet ist j \??obei der Gasverteiler besteht aus

   einem drehbaren Schaft, der an seinem oberen Ende an einem Antrieb angeschlossen und an seinem unteren Ende fest mit einem mit Schaufeln versehenen Rotor verbunden ist;

   II einer hohlen feststehenden Schafthülse_? die den Schaft umgibt und an ihrem unteren Snde fest mit einem hohlen Stator verbunden ist;

   III eine sich axial ausdehnende Durchgangspassage für die Zuführung und Ableitung des Gases in den Spielraum zviischen Rotor und Stator? wobei dieser Durchgang von der inneren Oberfläche der Schafthülse und des Stators und von der äußeren Oberfläche des Schaftes gebildet viird und

   IY Bauteile zur Beförderung des Gases zum oberen Ende der Durchgangspassage and der Kerndurchmesser des Rotors zum Durchmesser der Grundfläche des Stators bzw*' der Grundfläche des Rotors_s dio im Gerät am dichtesten aneinander liegen, ein Verhältnis von 1 s 1 bis 0,8 ; 1 aufweist«,

   2V Vorrichtung nach Punkt 1_S gekennzeichnet dadurchj daß der Stator derart kegelförmig ausgestaltet iat_? daß der größte AußGiidurchmess-er des Stators größer als der Außenduxchmesser des Stators, gemessen auf der Grundfläche

   - 13 - 57 183 25

   des Stators, die dem Rotor am nächsten liegt, ist.

   3« Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis im Bereich von 1 : 1 bis 0,9 : 1 liegt,

   4·, Vorrichtung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis 1 : 1 ist.

   Zeichnungen