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1. Vladimir Semenovitsoh Tscherednitschenko,
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Novosibirsk/UdSSR 2. Gennadij Ivanovitsch Orlov, Novosibimks/UdSSR
3. Aron Semenovitsch Mikulinskoå, Moskovskoj oblasti/UdSS 4. Jurij Semenovitsch
Arzamascev, Novosibirsk/UdSSR 5. Vladimir Vasilievitsch Efremkin, Sverdlovsk/UdSSR
6. Valentina Kuzminitschna Nikitina, Kischinev/UdSSR 7. Dmitrij Valentinovitsch
Nikitin, Kischnev/UdSSR 8. Igor Valentinovitsch Nikitin, Kischinev/UdSSR APPARAT
ZUM KONTINU/IERLICHEN RXFFINIEREN VON METALLEN IN Die vorliegende Erfindung betrifft
Ausrüstungen zur Metallbehandlung, insbesondere Apparate zum kontinuierlichen Raffinieren
von Metallen im Vakuum.
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Besonders wirkungsvoll kann die vorliegende Erfindung bei der Gewinnung
von Feinzinn mit einem Gehalt an Begleitstoffen von nicht mehr als 2% eingesetzt
werden.
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Ein bekannter Apparat zum kontinuierlichen Raffinieren von Metallen
im Vakuum enthalt eine Zylinder förmige Vakuumkammer, in der ein Verdampfer in Form
einer Kolonne von Graphittellern angeordnet ist, der zur Aufnahme von vorhergeschmolzenem
Rohmetall dient, einen zentralen Staberhitzer mit Elektroenergie-Stromzuführung
oder einen Induktnr, der zur Erhitzung des
Verdainpfers mit Metall
und zur Verdampfung leichtsiedender Begleitstoffe im Metall die Kolonne der Graphit
teller umfaßt. In diesem Apparat ist weiter eine Auffang- und dem EondeasationsvorrichtunS
für den sich aus Metall ausscheidenden Dampf der Begleitstoffe sowie ein Kondensatsamt:ielbehälter
zur Aufnahme der Beglcitstoffe in flüssiger Form vorgesehen.
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In den bekannten ; Apparaten wird die Auffang,- und Kondensationsvorrichtung
für den sich aus dem zu raffinien renden Metall ausscheidenden Dampf aus Begleitstoffe
entweder in Form gelochter Schirme, falls der Apparat einen zentralen Staberhitzer
aufweist, oder in Form einer Dampfleitung auseführt, die durch in der Mitte der
Teller ause führte Öffnungen, eine Ejektorwirkung hervorrufende kegelförmige Stutzen
und einen unterhalb der Kolonne der Graphit teller befindlichen Kondensator gebildet
wird, falls der Erhitzer in Form eines die Kolonne der Graphitteller umfassenden
Induktors ausgeführt ist.
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Zur Zufuhr von vorhergeschmolzenem Metall n die Vakuumkammer und
zum Abflußder abgetriebenen Begleitstoffe und Feinmetall gelangen Rohrleitungen,
die aus einem Metallgehäuse und einem in das Gehäuse eingesetzten Graphit rohr bestehen,
zum Einsatz.
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Linen @achteil der bekannten die Apparate bildet kleine offene metalloberfläche
in dem Teller, von der die Intensität der Verdampfung der Begleitstoffe abhängig
ist. Die Hauptmenge an @etall liegt in der Tiefe des Tellers und nur eine dünne
Schicht davon ausgesetzt s ist Uer Verdampfung . Die in der Tiefe des. Metall befindlichen
Begleitstoffe wandern zur offenen Oberfläche nur aufgrund von Diffusion, deren Geschwindigkeit
sehr niedrig ist. Dadurch sind die Leistung des Apparates und der @einigungsgrad
des @etalls gering.
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Dieser Nachteil kann durch die Vergrößerung der Telleranzahl und
somit der offenen Gesamtoberfläche vom etall teilweise ausgeglichen werden. Dies
hat aber eine wesentliche Zunahme der Aussenab@essungen des Apparates und unter
Verwendung eines zentralen Staberhitzers beträcht-@iche Schwierigkeiten bei der
Herstellung eines verlängerten Erhitzers zur Folge.
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Einen weiteren wichtigen Nachteil der bekannten Apparate bildet die
Unmöglichkeit, die freiwerdende Energie der Höhe der Tellerkolonne nach ungleichmässig
zu verteilen.
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Die Notwendigkeit, eine grössere @nergiemenge
im
oberen Teil der Kolonne freiwerden zu lassen, ist dadurch gegeben, daß im oberen
Teil der Kolonn@ Metall bis auf die Siedetemperatur der Begleitstoffe ernutzt wird.
Im gleichen Teil der Kolonne verda:npft auch .ie grösste Menge der Begleitstoffe,
was durch die Praxis bestätigt wird. Infolgedess en nimmt die Stabilität des Vorganges
ab.
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Den dritten Nachteil der bekannten Konstruktion bildet die geringe
Haltbarbeit der Rohrleitungen zur Zufuhr von vorhergeschmolzenem Metall zur Vakuumkammer
und zum Abfluß von Bebleitstoffen und Feinmetall aus ar Kammer, weil Metall una
Begleitstoffe bei erhöhten Temperaturen mit dem Werkstoff der Rohrleitungen aktiv
zusammenwirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparat zum kontinuierlichen
Raffinieren von Metallen zu schaffen, bei dem dr Verdampfer derart ausgeführt ist,
dass die der Leistung des Apparates gesteigert, spezifische Elektroenergieverbrauch
vermindert sowie dia Stabilität des Vorganges und die Güte des Raffiniermetalls
erhöht zu werden vermögen.
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Erfindungsgemäss wird die se Aufgabe bei einem Apparat zum kontinuierlichen
Raffinieren von Metall
len<gelöst>, der eine zylinderförmige
Vakuumkammer, in der ein Verdampfer für vorhergeschmolzenes Bohmetall angeordnet
ist, einen Erhitzer mit Elektroenergie-Stromzuführung zur Erhitzung des Verdampfers
mit Metall bis auf die Verdampfungstemperatur leichtsiedender Begle itatoffe und
einen Kondensatsammelbehälter zur Aufnahme von bei der Erhitzung verdampfenden Begleitstoffen
enthält, in de:n der Verdampfer einen Behälter mit einem granulierten Schüttgut
enthält , das den Rauminhalt des Behälters zur einer Schaffung maximalen Grösse
an von dem flüssigen Raffiniermetall umströmter Verdampfungsoberfläche vollständig
ausfüllt, wobei in den Seitenwänden des Behälters dem Öffnungen zum Durchgang des
Dampfes der aus Metall von der erwähnten Verdampfungsoberfläche entweichenden Begleitstoffe
und im Boden des Behälters Öffnungen zum Abzug von Feinmetall aus der Vakuumkammer
angebracht sind. Dadurch, dass das Raffiniermetall im Verdampfer in einem dünnen
Film zerfliesst, indem es jedes Teilchen des Schüttguts umhüllt, nimmt di Verdampfungsoberfläche
der Beglaitstoffe stark zu. Durch Vorhandensein von Metall im Verdampfer in Form
eines dünnen Films verläuft der Verdampfungsvorgang der Begleitstoffe praktisch
aus dem gesamten Metallvolumen, was die Leistung des Apparates und s den Reinigungsgrad
des Metall beträchtlich erhöht.
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Zur Steigerung der Mitreissgeschwindigkeit des Begleitstnffdampfes
aus dem Verdampfer gelangt vorteilhaft die Verwendung eines in bezug auf den Verdampfer
äusseren Erhitzer z. B. einer Induktionserwärmung9-einrichtung zum Einsatz. In diesem
Fall ergibt sich die Möglichkeit, eine Dampfleitung längs der Achse des Verdampfers
zu bilden.
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Dazu ist der Behälter durch zwei koaxial und längs der Achse der
Vakuumkammer angeordnete Zylinder gebildet, zwischen denen ein Zwischenraum zum
Füllen mit einem granulierten Schüttgut besteht, und die erwähnten Öffnungen zum
Durchgang des Begleitstoffdampfes sind in den Wänden des Innenzylinders ausgebildet,
innerhalb von dem in einem gewissen Abstand von- und in Flucht miteinander kegelförmisind
ge Stutzen vorgesehen , die gemeinsam mit dem Hohlraum dieses Zylinders eine Dampfleitung
für Begleitstoffe bilden, die mit dem Kondensatsammelbehälter in Verbindung steht,
wobei am Ausgang des Eondensatsammelbehälters eine von einem Eühlwassermantel umgebene
und mit einem Elektroerhitzer versehene Rohrleitunz vorgesehen ist.
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Die im Hohlraum des Innenzylinders in einem gewissen Abstand voneinander
befindlichen kegelförmigen Stutzen rufen eine Dampfstrahlejektion hervor, womit
sie zugleich die Dampfabsauggeschwindigkeit erhöhen, was zur Leistungs steigerung
des Apparates beiträgt.
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Zur Neuverteilung der Energie nach der Höhe des Verdampfers wird
das Raffiniermetall als Erhitzer benutzt.
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Zur Erhöhung der im oberen Teil des Verdampfers freiwerdenaen Energiemenge
ist der mit dem granulierten Schüttgut gefüllte Zylinder in Form eines mit seinem
verbreitetten Teil nach unten zugekehrten Kegelstumpfes ausgeführt.
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Somit ist die Querschnittfläche des Raffiniermetalls im oberen Teil
des Verdampfers kleiner als im unteren. Unter Verwendung des Raf£iniermetalls als
Erhitzer ist wegen des Unterschieds zwischen den Querschnittfläche@ sein Widerstand
im oberen Teil des Verdampfers stärker und im unteren Teil schwächer. Nach bekannten
Gesetzen ist die zu entwickelnde Wärmemenge direkt proportional zu dem Widerstand
des jeweiligen Stromleiters. Im oberen Teil des Verdampfers wird also mehr Wärme
frei als im unteren Teil. Das Gesetz der Neuverteilung der Energie tnachuder Höhe
des Verdampfers> folgt nach der Konizität der Innenfläche des Zylinders.
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Durch die Neuverteilung der im Verdampfer freider werdenden Energie
wird spezifische Elektroenergieverbrauch herabgesetzt und die Stabilität des Raffinationsgeschehens
erhöht.
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Zur Verlängerung der Lebensdauer der Rohrleitungen findet ein Verfahren
An wendung, bei dem die Werkstoffe
der Rohrleitung mit einer dünnen
Kruste erstarrtes Metall geschützt werden.
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Die Bildung der Kruste wird durch die Abkühlung des Gehäuses der
Rohrleitung mit Wasser erreicht, wozu das Gehäuse mit einem Kühlwassermantal versehen
ist. Die Dicke der i'ruste wird durch Vereinigung der gasserkühlung des Gehäuses
und des zwischen dem Gehäuse der Rohrleitung und deren feuerfestem z.B. Graphitrohr
befindlichen Elektroerhitzers eingestellt.
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Nachstehend wird ein erfindungsgemässv»Apparat zum kontinuierlichen
Zinnraffinieren mit Befreien von Blei und Wismut anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die . Zeichnungen näher beschrieben; es zeigen Fig. 1 einen
Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Apparat zum kontinuierlichen Zinnraffinieren
unter Verwendung von Raffinierzinn als Erhitzer, Fig. 2 einen Längsschnitt durch
den erfindungsgemässen Apparat unter Verwendung einer Induktionserwärmungseinrichtung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Rohrleitung.
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Der Apparat zum kontinuierlichen Raffinieren von Zinn im Vakuum enthält
eine zylinderförmige Vakuumkammer 1 (Fig. 1), der das vordergeschmolzene Rohzinn
über
Rohrleitungen 2 zugeführt wird.
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Innerhalb der Vakuumkammer 1 ist ein Verdampfer angeordnet 3 , der
durch einen Graphitzylinder 4 gebildet wird, dessen gesamter Rauminhalt mit einem
granuliertan Schüttgut 5 gefüllt ist, als welches Graphit zum Einsatz gelangt.
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Zum gleichmässigen Zerfliessen des Raffinierzinns im gesamten Volumen
des Verdampfers ist oben über dem Verdampfer ein Aufnahmeteller 6 mit einer Reihe
von in seinem Boden ausgebildeten Öffnungen 7 vorgesehen.
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Der Boden 8 des Graphitzylinders 4 weist eine Reihe von Öffnungen
8e zum Abfluss voo Feinzinn auf einen Untersatz 9 auf, von wo es über eine Bohrleitung
10 dem Kühler 11 und ferner dem Gefäss 12 zugeführt wird.
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Unter Verwendung des Raffinierzinns als Erhitzer elektrische erfolgt
dieiStromzuführung lurch einen ins flüssige Zinn des Aufnahme tellers herabgesenkten
Stab 13. Als zweite Stromzuführung dient der Untersatz 9, der mit dem Gehäuse der
Vakuumksmmer 1 elektrisch verbunden ist. Zur Widerstandsänderung des Erhitzerstnach>
der Höhe des Verdampfers <> ist die Innenfläche 14 des Graphitzylinders 4
kegelförmig, mit nach unten zugekehrtem verbreitertem Teil ausgeführt.
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Zum Durchgang des Begleitstoffdampfes sind im Zylinder 4 Öffnungen
13 ausgebildet. Der Begleitstoffdampf
gelangt an ein System von
gelochten Schirmen 16, an denen der Dampf kondensiert und dann ineinen Kondensatsamcelbehälter
17 herabfliesst, von wo die Begleitstoffe über eine Rohrleitung 18 dem Eondensatkasten
19 zugeführt werden.
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Fig. 2 zeigt den erfindungsgemässen Apparat zum Zinnraffinieren mit
einer Induktionserwärmungseinrichtung 20, die den Verdampfer 3 umgibt. In diesem
Fall ist der Verdampfer durch zwei koaxial und längs der Achse der Vakuumkammer
angeordnete Zylinder - Aussenzylinder 21 und Innenzylinder 22 - gebildet, zwischen
denen ein Zwischenraum 23 zum Füllen mit granuliertem Schüttgut 5 besteht. Dabei
sind die offnunaen 15 zum Durchgang des Begleitstoffdampfes in den Wänden des Innenzylinders
22 angebracht. Im Hohlraum 24 des Innenzylinders 22 sind in einem gewissen Abstand
von- und in Flucht miteinander kegelförmige Stutzen 25 vorgesehen, die gemeinsam
mit dem Hohlraum 24 des Innenzylinders 22 eine Dampfleitung für Begleitstoffe bilden.
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Mit Hilfe eines kegelförmigen Zwischenstutzens 26 steht die Dampfleitung
mit einem Kondensator 27 in Verbindung, aus dem die Begleitstoffe in flüssiger Form
über die Rohrleitung 18 dem Kondensatkasten 19 zugeführt werden.
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Die Rohrleitungen 2, 10 und 18 bestehen aus Gehäuse 28 (Fig. 3),
fauerfestem Rohr 29, Kühlwassermantel 30 und Elektroerhitzer 31. Der Elektroerhitzer
31 ist in eine Betonschicht 32 eingemauert, Der Apparat arbeitet wie folgt.
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ueber die Rohrleitung 2 wird das vorhergeschmolzene Rohzinn dem Aufnahme
teller 6 der Vakuumkammer 1 zugeführt Durch die Öffnungen 7 fliesst das Raffinierzinn
im Volumen des granulierten Schüttguts 5 auseinander und wird durch die dem Raffiniermetall
über die Stromzuführung 13 zugeführte Energie bis auf die Siedetemperatur der Begleitstoffe
erhitzt. Durch die Öffnungen 15 im Zylinder 4 gelangt der Begleitstoffdampf an das
System der gelochten Schirme 16, wo er kondeniert wird und in den Kondensatsammelbehälter
17 herabfliesst, von wo die Begleitstoffe in flüssiger Form über die Rohrleitung
18 dem Kondensatkasten 19 zugeführt werden.
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Durch die im Boden 8 des Graphit zylinders 4 angebrachten Öffnungen
8a fliesst Feinzinn auf den Untersatz 9 ab, von wo es über die Rohrleitung 10 dem
Kühler 11 zugeführt wird, wo e3 bis auf eine Temperatur von 350 bis 4500C abgekühlt
wird und ins Feinmetallgefäss 12 abfliesst. Aus den Gefässen 19 und 12 erfolgt ein
Masselguss von Kondensat und Feinzinn.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Apparat gelangt der Begleitstoffdampf
durch die Öffnungen des Innengraphitzylinders 22 in den Hohlraum 24. Uber die durch
den Hohlraum 24 und die kegelförmigen Stutzen 25 gebildete Dampfleitung gelang der
Begleitstoffdampf in den Eondensator 27, wo er kondensiert und bis auf eine Temperatur
von 350 bis 4500C abgekühlt wird. In flüssiger Form fliessen die Begleitstoffe über
die Rohrleitung 18 in den Kondensatkasten 19 ab. Die Bewegung von Feinzinn erfolgt
genauso wie bei dem obenbeschriebene Apparat.