DE2327834B2 - Vorrichtung zum Trennen von Mischungen wenigstens teilweise schmelzflussiger Metalle, Metallverbindungen und/oder metallhaltiger Schlacke in mindestens zwei Phasen unterschiedlicher Dichte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen von Mischungen wenigstens schmelzflüssiger Metalle, Metallverbindungen und/oder metallhaltiger Schlacke in mindestens zwei Phasen mit unterschiedlicher Dichte, bestehend aus einer Schleudertrommel, einer am oberen Ende einmündenden Zufuhreinrichtung für das wenigstens teilweise schmelzflüssige Aufgabegut und im Bereich des unteren Endes der Schleudertrommel angeordneten Austragöffnungen für die einzelnen Phasen, wobei die Austragöffnung für die Phase mit der größeren Dichte in größerem Abstand von der Drehachse angeordnet ist als die jeweilige Austragöffnung der anderen Phasen.

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung (DE-OS 19 04 965) tritt die spezifisch schwerere Phase durch einen langen Austragkanal mit freiem Strahl aus der Schleudertrommel aus und sie soll in einer nach oben offenen, stillstehenden Sammelrinne aufgefangen werden. Die spezifisch leichtere Phase wird durch einen anderen langen Austragkanal in ein anderes Auffanggefäß abgeschleudert Bei der Abschleuderung der spezifisch schwereren Phase mit freiem Strahl ist die Gefahr nicht ausgeschlossen, daß insbesondere bei höherer Trommeldrehzahl der Strahl infolge der Zentrifugalkraft radial nach außen auswandert und von der stillstehenden Sammelrinne 30 nicht mehr aufgefangen wird, da eine Führung des Strahls nicht vorhanden ist. Dann ergibt sich als Folge eine unerwünschte Rückvermischung der abgeschleuderten spezifisch schwereren Phase mit der aufgefangenen spezifisch leichteren Phase. Weiter nachteilig ist, daß Ansätze, die sich in den langen Austragkanälen bilden können, zum Beispiel bei Betriebsstörungen infolge Absinkens der Temperatur unter die Schmelztemperatur, praktisch nicht oder nur sehr schwer entfernbar sind, so daß die Austragskanäle »zuwachsen« können.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-PS 80 041) zum Trennen von geschmolzenen Metallen werden die radial abgeschleuderten getrennten Phasen durch lange, mit dem Schleuderbehälter verbundene Rohrstücke geführt, die ebenfalls »zuwachsen« können. Ferner ist eine Schleudervorrichtung (US-PS 23 95 286) zum Reinigen von schmelzflüsvigm Metall bekannt, dessen spezifisch leichtere Phase im Bereich der Schleudertrommelachse durch amen konstruktiv aufwendigen Skimmer abgezogen wird. Auch hier sind die Austragkanäle zum Abzug der getrennten Phasen lang und eng, wodurch sich die oben geschilderten Nachteile ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Trennen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Mischungen unterschiedlicher Dichte mittels Schleudertrommel dahingehend zu verbessern, daß die Schleudertrommel den thermischen, chemischen und mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist und verschiedenen Mengenströmen und Zusammensetzungen der zu trennenden schmelzflüssigen Mischungen anpaßbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Innenwand der Schleudertrommel, soweit sie mit schmelzflüssigem Gut in Berührung kommt, eine lösbare Auskleidung aus wärme- und korrosionsfesten Wrkstoff aufweist, daß in der Auskleidung der Gesamtquerschnitt der Austragöffnungen für die dichtere Phase geringer ist als der Gesamtquerschnitt der Austragsöffnungen für die weniger dichte Phase, daß die jeweils entsprechenden Öffnungen der Trommelwandung einen größeren Querschnitt haben als die Austragsöffnungen. in deren Bereich und bezogen auf die Drehachse auf deren Außenkante je ein

Ableitblech angeordnet ist, wobei das jeweilige Ableitblech bezogen auf die Drehachse auf seiner Außenseite mit Abstand von dem kragenförmigen Ende einer stillstehenden Auffang- und Sammeleinrichtung umfaßt ist

Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung besteht darin, daß die Schleudertrommel in Verbundbauweise hergestellt werden kann, das heißt, daß für die Auskleidung, die beispielsweise aus Blech hergestellt werden ka".n, ein Werkstoff genommen wird, der wärme- und korrosionsfest ist, um den Angriff des schmelzflüssigen Aufgabegutes zu widerstehen. Derartige Werkstoffe haben in der Regel aber bei den hier in Frage kommenden Temperaturen von über 1000° C nicht die hohen mechanischen Festigkeitseigenschaften, die für eine Schleudertrommel mit Umfangsgeschwindigkeiten von 8 m/sec und mehr erforderlich sind. Die mechanischen Belastungen werden hingegen von der kälteren Trommelwand aufgenommen.

Es ist beispielsweise möglich, nach Entfernen eines entsprechenden Deckels der Schleudertrommel im Bereich des Zufuhrendes die Auskleidung bsi Betriebsende noch im heißen Zustand herauszunehmen und dann Ansätze durch Abschrecken zu entfernen. Andererseits ist die Inbetriebnahme einer derartigen Vorrichtung erheblich vereinfacht, weil die Auskleidung in einem Ofen stationär vorgeheizt werden kann, in heißem Zustand in die Schleudertrommel eingesetzt wird, so daß nach Schließen des Deckels die Trommel sofort in Betrieb genommen werden kann.

Die beispielsweise düsenförmig ausgebildeten Austrittsöffnungen für die einzelnen Phasen sind mit der Auskleidung fest verbunden, so daß durch Auswechseln der Auskleidung auch Auskleidungen mit anderen Querschnittsverhältnissen der Austrittsöffnungen eingesetzt werden können, so daß innerhalb kürzester Zeit die Vorrichtung an sich ändernde Betriebsbedingungen bzw. ändernde Zusammensetzungen des Aufgabegutes angepaßt werden kann.

Dadurch, daß der Gesamtquerschnitt der Austragsöffnunge.. für die dichtere Phase geringer ist als der Gesamtquerschnitt der Austragsöffnungen für die weniger dichte Phase, ist in einfach-r Weise eine Regelung zur Einstellung der Trenngrenze zwischen den Phasen allein durch Regelung der Zulaufmenge möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das jeweils im Bereich der Austragsöffnungen der Schleudertrommel angeordnete Ableitblech kein geschlossenes Rohr, sondern es hat die Gestalt einer offenen Dachrinne oüer Halbschale. Die halbschaligen Ableitbleche, angeordnet nur an der radial äußeren Peripherie der Austragsöffnungen der Schleudertrommel, erfüllen einerseits vollständig ihre Funktion zur Schmelzstrahlführung und sie haben den großen Vorteil, daß sie nicht »zuwachsen« können, wenn sich auf den Ableitblechen Ansätze bilden sollten. Ansätze auf den Ableitblechen beeinflussen die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung praktisch nicht, da die schmelzflüssigen Phasen über solche etwaigen Ansätze hinwegfließen können, weil ja der Strömungsquerschnitt der Ableitbleche in seiner Dicke nicht begrenzt ist. Die Entfernung etwaiger Ansätze von den Ableitblechen ist sehr einfach im Gegensatz zur Entfernung von Ansätzen aus geschlossenen engen Rohren. Die A.LStragsöffnungen, die selbst eine geringe Länge aufweisen, sowie die Ableitblechc können sic'i also praktisch nicht ; jsetzen. so daß die crfindungsgcmäße Vorrichtung betriebssicher und wartungsarm arbeitet. Gleichzeitig ist eine saubere Trennung der Phasen mit unterschiedlicher Dichte, beispielsweise Metall und Schlacke, gewährleistet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die in die Schleudertrommel eingesetzte Auskleidung aus einer hitzebeständigen Kobalt-Chrom-Eisen-Legierung.
Die Austragsöffnung für die dichtere Phase ist vorteilhafterweise so angeordnet, daß sie in unmittelbarer Verbindung zur Trommellängswand steht, insbesondere in Verlängerung der Trommellängswand in der Stirnwand angeordnet ist Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Schleudertrommel bei

κ Betriebsstörungen oder Betriebsunterbrechungen vollständig leer gefahren werden kann, so daß auf diese Weise vermieden werden kann, daß größere Anteile des ursprünglich schmelzflüssigen Aufgabegutes bzw. einzelner Phasen in der Trommel selbst erstarren. Bei der Anordnung von jeweils mehreren Austragsöffnungen für die einzelnen Phasen ist es vorteilhaft, diese Gleichmäßig auf den Umfang 0*?r Schleudertrommel bzw. der Stirnwand verteilt anzuordnen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Zufuhreinrichtung axial und voi^ugsweise rohrförmig in das Aufgabeende der Schleudertrommel eingeführt ist und daß im Bereich der Mündung der Zufuhreinrichtung eine Ablenkeinrichtung angeordnet ist, die das schmelzflüssige Aufgabegut noch im Bereich des Aufgabeendes der Trommel zur Wandung umlenkt. Durch diese Ausgestaltung wird eine gezielte Aufgabe des zu trennenden schmelzflüssigen Gutes zur Trommelwand erreicht. Für das Gut bleibt die volle Weglänge entlang der Trommellängswand erhalten.

3^r> Zum anderen wird erreicht, daß infolge der Umlenkung in radiale Richtung das Aufgabegut relativ tief in das bereits an der Trommelwandung befindliche Bad »eintaucht« und kurzzeitig so eine Beschleunigung auf die Umfangsgeschwindigkeit erfährt. H'erbei ist in einer

4n weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Ablenkeinrichtung als Platte ausgebildet ist. Hierdurch erfährt das Aufgabegut schon im Einlaufbereich eine Vorbeschleunigung, die sich vorteilhaft auf das Trennergebnis auswirkt.

■r> In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, vorzugsweise bei einer Vorrichtung mit vertikal angeordneter Drehachse, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in die Schleudertrommel vom Austragsende her ein konzentrisch und mit

)fi radialem Abstand zur Trommelinnenwandung verlaufender Tragkörper bis in den Bereich des Aufgabeendes hineinragt, wobei die der Zufuhröffnung zugekehrte Seite des Tragkörpers vorzugsweise als Ablenkeinrichtung ausgebildet ist. Eine derart ausgebildete Vorrich-

5) tung läßt sich auch bei größeren Einheiten noch »fliegend« lagern, da es hierdurch möglich wird, die Lagerung in die Nähe der Schwerpur.ktsebene zu legen. Bei größeren Einheiten ist es sogar möglich, die Lagerung innerhalb des Tragkörpers vorzusehen, so

■■■ daß auch Siiileudertrommeln mit relativ großer Trommellänge konstruktiv möglich sind. Als weiterer Vorteil ergibt sich dementsprechend, daß da« Innere der Trommel bei der Anordnung eines entsprechend lösbiircn Deckels im Bereich des Aufgabeendes ohne große Montagearbeiten leicht zugängig ist.

Die crfindungsgemäDe Vorrichtung ist anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Auf einem L.ager/.apfcn 1 eines nicht näher dargestell-

ten Gestelles ist cine Schleudertrommel 2 um ihre vertikale Achse drehbar gelagert und mit einem Antrieb verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schleudertrommel entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung so ausgebildet, daß vom Austragsendc 3 her in den Trommelinnenraum ein konzentrisch und mit radialem Abstand zur Trommelinnenwandung verlaufender Tragkörper 4 bis in den Bereich des Aufgabeendes 5 hineinragt. Über diesen Tragkörper ist die Schleudertrommel einerseits mit dem Antrieb verbunden und andererseits auf dem Lagerzapfen 1 des Gestelles drehbar gelagert. Die erforderliche Kühlung der Lagerung ist in der Prinzipskizze nicht näher dargestellt. Das Zufuhrende der Trommel ist mit einem vorzugsweise lösbaren Deckel 6 versehen, der in seiner Mitte eine Öffnung 7 aufweist, durch die eine rohrförmige Zuführeinrichtung 8 in den Innenraum der Trommel hineinragt.

In die Trommel ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein

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-j aus UIIiCiIi warme- uiiu Kurrusioiisic- _'ii sten Material als Abdeckung für die Flächen eingesetzt, die mit dem schmelzflüssigen Gut in Berührung kommen können. Dieser Einsatz weist bei dem dargestellten Beispiel an seinem unteren Ende, dem Austragsendc vorzugsweise mehrere auf den Umfang verteilte Austragsöffnungen 10 für die dichte Phase auf, die in Verlängerung der Trommellängswand an der Stirnwand angeordnet sind. Mit einem geringeren Abstand von der Drehachse als die öffnungen IO sind Austragsöffnungen It in der Stirnwand des Einsatzes 9 angeordnet, die dem Austrag der weniger dichten Phase der zu trennenden Mischung dienen. Hierbei ist es vorteilhaft, die Abdeckung bzw. den Einsatz aus einer hitzebeständigen Kobalt-Chrom-Eisen-Legierung herzustellen, beispielsweise UMCo 50 (50% Co. 27% Cr, 23% Fe).

Entsprechend der Erfindung ist jeweils im Bereich der Austragsöffnungen 10 und Il und bezogen auf die Drehachse im Bereich ihrer Außenkanten jeweils ein Ableitblech 12 bzw. 13 angeordnet. Durch diese Ableitbleche wird die durch die Öffnungen austretende abgetrennte Phase in das jeweilige Auffanggehäuse übergeführt. Ein wesentlicher Vorteil einer derartigen Ausgestaltung besteht darin, daß etwaige Ansätze nur in den Durchtrittsöffnungen 10 und 11 selbst entstehen können. Da diese Öffnungen jedoch nur eine geringe Länge aufweisen, können sie sich praktisch nicht zusetzen, da sie unter dem Einfluß der Strömung freigehalten werden. Ansätze auf den Ableitblechen selbst haben dagegen praktisch keinen Einfluß auf die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung. Andererseits lassen sich die öffnungen 10 und Il wegen ihrer geringen Länge jederzeit in einfacher Weise von Ansätzen befreien. Die jeweiligen Ableitbleche 13 der Austragsöffnungen 11 für die weniger dichte Phase sind auf ihrer Außenseite mit Abstand von einem kragenförmigen Ende 14 einer nicht näher dargestellten Auffang- und Sammeleinrichtung umfaßt Hierdurch ist eine saubere Trennung der in verschiedenen Abständen von der Drehachse ausgetragenen Phasen unterschiedlicher Dichte gewährleistet Zum Auffangen der von dem Ableitblech 12 abgeschleuderten dichteren Phase ist das untere Ende der Schleudertrommel von einem gleichfalls mit kragenförmigem Ende ausgebildeten Auffanggehäuse 15 umfaßt

Die Funktionsweise der Maschine ist nun wie folgt:
Die in etwa auf Betriebstemperatur vorgeheizte Schleudertrommel wird in Drehung versetzt wobei die Drehzahl bzw. die Umfangsgeschwindigkeit von den Viskositäten der einzelnen Phasen bzw. Komponenten des Aufgabegutes in bezug auf eine weitgehende Abtrennung der dichten Phase abhängig ist. Bei der Ί nachstehend genannten bleihaltigen Schlacke führt eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa 10 bis I2m/see bereits zu guten Trennergebnissen. Das zu trennende schmelzflüssige Aufgabegut. beispielsweise eine Schlakke, die metallisches Blei dispergiert enthält, wird über

in die Zufuhreinrichtung 8 in den Innenraum der rotierenden Schleudertrommel eingeführt. Hierbei gelangt das schmelzflüssige Aufgabegut zunächst auf die der Mündung der Zuführeinrichtung zugekehrten Stirnfläche 16 des Einsatzes 9, die mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit wie die Schleudertrommel rotiert und so erfindungsgemäß eine rotierende Umlenkplatte bildet. Zwischen der Stirnfläche des Tragkörpers 4 und der Umlenkplatte 16 ist eine wärmeisolierende Auskleidung 19 vorgesehen, um die inner Niliü des Tragküipcis ueiiiiuiiciic Lageiuiig £ü schützen. Die Lagerung ist über den Lagerzapfen 1 zweckmäßig mit einer nicht dargestellten Kühleinrichtung verbunden. Durch die Umlenkplatte wird der Strahl in radialer Richtung auf die Trommelwandung umgelenkt und gleichzeitig in Umfangsrichtung beschleunigt, so daß das schmelzflüssige Gut bereits mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Vorgeschwindigkeit auf die Oberfläche 17 des an der Trommellängswandung durch die Zentrifugalkräfte gehaltenen »Bades« auftrifft und dort auf volle Umdrehungsgeschwindigkeit beschleunigt wird. Da durch die Austragsöffnungen ständig eine Teilmenge des ->Bades« abgezogen wird, ergibt sich eine Strömung des Bades in axialer Richtung. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bewegen sich nun die in der Schlacke fein dispergierten Bleitröpfchen wegen ihrer höheren Dichte gleichzeitig in Richtung auf die Trommellängswand, wo sie sich in einem Bereich hinter dem Aufgabeende in einem geschlossenen Film bzw. einer geschlossenen Schicht ansammeln. Diese Schicht weist mindestens im Bereich des Austragsendes der Schleudertrommel eine definierte Trennfläche 18 zwischen dem flüssigen Blei und der weniger dichten Schlacke auf. Durch entsprechende Abstimmung von Zulaufmenge, Schleuderdrehzahl und dem Verhältnis der Austrittsquerschnitte der öffnungen 10 und 11 zueinander läßt sich nun in etwa ein Gleichgewichtszustand erzielen, so daß die Trennfläche 18 praktisch im gleichen radialen Abstand von der Drehachse bleibt und so durch die öffnung 10 das metallische Blei und durch die öffnung 11 die entmetallisierte Schlacke abgezogen werden kann.

Da nun die Bleitröpfchen zum Teil sehr fein in der Schlacke dispergiert sind, so daß infolge der Viskosität der Schlacke allerfeinste Tröpfchen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft auch bei langen Schleudertrommeln nicht nach außen getragen werden, läßt sich in der Praxis keine vollständige Trennung in Blei und Schlacke erreichen. Es ergibt sich hier als dichtere Phase eine stark mit Blei angereicherte Schlacke und als weniger dichte Phase eine stark an Blei verarmte, das heißt entmetallisierte Schlacke. So konnte beispielsweise bei einer metallurgischen Schlacke, in der metallisches Blei mit einem Anteil von 2^7 Gew.-% in fein dispergierter Form enthalten war, bei einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 12 m/sec eine Verarmung der Schlacke auf einen Bleianteil von etwa 03 Gew.-% erzielt werden, das heißt also der Bleianteil praktisch vollständig zurückgewonnen werden. Grundsätzlich ist bei der

Auslegung der Vorrichtung für den speziellen Anwenclungsfall davon auszugehen, daß bei geringen Gewichtsunterschifden die Trommellange und/oder der Trommeldurchmesser bzw. die Drehzahl größer sein muß als bei großen Wiehtcunterschiedcn zwischen den zu trennenden Phasen.

Es 'Sl beispielsweise für die Trennung von schmelzflüssig™ Mischungen mit nur einem geringen Gehall an dichter Phase in der weniger dichten Phase vorteilhaft, anstelle einer zylindrischen Schleudertrommel eine zum Austragende hin sich konisch erweiternde Schleudertrommel vorzusehen, bzw. in eine zylindrische

Schleudertrommel einen entsprechend ausgebildeten Einsatz aus wärme- und korrosionsfestem Werkstoff einzusetzen. Unter Umständen genügt es, eine konische Erweiterung im Bereich des Austragsendes vorzusehen. Hierdurch ist man in der Lage, auch bei geringen Mengen der dichten Phase unmittelbar vor den Austragsöffnungen ein ausreichend tiefes »Bad« zu bilden, so daß sich eine definierte Trennfläche zwischen der dichten und der weniger dichten Phase einstellen kann und somit ein sauber getrennter Austrag der beiden Phasen gewährleistet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Trennen von Mischungen wenigstens teilweise schmelzflüssiger Metalle, Metallverbindungen und/oder metallhaltiger Schlacke in mindestens zwei Phasen mit unterschiedlicher Dichte, bestehend aus einer Schleudertrommel, einer am oberen Ende einmündenden Zuführeinrichtung für das wenigstens teilweise schmelzflüssige Aufgabegut und im Bereich des unteren Endes der Schleudertrommel angeordneten Austragsöffnung für die Phase mit der größeren Dichte in größerem Abstand von der Drehachse angeordnet ist als die jeweilige Auftragsöffnung der anderen Phasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- is wandung der Schleudertrommel (2), soweit sie mit schmelzflüssigem Gut in Berührung kommt, eine lösbare Auskleidung (9) aus einem wärme- und korrosionsfesten Werkstoff aufweist, daß in der Auskleidung der Gesamtquerschnitt der Austragsöffnungen (10) für die dichtere Phase geringer ist als der Gcsamtquerschr.itt der Aystragöffnungen (!!) für die weniger dichte Phase, daß die jeweils entsprechende Öffnungen der Trommelwandung einen größeren Querschnitt haben als die Austrag-Öffnungen (10,11), in deren Bereich und bezogen auf die Drehachse auf deren Außenkante je ein Ableitblech (12, 13) angeordnet ist, wobei das jeweilige Ableitblech (12, 13) bezogen auf die Drehachse auf seiner Außenseite mit Abstand von dem kragenförmigen Ende einer stillstehenden Auffang- U'-.Ί Sammeleinrichtung (14,15) umfaßt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (9) aus einer hitzebeständigen Kobalt-Chrom-Eisen-Legierung besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragöffnung (10) für die dichtere Phase so angeordnet ist, daß sie in unmittelbarer Verbindung zur Trommellängswand steht, insbesondere in Verlängerung der Trommellängswand in der Stirnwand angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung (8) axial und vorzugsweise rohrförmig in das Aufgabeende der Schleudertrommel (2) eingeführt ist und daß im Bereich der Mündung der Zufuhreinrichtung eine Ablenkeinrichtung angeordnet ist, die das schmelzflüssige Aufgabegut noch im Bereich des Aufgabeendes der Schleudertrommel zur Wandung umlenkt. w

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung als Platte (16) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schleudertrommel (2) vom Austragende her ein konzentrisch und mit radialem Abstand zur Trommelinnenwandung verlaufender Tragkörper (4) bis in den Bereich des Aufgabeendes hineinragt, wobei die der Zufuhröffnung zugekehrte Seite des Tragkörpers vorzugswei- m> se als Ablenkeinrichtung(16) ausgebildet ist.