DE2010886A1

DE2010886A1 - Gas-liquid thin film reactions

Info

Publication number: DE2010886A1
Application number: DE19702010886
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dr. 4150 Krefeld Gerlach
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1970-03-07
Filing date: 1970-03-07
Publication date: 1971-09-30

Abstract

Thin film reactions concerning electroconductive liquids are carried out by displacing the liquid along the walls of a tube using a rotating electric field. The process is particularly suitable for the chlorination of molten Al, Zn or Sn.

Description

Verfahren zum Entgasen von Metallschmelzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen von Metall schmelzen, wobei im Gegensatz zu den bekannten Äusführungsformen eine kontinuierliche Betriebsweise mit den Vorteilen ermöglicht wird9 wie sie Dunnschichtapparaturen gegenüber der Verwendung von Reaktionsbehältern mit großen Betriebs inhalten und entsprechend hohen Verweilzeiten bieten0 Es wurde bereits vorgeschlagen, mit Hilfe eines elektrischen Drehfelds die Oberfläche einer innerhalb des Drehfeldes be findlichen elektrisch leitenden Flüssigkeit erheblich zu vergrößern. In diesem Wirbelstrommischer wird die Flüssigkeit unter dem Einfluß des Drehfeldes in Rotation versetzt, wobei die Oberfläche der Flüssigkeit die Form eines Rotationsparaboloids annimmt. dieser Effekt läßt sich bei heterogenen Reaktionen zwischen Flüssigkeiten und Gasen vorteilhaft ausnutzen, da sowohl die- als Reaktionsfläche fungierende Phasengrenze, die durch Mischvorgänge außerdem laufend erneuert wird, als auch die zur Verfügung stehende Kühlfläche bei exothermen Reaktionen erhöht wird. Method for degassing molten metal The invention relates to a method for degassing metal melt, being contrary to the known Äusführungsformen a continuous mode of operation with the advantages becomes9 how thin-film apparatuses compared to the use of reaction vessels with large operational contents and correspondingly long dwell times already proposed, with the help of an electric rotating field, the surface of a electrically conductive liquid be sensitive within the rotating field to enlarge. In this eddy current mixer, the liquid is under the influence of the rotating field set in rotation, whereby the surface of the liquid takes the form of a paraboloid of revolution. this effect can be seen in heterogeneous reactions between liquids and gases, as both the surface and the reaction surface acting phase boundary, which is also continuously renewed by mixing processes, as well as the available cooling surface for exothermic reactions is increased will.

Die weiteren Untersuchungen zum Verhalten einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere~ekner Metallschmelze, die der Wirkung eines Drehfelds ausgesetzt ist9 haben nun gezeigt das mlt steigender Wirkung des Dre'r,feldB, d.h. bei steigenden Spulenströmen, die Oberfläche der Flüssigkeit bezüglich ihrer Form über den Zustand eines Rotationsparaboioids hinaus verändert werden kann. In Figur 1 a ist skizziert, wie sich eine Flüssigkeitsoberfläche bet sehr geringen Stromstärken einstellt. In der Anordnung nach Figur 1 b bei höheren Stromstärken als beim Fall 1 a ist die Oberfläche zum deutlich ausgeprägten Rotationsparaboloid verändert. Bei noch größeren Stromstärken als im Fall 1 b läßt sich ohne Schwierigkeiten die in Figur 1 c dargestellte Anordnung erreichen, bei der der Boden des die Flüssigkeit enthaltenden Gefäßes vollstandig flüssigkeitsfrei ist und bei der sich die Flüssigkeit in einer praktisch gleichmäßig starken Schicht über die senkrechten Wände des Gefäßes verteilt.The further investigations into the behavior of an electrically conductive Liquid, in particular a metal melt, which has the effect of a rotating field is exposed9 have now shown the mlt increasing effect of the Dre'r, fieldB, i.e. with increasing coil currents, the surface of the liquid with respect to their shape can be changed beyond the state of a paraboloid of revolution. In FIG. 1 a it is outlined how a liquid surface is very small Sets currents. In the arrangement according to Figure 1b at higher currents than in case 1 a, the surface is a clearly pronounced paraboloid of revolution changes. At even greater currents than in case 1 b can be without difficulty achieve the arrangement shown in Figure 1c, in which the bottom of the liquid containing vessel is completely free of liquid and in which the liquid in a practically evenly thick layer over the vertical walls of the vessel distributed.

Dieser Effekt kann nun erfindungsgemäß in einer Dünnschichtapparatur ftir Netallschmelzen ausgenutzt werden.According to the invention, this effect can now be achieved in a thin-film apparatus can be used for metal melts.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Entgasen oder Begasen von Metallschmelzen und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Begasung oder Entgasung in einer Zone erfolgt, welche die Schmelze unter dem Einfluß eines elektrischen Drehfelds Drehfeldes in dünner Schicht durchläuft.The present invention relates to a method for continuous Degassing or gassing of molten metal and is characterized in that the Gassing or degassing takes place in a zone which the melt is under the influence of an electrical rotating field passes through rotating field in a thin layer.

Der schon vorgeschlagene Anwendungsbereicn der }{irtelstrommischung für heterogene Reaktionen wird mit der vorliegenden Erfindung auf die Entgasung bzw. auch Begasung von Metallschmelzen erweitert, wobei im Gegesatz zu bekannten Einrichtungen eine kontinuierliche Betriebsweise ermöglicht wird. Die Entgasung von Schmelzen wird bei verminderter Drucken durchgeführt, wobei Je nach den Eigenschaften der zu behandelnden Schmelzen und dem anzuwendenden Druckbereich ggf. mit verschiedenen Druckstufen (Vorentgasung) gearbeitet werden muß.The already proposed application area of the irtel current mixture for heterogeneous reactions, the present invention focuses on degassing or also gassing of metal melts expanded, in contrast to known ones Facilities a continuous mode of operation is made possible. The degassing of melting is carried out at reduced pressures, depending on the properties the melts to be treated and the pressure range to be used, possibly with different ones Pressure stages (pre-degassing) must be worked.

Wie bereits ausgefuhrt, kann außer einer Entgasung von Schmelzen auch im umgekehrten Sinne eine Begasung durchgführt werden so daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Raffinationsprozesse ausführen lassen.As already stated, in addition to degassing melts, in the opposite sense a gassing can be carried out so that with the invention Refining processes can also be carried out.

So kann z.B. eine Oxydation von unerwunschten Bestandteilen in etal1schmelzen oder auch eine Reduktion ausgeführt werden.For example, oxidation of undesired constituents in etal1 can melt or a reduction can be carried out.

Soweit bei der Begasung gasförmige Produkte entstehen, wie z.B. Kohlenoxide, können diese anschließend bei verminderten Drucken entfernt werden; z.3. indem man die Schmelze nacheinander zwei Vorrichtungen, die unter dem Einfluß eines Drehfeldes stehen, durchlaufen läßt, wobei in der ersten Stufe begast und in der anderen Stufe entgast wird0 Selbstverständlich sind auch viele andere Kombinationen, wie sie sich aus der Aufarbeitung von Metallen ergeben, möglich.Insofar as gaseous products arise during fumigation, such as carbon oxides, these can then be removed at reduced pressures; z.3. by the melt successively two devices that are under the influence of a rotating field stand, can run through, fumigated in the first stage and in the other stage degassed0 Of course, many other combinations are also the same resulting from the processing of metals, possible.

In Figur 2 wird eine Ausführungsform beschrieben, die die Entgasung von Metallen in einer einfach aufgebauten und kontinuierlich betriebenen Apparatur gestattet Die Metall schmelze (1a) nimmt unter dem Einfluß des Drehfelds (2) die gezeigte Oberflächenform an und gestattet bei gegenüber bekannten Anordnungen extrem verktirzten Diffusionswegen Entgasungsreaktionen bzw. mit Hilfe über die Leitung (3) zugeführter Gase auch die Durchfubrung metallurgischer Raffinationsprozesse. Die Wärmeisolation (4) vermindert Wärmeverluste aus der Schmelze, die über den Stutzen g5) tangential dem Apparat zugeführt wird. Dabei wird die Verteilung durch einen Verteilerring (6) erleichtert. Die mittlere Verweilzeit der Metallscshmelse im Apparatwwird durch den Aufgabemengenstrom, die Felderregung des Drehfeldes und durch an sich bekannte Stauringe (7) beeinflußt. Die behandelte Flüssigkeit läuft bei dem Stutzen (8) ab, während die im Kopf (9) des Apparates angebrachte Öffnung (10) den Austritt von Gas ermöglicht.In Figure 2, an embodiment is described, the degassing of metals in a simply constructed and continuously operated apparatus The metal melt (1a) takes place under the influence of the rotating field (2) Surface shape shown and allows extreme compared to known arrangements shortened diffusion paths degassing reactions or with the help of the pipe (3) supplied gases also the implementation of metallurgical refining processes. The thermal insulation (4) reduces heat losses from the melt that flows through the nozzle g5) is fed tangentially to the apparatus. The distribution is done by a Distributor ring (6) facilitated. The mean residence time of the metal sleeve in the apparatus becomes by the feed volume flow, the field excitation of the rotating field and by itself known baffle rings (7) affected. The treated liquid runs on the nozzle (8), while the opening (10) in the head (9) of the apparatus allows the outlet made possible by gas.

Sinne etwas andere Anordnung zeigt Figur 3; hier ist der Reaktionsbehälter (1) konisch gestaltet. Das Metall wird im freien Fall von oben (5) zugeführt und verteilt sich in Form einer Dünnschicht (16) unter dem Einfluß des Drehfelds¢) auf der Behälterwandung. Bei ausreichenden Stromstärken läuft das fertig behandelte Metall über den Stutzen (11) ab, während die abgegebenen Gase über den Stutzen (10) abgezogen werden. Ein Schutzschild (12) verhindert das Hochsteigen der Schmelze.FIG. 3 shows a somewhat different arrangement; here is the reaction vessel (1) conically designed. The metal is fed in in free fall from above (5) and is distributed in the form of a thin layer (16) under the influence of the rotating field [) the container wall. If the current is sufficient, the finished product will run Metal over the nozzle (11), while the released gases through the nozzle (10) subtracted from. A protective shield (12) prevents the melt from rising.

In Figur 2 und 3 sind die Apparate vertikal angeordnet; dieser Aufbau bietet sich vorzugsweise an. Messungen haben jedoch derart hohe Umlaufzeiten für die Flüssigkeiten nachgewiesen, daß der Einfluß der Schwerkraft gegenüber den Fliehkräften so stark zurücktritt, daß auch eine beliebig schräge Anordnung bis hin zum horizontalen Aufbau möglich wird.In Figures 2 and 3, the apparatus are arranged vertically; this structure is preferable. However, measurements have such long turnaround times for the fluids demonstrated that the influence of gravity versus centrifugal forces receding so much that an arbitrarily inclined arrangement up to the horizontal Construction becomes possible.

Das Drehfeld (2) wird durch eine Wicklung erzeugt, die im Prinzip dem Wicklungsaufbau der Ständer von Drehstrommotoren entspricht. So wird insbesondere die Umlaufzahl des Drehfeldes von der Polzahl und der Frequenz des elektrischen Stromes bestimmt. Durch die Wahl einer geeigneten Frequenz ergeben sich Möglichkeiten, den Cosinus zu verbessern, der wegen erheblicher Luftspalte in aer Bohrung niedrig ist. Bei Dreiphasen-Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz wurden bei Sternschaltung Ret Wicklung be. Luftspalten von etwa 30 mm Werte unter Cosinus # = 0,3 gemessen. Die angelegte Spannung betrug dal,ei z.B. etwa @0 V. ie pannung wird zweckmäßig dber einen Regeltransformator oder dergleichen in ihrer öhe variiert und auf diese Weise die Ausbildung einer gleichmäßigen dünnen Schicht der Schmelze unter dem Einfluß des Drehfeldes bewirkt.The rotating field (2) is generated by a winding, which in principle corresponds to the winding structure of the stator of three-phase motors. So will in particular the number of revolutions of the rotating field on the number of poles and the frequency of the electrical Current determined. Choosing a suitable frequency opens up possibilities to improve the cosine, which is low because of the considerable air gap in the borehole is. With three-phase alternating current with a frequency of 50 Hz, star connection Ret winding be. Air gaps of about 30 mm, values below cosine # = 0.3 measured. The applied voltage was dal, ei e.g. about @ 0 V. The voltage is appropriate d via a regulating transformer or the like varies in their height and on this Way the formation of a uniform thin layer of the melt under the influence of the rotating field.

Claims

1. Process for continuous degassing or gassing of metal melts, characterized in that the gassing or degassing takes place in a zone which the melt passes through in a thin layer under the influence of a rotating electrical field.

2. V-device for performing the method according to claim 1, consisting from a conical reaction vessel (1), a coil for generating the rotating field (2), a nozzle (5) for introducing the molten metal, a nozzle (io) for Removal of the gases and a nozzle (11) for the outlet of the degassed molten metal.

L e r s e i t e