DE1209300B

DE1209300B - Entfernung von Schlacke aus geschmolzenem Metall

Info

Publication number: DE1209300B
Application number: DEA49138A
Authority: DE
Inventors: Henry James Howie; Thomas Barnett Rance; Bryan Rapson; Frederick William Southam
Original assignee: Aluminium Laboratories Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1964-05-15
Filing date: 1965-05-06
Publication date: 1966-01-20
Also published as: GB1066532A; IS1481A7; CH437663A; ES312438A1; OA01709A; DE1209300C2; BE663025A; IS642B6; FR1430793A; US3400923A; AT258587B; NL6506112A

Description

Entfernung von Schlacke aus geschmolzenen Metall Die Erfindung betrifft die Entfernung von Schlacke aus gesclimo1zenein Metall, insbesondere aus einem Bad aus gescliniolzeneni'1letall in einer geschlossenen h ainmer.
Beim Stiblizilo2enidvei-falii-en zur Gewinnung von Aluminium aus alttmiiiiumltaltigem Metall wird gas-1'i;rmiaes Altuninitnnmonochlorid abgekühlt. wobei ein elementares Aluminium und Altnniniumtrichlorid zerfällt.
Man kann die Zersetzung einmal so durchführen, daß man das Aluniinitnninonochloi@id in eine Kammer leitet, in der es in Berührung finit geschmolzenem Aluminium. das eine ausreichend niedrigere Temperatur als das Aluininiummonochlorid hat, abkühlt. Man bringt das Altiminiumirionoehlorid mit dem Metall in innige Berührung, indem man die geschmolzene Metallmasse im Zersetzungsgefäß mit Hilfe einer Spritzvc.rrielitung versprüht, wobei das bei der Zersetzungsreaktion entstehende Metall in das geschmolzene Metall fällt. Um das Eindringen von Luft zu verhindern, hält man das Zersetzungsgcf;iß normalerweise etwas über Atmosphärendruck.
Durch die Verunreinigungen im Material, aus dem das Aluminium gewonnen wird, bildet sich im Zersetzungsgefäß Schlacke. Die Schlacke besteht hauptsächlich Eins Aluminiumoxyd, Aluminiumnitrid und Aluininiuincarbid. Diese Schlacke sammelt sich ein der Oberfläche der Aluniiniumschnielze im Zersetzungsgefäß. Würde man die Schlackenmenge anwachsen lassen. so würde nicht nur der Wirkungsgrad des Zersetzungsgefäßes erniedrigt, sondern schließlich auch der ganze Betrieb des Zersetzungsgefäßes in Frage gestellt werden, da der erwünschte Kontakt des geschmolzenen Metalls finit dem Aluminiuminonochlorid nicht erreicht würde.
Obwohl das Problem allgemein bekannt ist, war es bisher noch nicht möglich, die Schlacke befriedigend aus dem Zersetzungsgefäß zu entfernen.
Da das Subhalogenid-Destillationsverfahren kontinuierlich arbeitet, ist es erwünscht, die Schlacke kontinuierlich aus dem Reaktionsgefäß zu entfernen.
Die Schlacke wird aus dein geschmolzenen Aluminium entfernt, indem man ein Schmelzbad aus Metall, in das das geschmolzene Aluminium und die Schlacke fließen, getrennt von der Hauptmenge des geschmolzenen Metalls im Zersetzungsgefäß sowie Einrichtungen vorsieht. mit denen die Schlacke und das geschmolzene Metall nach unten aus dem Behälter abgezogen werden. so daß das Aluminium und die Schlacke aus der Zersetzungskammer in das Scliinelzbad gelangen, um das aus dem Schmelzbad abgezogene Material zu ersetzen. Vorzugsweise wird das Material durch ein rotierendes Element mit einer Schraubenfläche, die mit einer Begrenzungsfläche des Schmelzbades in Wechselwirkung steht, nach unten abgezogen. Eine solche Vorrichtung stellt also eine Pumpe mit einem schraubenförmigen Rotor und einem zylindrischen Gehäuse oder einer Umfassung als Begrenzungsfläche dar.
Weiterhin ist ein Gefäß vorgesehen, in dem das abgezogene Aluminium von derabgezogenenSchlacke getrennt wird. Dieses Gefäß kann unmittelbar neben dem Teil des Zersetzungsgefäßes angebracht werden, in dem das getrennte Schmelzbad angeordnet ist. Es ist ein Strömungsdurchgang vorgesehen, der den Boden des Schmelzbades mit dem Boden des Abscheidungsgefäßes verbindet und durch den das abgezogene Material nachfließt. Der Druck im Zersetzungsgefäß kann über Atmosphärendruck. aber auch bei Atmosphärendruck liegen, wobei die Schlacke in beliebiger, zweckmäßiger Weise von dem Metall im Gefäß abgeschöpft werden kann.
Die Entfernung der Schlacke im Abscheidungsgefäß kann in an sich bekannter Weise erfolgen und stellt kein Merkmal der Erfindung dar. Die Konstruktion der Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt jedoch auch eine Rückleitung, die den Raum mit dem geschmolzenen Metall im Abscheidungsbehälter mit der geschmolzenen Metallmasse im Zersetzungsgefäß verbindet, so daß das geschmolzene Metall praktisch nicht verlorengeht und die Schlacke entfernt werden kann, wenn das Zersetzungsgefäß in Betrieb ist.
In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 im Längsschnitt ein an sich bekanntes Zersetzungsgefäß. das mit der Einrichtung zum Entfernen der Schlacke gemäß der Erfindung versehen ist, F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig.L F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1.
F i g. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie 4-4 von F i g. 1.
Der Hauptteil des Zersetzungsgefäßes 1 ist in F i g. 1 und 4 im Schnitt angegeben; er hat senkrechte Wände 3, 5, 7 und 9, die einen Behälter für das durch Zersetzung des aluminiummonocliloridhaltigen Gases abgeschiedene Aluminium einschließen. Das Gas tritt, vom Konverter kommend. mit einer Temperatur von etwas mehr als der Abscheidungstemperatur durch eine feuerfest ausgekleidete Zuleitung 11 in die Kammer 13 des Zersetzungsgefäßes ein (F i g. 1 und 4). Das Zersetzungsgefäß ist mit einer drehbaren Welle 19 versehen, die in einem Lager 21 in einem geneigten Teil 23 der Decke des Zersetzungsgefäßes angebracht ist. Die Welle 19 trägt ein mehrflügeliges Schaufelrad 25, das teilweise in das geschmolzene Metall 27 eintaucht und das geschmolzene Aluminium in Form eines Nebels aus Aluminiumtröpfchen in den Raum oberhalb des Aluminiums verspritzt. Das geschmolzene Metall hat eine geringere Temperatur als das gasförmige Aluminiummonochlorid, weshalb infolge der innigen Berührung der Tröpfchen mit dem gasförmigen Aluminiummonochlorid das Aluminium aus der Gasphase abgeschieden und das dabei gebildete Aluminiumtrichlorid durch die Leitung 29 abgezogen wird.
Die im Zersetzungsgefäß abgeschiedene Schlacke schwimmt auf der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums in der Kammer 13. Wird diese schwimmende Schlacke nicht entfernt, so sammelt sie sich an. beeinträchtigt das Verspritzen durch das Schaufelrad 25. verunreinigt das gebildete Aluminium und scheidet sich als Kruste an den Wänden des Zersetzungsgefäßes ab.
Erfindungsgemäß (vgl. F i g. 4) befindet sich in der Ecke des Zersetzungsgefäßes zwischen der Wand 7 und der Wand 5 eine Wand oder Umfassung 31. Die Wand 31 besitzt eine Zylinderoberfläche 33 und ist mit der Wand 35 verbunden, die nach F i g. 1 (rechts) nach oben geht und mit der Deckenwandung 37 verbunden ist. Die Deckenwandung 37 kann durch die obere Abschlußwand 39 des Zersetzungsgefäßes so gehalten werden, daß sie mit der Wand 35, mit der Wand 31 und mit der Bodenwandung 41 zusammenwirkt und eine Beckenkonstruktion bildet, die mit den Einrichtungen zum Abziehen des geschmolzenen Aluminiums und der Schlacke aus dem Becken oder Schmelzbad zusammenwirkt.
Die Wand 31 ist so hoch, daß ihr oberer Rand 43 etwas unterhalb des Spiegels der Aluminiumschmelze liegt (vgl. F i g. 4). Die das Becken zur Entfernung der Schlacke begrenzende Wand 31 ist an dem dem Schaufelrad 25 zugewandten Ende der Kammer angeordnet. Bei dieser Anordnung kann das sich drehende Schaufelrad 25 die Schlacke in das durch die Zylinderfläche 31 begrenzte Schmelzbecken fördern.
Ein drehbares Element 51 mit zwei Schraubenwindungen 53 ist koaxial zur Zylinderfläche 33 angeordnet. Der Außenrand der Windungen 53 liegt in der Nähe der das Schmelzbad begrenzenden Zylinderfläche 33. Die Schraubenwindungen 53 erzeugen bei der Drehung des Elements 51 eine Abwärtsbewegung des Aluminiums und der Schlacke, ausgehend von der Schicht aus Geschmolzenem Material über dem Rand 43 der Wand oder Umfassung 31. Der Mittelteil der Schraubenpumpe 51 über dem Spiegel der Metallschmelze ist etwas größer als der Teil 54, auf dem dil Schraubenwindungen 53 angeordnet sind. Der obere Teil des drehbaren Elements 51 trägt einen Kragen oder Flansch 55. dessen Umfangsfläche dicht, jedoch in einem Lyewissen Abstand an der Zylinderfläche 57 einer Öffnung liegt. die durch die Deckenwandung 37 und durch die obere Wandung 39 des Zersetzungsgefäßes nach oben geht, wodurch verhindert wird, daß Aluminium- oder Schlacketeilchen zwischen der Fläche 57 und dem oberen Teil des drehbaren Elements 51 nach oben gehen und dort erstarren. Das Element 51 besitzt einen Teil 59 mit demselben Durchmesser wie der Kragen 55. wobei in den Zwischenraum 61 zwischen dem Kragen 55 und dem Teil 59 eine Klammer zuni Festhalten des drehbaren Elements 51 gelegt wird, wenn sich dieses Element außerhalb des Zersetzungsgefäßes befindet, d. li., wenn es herausgezogen und mit einem Kupplungsglied verbunden oder davon gelöst wurde, wie es nachstehend noch beschrieben ist.
Das obere Ende des Elemiits 51 ist mit einem Gewinde 63 und mit einem sich vei jungenden Endstück 65 zum Zentrieren verbunden. Das Gewinde 63 hat eine solche Steigung und Größe, daß es mit einer entsprechend geschnittenen Schraubkupplung verbunden werden kann. die am unteren Ende :iner senkrechten `delle 66 aus hitzebeständigem Legierungsstahl angebracht ist. Die Kupplung und die Welle 66 können mit Wasser gekühlt sein. Die Welle kann durch Dichtungen und Lager hindurchgehen, durch die sie in der in den Zeichnungen angegebenen drehbaren Lage gehalten wird.

Wie in F i g. 3 und 4 angegeben und in F i g. 1 (rechts) angedeutet ist. kann am oberen Rand 43 der Wand 31 ein flacher Kanal 71 vorgesehen sein. Dieser Kanal wird durch die senkrechten Flächen 73 und 75 begrenzt (vgl. F i g. 3). Die Bodenfläche des Kanals 71 befindet sich dicht unter dem oberen Rand 43 der Wand 31. Der Kanal ist so ausgebildet, daß das geschmolzene Metall und die Schlacke in die Ecke hinter der Schraube strömen können. Auf diese Weise kommt genügend Material an diese Stelle, und es wird verhindert. daß durch die Schraubenwindungen 53 Gas gepumpt wird. Ohne den Kanal 71 erhält man entsprechende Ergebnisse, wenn man die das Schmelzbecken bildende Wand oder Umfassung 31 weit genug -von den Wänden der Kammer entfernt. Wie in F i g. 1 und 2 angegeben ist, liegt der Spiegel der Aluminiumschmelze in der Kammer 13 etwas oberhalb des Randes 43 der Wand 31. und durch die

Di-chting des Schraubenelements 51 können das

gcscliinolzcne Aluminium und die Schlacke über

dfesc Wand nach unten abgezogen werden.

Wie in F i g. ?, 3 und 4 angegeben ist, gellt ein

rechteckiger Abfltlßkailal77 vom unteren Teil cJes

Sclinielzbeckens zu einem Austragbehälter 87. Dieser

.Au,tragbeliältcl' ist oben offen, und der Spiegel der

Altiminiuinschinelze und der Schlacke, die durch die

Schnlttb@;indt!n#--en 53 durch den Kanal 77 gefördert

,#Nurden- bann clw-as iibci-dcm Spiegel der Aluininittrn-

,C1i171Clze und der Schlacke in der Kammer 13 liegen.

;cCllll der Druck in der Kammer 13 Atmosphären-

,Iruek überschreitet. Die Schraubenwindungen 53

Pun1!%ei_ ,1«o111 das aus dein Becken ab_gezogeile Alu-

111M1L1171 Il; auch die Schlacke 111 den Bodenteil des

@uara-hehlilter 87. Die Schlacke steigt darin nach

oben lind "uinilelt sich über dem Geschmolzenen

Metall iin ,\tisti'agbeh@iitei- an. von wo sie abgeschöpft

werden kann.

N\'ic in 1- i g. 1 und 4 angegeben ist, führt in einem

gc@@ i,scn Abstaild von? Kanal 77 unterhalb des

Spiegels dei' Metallschmelze ein Rücklaufkanal1Ol

vom @ustrari@chtilter in das Zersetzungsgefäß, wo-

diirch ciiiü L'niw-älzung des geschmolzenen Metalls im

Auaraghehälter nach Abtrennung der Schlacke

er, engt %cird. Die Schlacke. die gegebenenfalls durch

den Kanal 101 ztli-iickließell kann. schwimmt auf

der Obei-lläcile der Metallschiliu@ze in der Kammer 13

und kann zLnii Schmelzbecken gefördert und mittels

der Scliraubenwin dun gen abgezogen erden.

Der \llsti'agbeliäitei' 87 ist in einer Stellung

!gezeigt- iil der die Bewegung des Metalls und der

Schlacht in diesem Behälter i111 allgemeinen Unter

eil',@Il rechen Winkel z111' Bewegtalg des Metalls

.i il i c 1i die Kaninier 13 zum Schmelzbecken hin

cl-I#ol@g! : @'cr Anstragbchälter kann jedoch auch eine

zum Ende des Zer#etzungsaefäßeS 1

... ..._ :-@. t2--gen das die Schlacke durch clas

SCJ-l::u@'.-..25 @tind durch die Ptinipwii'kurl_5 des

1-icllli'iii, 51 i@e`@@g@ w 11'd. Die Wand 31 und die

d.idurch beY4reilzte Z@-lilidei'häclie 33 können eine

arider':' f_ag@ zu den @t'ä17@1@11 dc#) Zersetzungsgttfaßes

lllld 11e17 @@. alldeli des _%tlstl'aggefaßes 87 cln-

nclllnen. als in F i L. 4 angegeL-sell ist. 1n all diesen

F@illeli kann durch zweckmäßige Anordnung des das

SCh117elLi?l'CkC17 1n711 dein AUhti-aggefaß vel'bltid#-iideii

Kanals 77 die Slröniung aus g°5cliiilolzellem Metall

lind Schlacke So gerichtet werden, daß 51e d)li:

13cckcn zum Attsti'aggefäß geht.

1,2 l11 F 1 - . 1 1111d 4 allgegeben ist, ist e111 Ab-

sticlik@uiai 105 in der Nähe der Bodenfläche 107 der

K<lmmer 13 tingeordneh durch den das Gereinigte

Ak1111ilii11111 in -e.schinolzenem Zustand in Formen

oder andere Behälter mit der gewünschten Form

ulld Funktion abgezogen werden kann.

Wird :\luminiunlmonochlorid zersetzt. so sind bei

dein oben beschriebenen Verfahren die Wände 31,

35 Lind 37 vorzuasweice ans Aluniiniumo-x";d, und

da, drellbarc Element 51 Ist vorzuzswc1Se >aus

@@I';iJ?llll- wodurch seine Bearbeitung erleichtert wird.

Bei der Reinigung voll Alununium erwei@.T °s sitil

ui, zueckmä ßig. claß der Dui'chinesser des _@-liitelt:il-z

e1«;1 20c111. der Durchmesser des Kragens 55 uaü

des hcils 59 etwa 30 ein und der Durelimessei' ei=s

@-cren,-ncn Teils rillt der Vertiefung 61 etwa ?6,3 cm

bell-@1@1. wenn das Schraubenelement 51 am dünneren

Ende e:leli Dul-ciinie"set'vojiet\Nal5ciiiiiiiddiespiral-

fönnilgen ScIirLiubenwindungen einen Durchmesser

von etwa 30 cm haben. Hat das drehbare Element 51

diese Abmessungen, so soll die Höhe des Metalls

über dern Rand 43 cler Wand oder Umfassung 31

mindestens etwa 2'5-,1m betragen. Bei dieser Min-

desthölle beträgt die optilimle Drehgeschwindigkeit

der Schraube 51 etwa 15i3 U!min. in der Tabelle

sind diese und andere Optimalwerte für die Höhen

5, 7.5 und 1.0 ein übel' dem Rand der Wand 31

angegeben. Auch die Ncttoleistungsauinalirnc der

Schrauh.° bei optimaler Gschwill ;igkcit ist i11 der

T@L:e!le :wneh;.ben. Die oberen Enden der Schrauben-

Z7 Z7 zr

wllldullgen sollen min desiens etwa 10 :--i11 unterlu lb

des Raild=s 43 der 5'aild 3i liegen. Damit eine

Turbulenz vermieden uiid ein Matter Sti'udecl'zr:ijl

wird, da Gefunden wurde, daß dttrcii ei heil tui'btT.-i,-

ten Strudel leicht Gas mitgerissen un x aL@f,°-_a@l

wird.

veLlole.:IL:@-

@ autilala@"@ t<_,.

Hche des :@.ie.-all: 'Optimale Schraut1-?2

ünci- dem Rand .13 gescliwindigkcit S@i@rauhe L@ei

@,}llilnaler

Üe@tl?w mdi@@l-_:

cm I , nli!i

i

?,5 150 0.?6

5 i 195 9.44

7,5 2(10 @l.a

10 3?5 1.5

Weiterhin wurde gefunden, daß die hescil@'ieii.ene

Vorrichtung außer zur Entiernum-- d:': Schlacke

auch zur -_lltf?rnullg voll auf den- ge@lallil@@?e17@17

A_i:iiinitun schwimmenden Stoffen verwendet

kann. So 11;1t sich die beschriebene @c171'at!f7!@lilium.e

so;vohl bei der Entfernung von natürlicher Schlacke

als auch voll größeren Körpern als :rirk_=a m erw ic@er7.

. n ,

wie elpcrimelltell arl Hand von etwa 13111n gloloe:l

Wiii-feln aus Graphit nacligc#7:i@.sen wurde: di:se

Würfel werden in der angegebenen Vlv eise aas `elil

SCilllielzbcckeil c b?e7ogel1 1111d 11l das Atlstl' a-2efaß

gciördert. Weneriiii, scann 11a1 durch Eilstelle!- der

Geschwindigkeit dc:)rehbaren Elements 51 in Ab-

il@i"@yig;eit vGil des'-iölle der Flüssigkeit über dein

'ler @Yand 31 durch das Scl7meizliei'1'-11

auch Gas in das Ausiraggefäß pumpen, falls dies

erwünscht sein sollte. Bei der Abscheidung von

Schlacke aus geschmolzenem Aluminium 1177 Z%r-

setztingsgefäß eines Monochlorid - Destillations-

svsteins. dein beschriebenen Anwendungsgebiet der

Erfindung. ist das Pumpen von Gas unerwünscht,

und die Höhe des Metalls über den oberen Rand der

Wand oder Umfassung 31 beträgt bei einer Min-

destgeschwindigkeit von etwa 150 U min vorzugs-

weise nicht weniger als etwa 3,8 cm.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Entfernen von Schlack: aus geschmolzenem :Metall, g e k e n n z e i c 11 - n e t d u r c h ein geschlossenes Gefäß (13) für das z;@-chmolzene \Ictall. Einrichtungen (?1) zum Abgrenzen eines mit dem Gefäß (13) i11 erbl,iduilg stehenden Scfnnelzbeckens. d:,i angcorc'net lul sind. daß das geschmolzene _viettili und cl- Schlacke atr, dcni Gefäß (13) in das Becken ließen können, wenn das geschmolzen e

Metall im Gefäß (13) eine bestimmte Höhe einnimmt, Einrichtungen (51) zum Abziehen des geschmolzenen Metalls und der Schlacke aus dem Becken nach unten und zum Entleeren in ein Austraggefäß (87), in dem sich das geschmolzene Metall von der Schlacke trennen und die Schlacke in an sich bekannter Weise, z. B. durch Abschöpfen, entfernt werden kann, wobei der obere Teil des Austraggefäßes (87) der Atmosphäre ausgesetzt ist und das Austraggefäß (87) unterhalb der Höhe der Schmelze mit dem geschlossenen Gefäß (13) in Verbindung steht, so daß ein Verschluß aus geschmolzenem Metall zwischen dem Austraggefäß (87) und dem Becken besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die ein Becken aus geschmolzenem Metall begrenzenden Einrichtungen eine Wand (31) im Gefäß (13) bilden, die mit der Seitenwand (5. 7) des Gefäßes (13) in Verbindung steht, wobei der obere Rand (43) der das Becken begrenzenden Wand (31) unterhalb der Höhe der Schmelze liegt, und das Becken eine senkrechte Zylinderoberfläche (33) aufweist, die mit einem drehbaren Element (51) zum Fördern der Schmelze, das mindestens ein spiralförmiges, im Becken angeordnetes und das geschmolzene Metall und die Schlacke im Becken nach unten pumpendes Förderelement (53) aufweist, zusammenwirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen (25) zum Versprühen von geschmolzenem Metall im geschlossenen Behälter (13), die so angeordnet sind, daß sie die Schlacke zum Becken befördern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schmelzbecken begrenzende Wand (31) an ihrem oberen Rand (43) einen tangentialen Kanal (71) zur Zufuhr von geschmolzenem Metall und Schlacke in das Becken aufweist.