DE60018173T2 - Giessform zur herstellung eines kühlelementes - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Gießform für die Herstellung eines Kühlelements für einen pyrometallurgischen Reaktor, wobei die Gießform wenigstens teilweise gekühlt und mit einem Material ausgekleidet ist, dass hohen Temperaturen widerstehen kann.
• Bei pyrometallurgischen Prozessen wird die Ausmauerung eines Reaktors durch wassergekühlte Kühlelemente geschützt, so dass, aufgrund des Kühleffekts, die zu der Oberfläche der Ausmauerung kommende Hitze über das Kühlelement zu dem Wasser übertragen wird, wodurch sich die Abnutzung an der Verkleidung im Vergleich mit einem Reaktor, welcher nicht mit einer Kühlung versehen ist, erheblich verringert. Die Abnahme der Abnutzung wird durch das Resultat der Kühlung verursacht, einer so genannten autogenen Verkleidung, welche aus Schlacke und anderen geschmolzenen Phasen gebildet wird, die an der feuerfesten Oberfläche der Verkleidung anhaften.
• Traditionell werden Kühlelement mit zwei Verfahren hergestellt: Erstens können die Elemente durch Sandformgießen hergestellt werden. Bei diesem Verfahren werden Kühlleitungen, welche aus hoch wärmeleitendem Material wie zum Beispiel Kupfer gemacht sind, in eine in den Sand gegrabene Form gesetzt, so dass während dem Gießen eine Kühlung entweder durch Luft oder Wasser um die Leitungen auftritt. Das um die Leitungen zu gießende Element ist ebenfalls aus einem hoch wärmeleitendem Material, vorteilhaft Kupfer, gemacht. Dieses Herstellungsverfahren wurde in zum Beispiel dem GB Patent 1386645 beschrieben. Das Problem mit diesem Verfahren ist die ungleichmäßige Befestigung der Leitung, welche als Fließkanal zu dem umgebenden Gießmaterial wirkt, da ein Teil der Leitung vollständig von dem darum gegossenen Element gelöst sein kann und ein Teil der Leitung vollständig geschmolzen und daher beschädigt werden kann. Wenn keine metallische Bindung zwischen der Kühlleitung und dem anderen darum gegossenen Element gebildet wird, wird die Wärmeübertragung nicht effizient sein. Wenn die Leitung vollständig schmilzt, wird sie den Fluss von Kühlwasser verhindern. Die Gießeigenschaften des Gießmaterials können zum Beispiel durch Zumischung von etwas Phosphor in das Kupfer verbessert werden, was die Bildung der metallischen Bindungen zwischen der Leitung und dem Gießmaterial verbessert, aber auf diese Weise verschlechtern sich die Wärmeübertragungseigenschaften (thermische Leitfähigkeit) des gegossenen Kupfers schon bei kleinen Zusätzen erheblich. Als Vorteile dieses Verfahrens können die vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten und die Unabhängigkeit von Abmessungen aufgeführt werden.
• Gemäß dem Dokument US-A-4,252,178 ist eine Gießform offenbart, um ein kontinuierliches Gießen von Metallplatten zu verwirklichen. Die Gießform enthält einen gekühlten Kupferkörper, welcher eine Öffnung beinhaltet, welche mit Graphitauskleidungen ausgekleidet ist, welche mittels Federn gegen den Kupferkörper gehalten sind, die die Auskleidung und den Körper angreifen.
• Es wurde auch ein Herstellungsverfahren verwendet, wobei Glasleitungen in der Form von Fließkanälen in die Gießform des Kühlelements gesetzt werden, welche Glasleitungen nach dem Gießen zerbrochen werden, so dass sich ein Fließkanal in dem Element bildet.
• Das US Patent 4,382,585 beschreibt ein weiteres, weit verbreitetes Herstellungsverfahren für Kühlelemente, gemäß welchem das Element zum Beispiel aus einer gerollten Kupferplatte hergestellt wird, indem die notwendigen Kanäle darin eingearbeitet werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist die dichte, starke Struktur und die gute Wärmeübertragung von einem Kühlmedium, wie zum Beispiel Wasser, zu dem Element. Die Nachteile sind Beschränkungen bezüglich der Abmessungen (Größe) und die hohen Kosten.
• Nun wurde eine Gießform zur Herstellung eines Kühlelements für einen pyrometallurgischen Reaktor entwickelt, um das frühere Sandformgießen zu ersetzen. Die Gießform ist aus separaten, hoch wärmeleitenden Kupferplatten konstruiert, von denen wenigstens einige wassergekühlt sind. Da das Kühlelement selbst in den meisten Fällen Kupfer ist, sollten die Konstruktionsplatten der Gießform von dem gegossenen Kupfer isoliert sein, und dies geschieht durch Auskleiden des inneren Teils der Form mit hoch wärmeleitendem Material, wie zum Beispiel Graphit, so dass die Teile der Form sich selbst an der Oberfläche mittels Unterdruck befestigen. Graphit verhindert, dass die in die Form gegossene Schmelze an der Oberfläche der Form anhaftet. Die Gießform des Kühlelements ist vorteilhaft mit einem Oberteil versehen, so dass das Gießen im Schutzgas stattfinden kann. Vor dem Gießen werden die für die Kühlwasserzirkulation benötigten Kühlleitungen, welche in dem Kühlelement vorgesehen sind, in der Form platziert. Die Leitungen sind vorzugsweise aus einem Nickel-Kupfer-Rohr gemacht, da der Schmelzpunkt von Ni-Cu Rohr höher ist, als der des darum gegossenen Kupfers und daher besteht kein Risiko, dass das Rohr während des Gießens schmelzen kann.
• Die wesentlichen Merkmale der Erfindung gehen aus den beigefügten Patentansprüchen hervor.
• Die in dieser Erfindung beschriebene Gießformkonstruktion bietet die folgenden Vorteile:
• – Dank der gekühlten Form und der Graphitauskleidung wird ein dichter und feinkörniger Guss gebildet, insbesondere an der Basis der Gießform.
• – Die Konstruktion der Form bedeutet, dass das Kühlelement eine glatte Oberfläche ausbildet, welche unanfällig zu korrodierenden Schmelzbedingungen ist.
• Der als das Material für die Kühlrohre des Kühlelements genutzte Nickel-Kupfer vereinfacht eine gute Schweißung der Rohre des eigentlichen Elements.
• Die Konstruktion der Gießform kann weiter entwickelt werden, so dass sie auch zur Herstellung von Kühlelementen genutzt werden kann, die für spezielle Anwendungen konstruiert sind. Dies geschieht zum Beispiel durch Zuführung von Graphit oder feuerfesten geformten Teilen zu der Form, so dass das fertige Elementdesign entsprechend von der Version mit Platten abweicht.
• Die Erfindung kann weiter mit der Hilfe der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei
• 1 eine schematische Zeichnung der Gießform gemäß dieser Erfindung zeigt, und
• 2 die Gießform im Querschnitt zeigt, mit welcher Kühlelemente für Spezialanwendungen gegossen werden können.
• 1 zeigt eine schematische Zeichnung einer Gießform 1 eines Kühlelements. Die Form besteht aus einer Formbasisplatte 2, welche mit Kühlleitungen 3 ausgestattet ist. Die Form hat auch Seitenwände 4 und 5 und Endwände, von welchen nur eine Rückwand 6 in der Zeichnung gezeigt ist. In der Zeichnung ist nur die Basisplatte mit Kühlleitungen ausgestattet, aber falls nötig können auch die Seiten- und Endwände für eine Kühlung ausgerüstet werden. Die vordere Endwand wurde in der Zeichnung aus Gründen der Klarheit weggelassen, obwohl sie auf jeden Fall zu der Form gehört.
• Das Innere der Form ist mit Graphitplatten 7 ausgekleidet. Die Kühlleitungen g des Kühlelements, welche vorteilhaft aus Nickel-Kupfer hergestellt sind, sind in der Form gehalten. Die Form ist auch mit einem Oberteil (nicht abgebildet) ausgerüstet, so dass Schutzgas genutzt werden kann, um eine Oxidation des zu gießenden Elements zu verhindern.
• In 2 ist zu sehen, dass geformte Teile 9 auf der Basis der Form platziert werden können, welche aus Graphit oder einem anderen feuerfesten Material gemacht sind. Mittels dieser geformten Teile kann die Seite 11, welche in Kontakt mit der Formbasis 2 von Kühlelement 10 kommen wird, wie gewünscht geformt werden.

Claims (3)

1. Gießform gebildet aus einer Basis (2), Wand (4, 5) und Endplatten (6) zur Herstellung eines Kühlelements eines pyrometallurgischen Reaktors, wobei die Form wenigstens teilweise mit Kühlleitungen (3) ausgestattet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (1) aus Kupferplatten gemacht ist und dass die Form an der Innenseite mit einer Platte (7) verkleidet ist, welche gegen hohe Temperaturen beständig ist, wobei die Platte (7) an der Oberfläche der Form (1) mittels Unterdruck befestigt ist.
2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (1) mit Graphitplatten (7) verkleidet ist.
3. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass geformte, aus Graphit oder einem anderen feuerfesten Material gemachte Teile (9) auf der Basis der Gießform (1) platziert sind.