-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Vakuum-Raffinationsverfahren
zur Wiederverwertung von Schrott von Metallen, insbesondere Aluminiumlegierungsschrott,
zu geschmiedeten Materialien oder dergleichen durch Beseitigen von
metallischen Verunreinigungselementen, wie Zn und Mg, die hohe Dampfdrücke aufweisen,
und Gaskomponenten, wie Wasserstoff aus der Schmelzflüssigkeit
der Metalle, und eine Vorrichtung, die für diese Zwecke nutzbar ist.
-
Technischer Hintergrund
-
Als
Verfahren zur effektiven Nutzung von Ressourcen ist die Wiederverwertung
von verschiedenen Arten von Schrottmaterialien ein wichtiges Problem
geworden. Jedoch sollten häufig
Verunreinigungselemente vor der Wiederverwertung beseitigt werden.
Zum Beispiel muß zur
Wiederverwertung von Stahlblechen, die mit Zn plattiert sind, Zn
beseitigt werden. Schädliche
Elemente, wie Bi, Pb und Cd sollten zur Wiederverwertung von Kupferschrott
beseitigt werden.
-
Im
Fall von Aluminiummaterialien für
Autos, zum Beispiel einem Rohr, um ein Kältemittel in einen Aluminiumkühler fließen zu lassen,
wird ein Dreischicht-Verbundmaterial verwendet, in dem eine Füllerlegierung auf
einer Oberfläche
einer Kernlegierung verwendet wird, und ein Opferanodenmaterial
auf die andere Oberfläche
des Kerns plattiert ist. Ferner wird ein Material, das durch thermisches
Spritzen von Zn auf die Oberfläche
gebildet wird, als das Aluminiummaterial des Rohrs oder dergleichen
verwendet. Da eine Trennung der Verbundschichten selbst von den Schrottmaterialen,
die im Herstellungsprozeß der
Rohre erzeugt werden, schwierig ist, werden die Verbundmaterialien
selbst als minderwertiger Schrott als Rohmaterialien des Gußaluminiums
und Desoxidationsmaterialien für
geschmolzenen Stahl verwendet. Da zusätzlich das Auseinandernehmen
des Schrotts des Aluminiumkühlers
(als Abfallbeseitigung) viel Arbeit braucht, wird er als minderwertiger
Schrott verwendet, ohne irgendeine zusätzliche Verarbeitung anzuwenden.
Der größte Teil
des Aluminiumschrotts wird ebenfalls durch ein ähnliches Verfahren wie der
Kühler
wiederverwertet.
-
Jedoch
enthalten der größte Teil
der Legierungen, die in JIS-3000
vorgeschrieben werden, die hauptsächlich als das Kernmaterial
des Rohrs verwendet werden, und der Legierungen, die in JIS-4000
vorgeschrieben werden, die hauptsächlich als die Füllerlegierungen
verwendet werden, Zn und Mg, und die Legierungen, die in JIS-7072
vorgeschrieben werden, die als eine Opferanodenmaterial verwendet
werden, enthalten Zn. Die Aluminiumlegierungen oder Aluminiumlegierungs-Verbundmaterialien,
die Zn und Mg als Hauptbestandteile enthalten, werden auch für Rippen
und Sammlerplatten als die anderen Einrichtungsmaterialien des Kühlers verwendet.
-
Da
eine große
Menge von Zn und Mg als Elemente einer Legierung in dem Kühler enthalten
sind, der aus Aluminium besteht, wird eine Wiederverwertung des
Schrotts des Rohrs und des Kühlers
als Rohmaterialien der Kernlegierung, Füllerlegierung und Rippen möglich werden,
wenn eine Raffinationstechnologie zum Beseitigen dieser Legierungselemente
entwickelt wird. Als Ergebnis wird sowohl eine Reduzierung der Materialkosten
als auch des Ressourcenverbrauchs realisiert.
-
Es
ist ein Vakuumverarbeitungsverfahren in der Technik als ein Verfahren
zum Beseitigen von Verunreinigungselementen im schmelzflüssigen Metall
bekannt, und es sind verschiedene Raf finationsverfahren vorgeschlagen
worden, die diese Technologie ausnutzen.
-
Wie
in 7 gezeigt, wird in dem Verfahren, das zum Beispiel
in JP-A-06145831 offenbart wird („JP-A" bedeutet ungeprüfte, veröffentlichte japanische Patentanmeldung)
die Schmelzflüssigkeit
(33), die aus einem Halteofen (31) in einen luftdichten
Raffinationsofen (32) eingeleitet wird, direkt oder unter
Rühren
in einer Vakuumatmosphäre
behandelt, wodurch die Verunreinigungselemente, wie Zn und Mg, die
in der Schmelzflüssigkeit
in einem Schichtanteil enthalten sind, verdampfen gelassen werden.
Diese verdampften Verunreinigungselemente werden durch Umschmelzen
im selben Gefäß nach der
Erstarrung durch Kühlen
zurückgewonnen.
-
Da
jedoch das herkömmliche
Verfahren ein sogenanntes Chargen-Verfahren ist, durch das eine große Menge
der Schmelzflüssigkeit
unter Verwendung eines Großofens
behandelt wird, bringt es die folgenden Probleme mit sich: (1) es
ist ein großer
Installationsraum erforderlich; (2) es wird eine Evakuierungsanlage
mit großer
Kapazität
zur Evakuierung des Raums im Großofen benötigt, wobei außerdem eine
große
Rührvorrichtung zum
effektiven mechanischen Rühren
der großen
Menge der Schmelzflüssigkeit
erforderlich ist, wodurch die Anlagenkosten am meisten hochgetrieben
werden; (3) die Evakuierungsvorrichtung wird größer, um einen erforderlichen
Vakuumgrad aufrechtzuerhalten, wenn eine Rührwirkung erzielt wird, wenn
ein Inertgas in die Schmelzflüssigkeit
geblasen wird; und (4) es gehen sehr viel Zeit und eine große Menge
an Ressourcen für Druckminderungs-
und Wiederherstellungsprozesse verloren.
-
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben durch intensive Untersuchungen
zur Lösung
der vorhergehenden Probleme ein kontinuierliches Vakuum-Raffinationsverfahren
und deren Vorrichtung entwickelt, die eine ausgezeichnete Raffinationsfä higkeit
mit niedrigen Kosten zeigt, und haben die Ergebnisse in JP-A-11-256251
offenbart. Dieses Verfahren und die Vorrichtung, die in den 8 und 9 gezeigt werden, sind ziemlich bemerkenswert
darin, daß eine
Schmelzflüssigkeit
(41), die unter einem atmosphärischen Druck geschmolzen wird,
in ein evakuiertes Gefäß (43)
eingeleitet wird, und es wird eine raffinierte Schmelzflüssigkeit kontinuierlich
aus dem evakuierten Gefäß abgelassen,
während
sie mit einem Rührwerk
(44) gerührt
und in einer Rückgewinnungskammer
(50) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
zurückgewonnen
wird, die unter einem atmosphärischen
Druck außerhalb
der evakuierten Kammer angeordnet ist. In den 8, 9A und 9B bezeichnet
die Bezugsziffer (42) ein Kanalrohr, die Bezugsziffer (45)
bezeichnet ein Schmelzflüssigkeits-Zuleitungsrohr,
die Bezugsziffer (46) bezeichnet ein Verunreinigungsdampf-Rückgewinnungsteil,
die Bezugsziffer (47) bezeichnet eine Evakuierungsvorrichtung
und die Bezugsziffer (49) bezeichnet eine raffinierte Schmelzflüssigkeit.
-
Jedoch
erreicht die Höhe
der Schmelzflüssigkeitssäule, die
sich aus dem Differenzdruck ergibt, insbesondere bei Aluminium- oder Magnesiumlegierungen
etwa 5 m, die ein kleines spezifisches Gewicht aufweisen, da die
Schmelzflüssigkeit,
die durch das oben beschriebene Verfahren raffiniert wird, unter
einem atmosphärischen
Druck abgezogen wird. Folglich umfaßt das Verfahren immer noch
einige Verbesserungen hinsichtlich der Baukosten (einschließlich der
Fundamentbaukosten) und Wartung der Anlagen.
-
Andere
und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden vollständiger aus
der folgenden Beschreibung hervorgehen, die in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen vorgenommen wird.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1(a) und 1(b) stellen
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dar, wobei 1(a) eine seitliche Querschnittansicht
zeigt, die längs
der Linie S-S' in 1(b) geschnitten ist, und 1(b) eine
Teil-Querschnittsdraufsicht zeigt, die längs der Linie T-T' in 1(a) geschnitten ist.
-
2(a) und 2(b) stellen
eine andere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dar, wobei 2(a) eine seitliche Querschnittansicht
längs der
Linie S-S' in 2(b) zeigt, und 2(b) eine Teil-Querschnittsdraufsicht
längs der
Linie T-T' in 2(a) zeigt.
-
3(a) stellt eine vergrößerte seitliche Querschnittansicht
des Schmelzflüssigkeits-Absturzrohrs
in der in 2(a) gezeigten Vorrichtung dar,
und 3B stellt eine vergrößerte seitliche
Querschnittansicht der Schmelzflüssigkeits-Absturzdüse dar,
die anstelle des Schmelzflüssigkeits-Absturzrohrs
verwendet werden kann.
-
4(a) und 4(b) stellen
eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung dar, wobei 4(a) eine
seitliche Querschnittansicht längs
der Linie S-S' in 4(b) zeigt, und 4(b) eine
Teil-Querschnittsdraufsicht längs
der Linie T-T' in 4(a) zeigt.
-
5(a) und 5(b) stellen
noch eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der Vorrichtung dar, wobei 5(a) eine
seitliche Querschnittansicht längs
der Linie S-S' in 5(b) zeigt, und 5(b) eine
Teil-Querschnittsdraufsicht längs
der Linie T-T' in 5(a) zeigt.
-
6(a) und 6(b) stellen
eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung dar, wobei 6(a) eine
seitliche Querschnittansicht längs
der Linie S-S' in 6(b) zeigt, und 6(b) eine
Teil-Querschnittsdraufsicht längs
der Linie T-T' in 6(a) zeigt.
-
7 stellt
ein Beispiel einer Vorrichtung zur Verwendung im herkömmlichen
Vakuumverarbeitungssverfahren dar.
-
8 stellt
ein anderes Beispiel einer Vorrichtung zur Verwendung im herkömmlichen
Vakuumverarbeitungssverfahren dar.
-
9(a) und 9(b) zeigen
eine Querschnittsdraufsicht bzw. eine seitliche Querschnittansicht
der Vorrichtung zur Verwendung im Vakuumverarbeitungsverfahren,
das in 8 gezeigt wird.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben das herkömmliche
Verfahren und die Vorrichtung verbessert, die bisher beschrieben
wurden, und haben verschiedene Verfahren zur kontinuierlichen Rückgewinnung
raffinierter Schmelzflüssigkeiten,
insbesondere einer raffinierten Schmelzflüssigkeit mit einem kleinen spezifischen
Gewicht untersucht. Als Ergebnis haben die Forscher festgestellt,
daß es
für die
Verbesserung wichtig ist, die oben beschrieben wird, mehrere evakuierte
Schmelzflüssigkeits-Rückgewinnungskammern
bereitzustellen, um abwechselnd Auslaßgefäße aus einer Raffinationsverarbeitungskammer
bereitzustellen, und die raffinierte Schmelzflüssigkeit zurückzugewinnen,
die in Gefäße abgelassen
wird, die in der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
vorgesehen sind, nachdem der Druck auf den atmosphärischen
Druck zurückgebracht wird.
Die Erfinder haben die vorliegende Erfindung beruhend auf dieser
Entdeckung vollendet.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt die folgenden Mittel bereit.
-
- (1) Gemäß dem kontinuierlichen
Vakuum-Raffinationsverfahren für
schmelzflüssige
Metalle in der vorliegenden Erfindung werden Verunreinigungen in
einem schmelzflüssigen
Metall durch Verdampfung durch Rühren
des schmelzflüssigen
Metalls in einem Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
in einer Vakuumkammer beseitigt, die zuvor evakuiert und erwärmt worden
ist. Dann wird die Schmelzflüssigkeit
durch ein Verbindungsloch vom Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
in ein Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C in der Vakuumkammer zugeführt.
Die Schmelzflüssigkeit
wird dann kontinuierlich in ein Gefäß in einer evakuierten Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit,
das mit einem Rückgewinnungskanal
verbunden ist, durch den mit dem Schmelzflüssigkeits-Abstichteil C verbundenen
Rückgewinnungskanal
zur Rückgewinnung
des raffinierten schmelzflüssigen
Metalls abgelassen, nachdem der Druck auf einen atmosphärischen Druck
zurückgebracht
worden ist. In diesem Verfahren sind mehrere der Rückgewinnungskanäle und mehrere
der Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit,
die mit jeweiligen Rückgewinnungskanälen verbunden
sind, vorgesehen, und die Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit zum
Ablassen der Schmelzflüssigkeit
durch den Rückgewinnungskanal
werden abwechselnd umgeschaltet.
- (2) Kontinuierliches Vakuum-Raffinationsverfahren für schmelzflüssige Metalle
nach Punkt (1), wobei das schmelzflüssige Metall kontinuierlich
in ein Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A in der
Vakuumkammer eingeleitet wird, gefolgt von einer kontinuierlichen
Zufuhr der Schmelzflüssigkeit
aus dem Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A durch
das Verbindungsloch in das Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit.
- (3) Kontinuierliches Vakuum-Raffinationsverfahren für schmelzflüssige Metalle
nach Punkt (1) oder (2), wobei die Rückgewinnungskammer für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
zum Ablassen der Schmelzflüssigkeit
auf denselben Unterdruck wie den Unterdruck in der Vakuumkammer
evakuiert wird.
- (4) Kontinuierliches Vakuum-Raffinationsverfahren für schmelzflüssige Metalle
nach Punkt (1), (2) oder (3), wobei das schmelzflüssige Metall
Schrott einer Aluminiumlegierung oder Schrott einer Magnesiumlegierung
aufweist.
- (5) Kontinuierliches Vakuum-Raffinationsverfahren für schmelzflüssige Metalle
nach einem der Punkte (1) bis (4), wobei die Schmelzflüssigkeit
unter Verwendung eines Rührwerks
am Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
gerührt
wird.
- (6) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle,
die aufweist: ein Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A zum
vorübergehenden
Zurückhalten
einer Schmelzflüssigkeit,
die durch eine Schmelzflüssigkeits-Absturzpforte
in eine Vakuumkammer eingeleitet wird, die mit einer Vorheizeinrichtung außerhalb
der Vakuumkammer versehen ist; ein Rührteil B für Schmelzflüssigkeit, das eine Einrichtung
aufweist, um die Schmelzflüssigkeit
vorübergehend
zurückhalten
und rühren
zu lassen, und so angeordnet ist, daß die Schmelzflüssigkeit
zwischen dem Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A und
dem Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
in Verbindung steht; und ein Schmelzflüssigkeits-Abstichteil C, das
so angeordnet ist, daß die
Schmelzflüssigkeit
zwischen dem Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
und dem Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C in Verbindung steht, wobei ein Wehr vorgesehen ist, um die Schmelzflüssigkeit
im Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
in den Schmelzflüssigkeits-Abstichteil C überlaufen
zu lassen, und mehrere Rückgewinnungsrohre
für schmelzflüssiges Metall
vorgesehen sind, die die übergelaufene
Schmelzflüssigkeit
vom Schmelzflüssigkeits- Abstichteil C in
jeweilige vorübergehende
Zurückhaltegefäße der Schmelzflüssigkeit
in mehreren Rückgewinnungskammern
für Schmelzflüssigkeit überleiten,
die außerhalb
der Vakuumkammer angeordnet sind, wobei ihre unteren offenen Enden
sich innerhalb der Schmelzflüssigkeit
in den Gefäßen befinden,
wobei jedes Rückgewinnungsrohr
für Schmelzflüssigkeit
die Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
zum Ablassen der Schmelzflüssigkeit
umschaltet, indem Absperrvorrichtungen für eine Ein-/Aus-Steuerung des
Durchsatzes der Schmelzflüssigkeit
vorgesehen sind, und wobei eine Evakuierungsvorrichtung mit der
Vakuumkammer und der Rückgewinnungskammer
für raffinierte Schmelzflüssigkeit
verbunden ist.
- (7) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach Punkt (6), wobei ein Gefäß anstelle des Überlaufwehrs
in der Vakuumkammer vorgesehen ist, das eine Öffnungspforte auf der Stromaufwärtsseite
des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit,
eine andere Öffnungspforte,
die von der Stromaufwärtsseite-Öffnungspforte
an einer höheren
Position an Seitenwänden
auf der Stromabwärtsseite
angeordnet ist, und eine Abdeckung auf mindestens einem Teil seines
oberen Bereichs aufweist.
- (8) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach Punkt (6) oder (7), die ein Rührwerk als eine Einrichtung
zum Rühren
des schmelzflüssigen
Metalls im Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
aufweist.
- (9) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach Punkt (8), die eine Einrichtung zur Einleitung eines Inertgases
in das schmelzflüssige
Metall in der Nähe
des Bodenseite des Rührwerks
aufweist.
- (10) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach einem der Punkte (6) bis (9), die ein poröses feuerfestes Material auf
dem Boden des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
und eine Einrichtung zur Einleitung eines Inertgases in das schmelzflüssige Metall
durch das poröse
feuerfeste Material aufweist.
- (11) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach einem der Punkte (6) bis (10), die ein Zuleitungsrohr für schmelzflüssige Metalle
anstelle einer Absturzpforte für
schmelzflüssiges Metall
des Schmelzflüssigkeitssammelgefäßes A aufweist.
- (12) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach einem der Punkte (6) bis (11), wobei das schmelzflüssige Metall
Aluminiumlegierungsschrott oder Magnesiumlegierungsschrott aufweist.
- (13) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach einem der Punkte (6) bis (12), die mit einem Rohrheizstrahler
als Heizeinrichtung im Rührteil
B für schmelzflüssiges Metall
versehen ist.
- (14) Kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung für schmelzflüssige Metalle
nach einem der Punkte (6) bis (13), wobei mindestens ein Material,
das aus Siliziumnitrid, Graphit und Siliziumkarbid ausgewählt wird, für die Absperrvorrichtung
verwendet wird.
-
In
der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wird, bezieht
sich die „Stromaufwärtsseite" auf die Seite des
Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäßes A des
Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit,
und die „Stromabwärtsseite" bezieht sich auf
die Seite des Schmelzflüssigkeits-Abstichteils
C des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit.
-
Beste Art der Ausführung der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wird im folgenden weiter beschrieben.
-
Es
wird zuerst die Vorrichtung beschrieben, die für das erfindungsgemäße kontinuierliche
Vakuum-Raffinationsverfahren der schmelzflüssigen Metalle verwendet werden
soll.
-
Die
Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
während
des Ablassens des schmelzflüssigen
Metalls vorzugsweise auf einen Druck evakuiert, der niedriger als
der atmosphärische
Druck ist. Es wird besonders bevorzugt, daß der Druck in der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
auf denselben Druck wie die Vakuumkammer reduziert wird, um eine Evakuierungsvorrichtung
gemeinsam mit den beiden Kammern zu verwenden, während die Höhe der Vorrichtung beschränkt wird.
-
Obwohl
alle Metalle als die schmelzflüssigen
Metalle in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet werden können,
wird selbst dann kaum eine Schmelzflüssigkeitssäule infolge eines Differenzdrucks
zwischen der Schmelzflüssigkeit
und dem atmosphärischen
Druck erzeugt, indem der Druck der Rückgewinnungskammer für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
während
des Ablassens des schmelzflüssigen
Metalls vermindert wird, wenn eine Legierung mit einem kleinen spezifischen
Gewicht, wie eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung
verwendet wird, wodurch es ermöglicht
wird, daß die
Höhe der
Vorrichtung reduziert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als Raffinationsvorrichtung
des Aluminiumlegierungsschrotts besonders effektiv, der eine große Menge
von Gasen abgibt, da der Aluminiumlegierungsschrott eine größere Menge
von Wasserstoff als üblich
erzeugt und die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen bemerkenswerten Entgasungseffekt aufweist.
-
Während ein
Gasblasenbildungsverfahren unter Verwendung eines Inertgases oder
eines mechanischen Rührverfahrens
unter Verwendung eines Rührwerks
als Rührverfahren
im Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet werden kann, ist das mechanische Rührverfahren, das das Rührwerk verwendet,
für die
Kompatibilität
der Reduzierung der Belastungen des Evakuierungssystems und der
Verbesserung der Raffinationseffizienz des schmelzflüssigen Metalls
besonders effektiv. Es wird bevorzugt, Gasblasen zu bilden, die
so fein wie möglich
sind, um die verbrauchte Menge des Inertgases auf so wenig wie möglich zu
reduzieren. Die bevorzugten Verfahren umfassen ein Verfahren zur
Einleitung des Inertgases durch einen porösen Filter, und ein Verfahren,
das eingeleitete Inertgas durch gleichzeitige Verwendung eines Rührwerks
bei der Einleitung zu rühren.
-
Beispiele
der Rühreinrichtung
im Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfassen zusätzlich
zu dem Verfahren, das Rührwerk
und Inertgas zu verwenden, ein Verfahren, ein Rührwerk zusammen mit einer Inertgaszufuhrvorrichtung
in der Nähe
der Bodenseite des Rührwerks
vorzusehen, um die Schmelzflüssigkeit
zu rühren,
indem das Rührwerk
rotieren gelassen wird, während
das Inertgas eingeleitet wird, und ein Verfahren, das Inertgas in
das schmelzflüssige
Metall durch ein poröses
feuerfestes Material einzuleiten, das am Boden des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
zum Rühren
der Schmelzflüssigkeit vorgesehen
ist. Es wird besonders bevorzugt, den verminderten Druck in der
Vakuumkammer aufrechtzuerhalten und die Kammer mit dem Rührwerk zu
versehen.
-
Es
ist vorzugsweise eine Ablenkplatte mit Öffnungspforten auf der Stromaufwärtsseite
des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
vorgesehen, um die Adhäsion
der flüssigen
Tropfen infolge des Rührens
zu unterdrücken,
wenn die Schmelzflüssigkeit
mechanisch mit dem Rührwerk
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gerührt
wird.
-
Es
ist effektiv, um eine Verarbeitungszeit sicherzustellen, kontinuierlich
die Schmelzflüssigkeit,
die in das Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A zugeführt wird,
zum Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
zu überleiten, dem
sich das Überleiten
des schmelzflüssigen
Metalls aus dem Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
in einen Rückgewinnungskanal
oder ein Rückgewinnungsrohr
für schmelzflüssiges Metall
anschließt,
indem die Schmelzflüssigkeit überfließen gelassen
wird. Die Verarbeitungszeit beträgt
vorzugsweise 1 Sekunde oder mehr, bevorzugter 10 Sekunden oder mehr,
und noch bevorzugter 30 Sekunden oder mehr. Zur Kompatibilität zwischen
der Raffinationseffizienz und der Verarbeitungszeit wird das schmelzflüssige Metall
kontinuierlich in den Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
von der Öffnungspforte
eingeleitet, die am Boden auf der Stromaufwärtsseite des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
vorgesehen ist, dem sich das Ablassen der Schmelzflüssigkeit
aus der Öffnungspforte
auf der Stromabwärtsseite
an einer höheren
Position von der stromaufwärtsseitigen Öffnungspforte
aus anschließt,
indem die mechanische Zentrifugalkraft ausgenutzt wird, die durch
das Rührwerk erzeugt
wird, statt die Schmelzflüssigkeit
aus dem Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
zum Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C überlaufen
zu lassen. Dieses Verfahren ist außerdem effektiv, um eine Verweilzeit
der Schmelzflüssigkeit
in der Verarbeitungskammer sicherzustellen.
-
Die
Verweilzeit der Schmelzflüssigkeit
kann sichergestellt werden, indem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Schmelzflüssigkeit überlaufen
gelassen wird, indem ein Überlaufwehr
zwischen dem Rührteil B
für Schmelzflüssigkeit
und dem Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C vorgesehen wird. Es kann ein Gefäß (Tank) in der Vakuumkammer
anstelle des Überlaufwehrs
vorgesehen werden, wobei das Gefäß eine Öffnungspforte
auf der Stromaufwärtsseite
des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
und eine andere Öffnungspforte an
einer höheren
Position als die stromaufwärtsseitige Öffnungspforte
an einer stromabwärtsseitigen
Wand aufweist, die der Stromaufwärtsseite
gegenüberliegt,
und wobei das Gefäß teilweise
abgedeckt ist, um eine Verweilzeit der Schmelzflüssigkeit im Gefäß sicherzustellen,
während
durch Rühren
nach oben gestreutes schmelzflüssiges
Metall effektiv im Gefäß verweilen
gelassen wird.
-
Es
wird außerdem
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bevorzugt, mehrere Vakuumkammern herzustellen, oder mehrere Rührteile
für schmelzflüssiges Metall
B in der Vakuumkammer herzustellen.
-
Während das
Gefäß des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kreisförmig oder
rechteckig sein kann, werden Spritzer infolge einer Kollision des
schmelzflüssigen
Metalls an den Kantenabschnitten offensichtlicher in der rechteckigen
Form erzeugt. Folglich ist die rechteckige Form besonders effektiv,
da die Raffinationseffizienz verbessert wird, da die Oberflächengröße der schmelzflüssigen Metalltropfen
in der Vakuumatmosphäre
zunimmt. Infolge der Erzeugung der Spritzer wird es für die Wartung der
Vorrichtung bevorzugt, daß mindestens
die Innenwandfläche
des Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
aus einem Material besteht, das eine schlechte Benetzbarkeit mit
dem schmelzflüssigen
Metall aufweist (zum Beispiel Graphit).
-
Während das
schmelzflüssige
Metall von außerhalb
der Vakuumkammer in das Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A zugeführt wird,
kann entweder eine Absturzpforte für schmelzflüssiges Metall, um das schmelzflüssige Metall
in das Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A herabfallen
zu lassen, oder ein Schmelzflüssigkeitszuleitungsrohr
(ein Schmelzflüssigkeitsabsturzrohr)
oder eine Zufuhrdüse
(Absturzdüse)
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgesehen werden.
-
Das
Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
durch eine herkömmlicherweise
verwendete Heizeinrichtung geheizt. Während die Heizeinrichtung zum
Beispiel einen Keramikmodulheizer enthält, in dem ein Widerstandsheizer
in eine Keramikfaser eingebettet ist und der mit einer Niederspannung
betrieben wird, wird ein Rohrheizstrahler besonders bevorzugt, da
er das Innere der Vakuumkammer direkt heizen kann, das ein Futter
auf der Innenseite der Vakuumkammer aufweist, indem er durch das
feuerfeste Material dringt.
-
Das
Rückgewinnungsrohr
für schmelzflüssiges Metall,
das mit der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
in Verbindung steht, weist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Ein-/Aus-Steuerungsmechanismus
(eine Absperrvorrichtung) des Durchsatzes des schmelzflüssigen Metalls auf,
um die raffinierte Schmelzflüssigkeit
beim Umschalten in Gefäßen in mehrere
der Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
abzulassen. Das bevorzugte Material der Absperrvorrichtung umfaßt dichte
und mechanisch starke Materialien, wie Keramiken, wie Siliziumnitrid
und Siliziumkarbid, und Graphit. Während die Absperrvorrichtung
durch eine hydraulische, pneumatische und elektrische Einrichtung
betätigt wird,
ist ein Verfahren, das einen Luftzylinder verwendet, unter Berücksichtigung
einer Hochtemperaturstrahlung sicherer und wirtschaftlich vorteilhaft.
-
Das
schmelzflüssiges
Metall wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
aus dem Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C durch unabhängig
verbundene Rückgewinnungsrohre
für schmelzflüssiges Metall
in ein Gefäß (ein Schmelzflüssigkeits-Rückgewinnungsgefäß) in der
Mehrfachrückgewinnungskammer
für raffinierte Schmelzflüssigkeit
abgelassen, das außerhalb
der Vakuumkammer angeordnet ist. Die Absperrvorrichtung für eine Ein-/Aus-Steue rung
des Durchsatzes des schmelzflüssigen
Metalls ist am Rückgewinnungsrohr
für schmelzflüssiges Metall
vorgesehen, und die Evakuierungsvorrichtungen sind mit jeweiligen
Vakuumkammern und Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
verbunden. Dann wird die Schmelzflüssigkeit aus der Vakuumkammer
in die Gefäße in den
Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
(eine oder mehrere Kammern der mehreren Rückgewinnungskammern) abgelassen,
indem die Rückgewinnungskammer
geeignet umgeschaltet wird. Es werden Gewichtsänderungen des Rückgewinnungsgefäßes für raffinierte
Schmelzflüssigkeit überwacht,
zum Beispiel durch die Schmelzflüssigkeitsabstichzeit
oder mit einer Kraftmeßdose,
und die Gefäße werden
zu einer Zeit umgeschaltet, zu der ein vorgeschriebenes Gewicht
der Schmelzflüssigkeit
abgelassen worden ist.
-
Das
Zufuhrgewicht des schmelzflüssigen
Metalls wird durch die Ablaßgeschwindigkeit,
die durch den Differenzdruck zwischen der Vakuumkammer und der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
bestimmt wird, und durch den Durchmesser der Absturzpforte für schmelzflüssiges Metall
oder dem Zuleitungsrohr für
schmelzflüssige
Metalle bestimmt. Folglich wird eine kontinuierliche Verarbeitung
ermöglicht,
indem der Durchmesser der Absturzpforte für schmelzflüssiges Metall oder des Zuleitungsrohrs
für schmelzflüssige Metalle
und der Durchmesser des Rückgewinnungsrohrs
für schmelzflüssiges Metall
gesteuert wird, so daß das
Gewicht des schmelzflüssigen
Metalls, das in die Vakuumkammer fließt, und das Gewicht des abgelassenen
schmelzflüssigen
Metalls miteinander im Gleichgewicht stehen. Während die Größe des Rückgewinnungsrohrs
für schmelzflüssiges Metall
zur Steuerung des Durchmessers geändert werden kann, wird es
bevorzugt, mehrere Düsen
mit unterschiedlichen Durchmessern vorzubereiten, und eine Düse, die
einer erforderlichen Bedingung entspricht, wird an das Schmelzflüssigkeits-Rückgewinnungsrohr angebracht.
Die Düse besteht
vorzugsweise aus demselben Material wie die Absperrvorrichtung.
-
Da
der Differenzdruck zwischen der Rückgewinnungskammer für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
und der Vakuumkammer größer wird,
wenn der reduzierte Druck während
des Ablassens der Schmelzflüssigkeit der
Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
dem atmosphärischen
Druck nahe kommt, nimmt die Höhe
der Schmelzflüssigkeitssäule zu.
Daher wird der Druck in der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
vorzugsweise so eingestellt, daß er
gleich oder ein wenig mehr vermindert als der Druck in der Vakuumkammer
ist. Es wird besonders bevorzugt, den reduzierten Druck in der Vakuumkammer so
einzustellen, daß er
gleich dem Druck in der Schmelzflüssigkeits-Rückgewinnungskammer ist, um
eine Evakuierungsvorrichtung mit den beiden Kammern gemeinsam zu
verwenden.
-
Das
schmelzflüssige
Metall, das sich vorübergehend
in den Rückgewinnungsgefäßen für raffinierte Schmelzflüssigkeit
in der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
durch aufeinanderfolgendes Umschalten des Gefäßes angesammelt hat, wird in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sofort als eine raffinierte Schmelzflüssigkeit zurückgewonnen,
nachdem der Druck auf den atmosphärischen Druck zurückgebracht
worden ist. Während
ein Verfahren zum Umschalten des verminderten Drucks mit einem Vakuumventil in
Erwägung
gezogen werden kann, indem die Evakuierungsvorrichtung gemeinsam
genutzt wird, wird es bevorzugt, die Vakuumkammer zur stabilen Kontrolle
des verminderten Drucks unabhängig
von der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
mit der Evakuierungsvorrichtung zu verbinden. Jedoch kann die Schmelzflüssigkeit
im Rückgewinnungsgefäß zurückgewonnen
werden, indem der Druck nach der Abkühlung und Erstarrung des schmelzflüssigen Metalls
in derselben Kammer auf den atmosphärischen Druck zurückgebracht
wird, vorausgesetzt daß eine
niedrige Produktivität
akzeptabel ist. Ein Eisengefäß mit einem Überzug eines
amorphen feuerfesten Materials auf der Innenseite, oder ein Eisengefäß mit einem
eingebauten feuerfesten Material formgerechter Größe wird
als das Rückgewinnungsgefäß bevorzugt,
um Beschädigungen des
Gefäßes durch
die Schmelzflüssigkeit
zu reduzieren, die aus dem Schmelzflüssigkeits-Abstichteil der Vakuumkammer
abgelassen wird. Vorzugsweise wird ein Gefäß, das aus Gußeisen oder
Kugelgraphitgußeisen besteht,
für die
Schmelzflüssigkeit
der Aluminiumlegierung verwendet.
-
Die
wiederholte Verwendung des Rückgewinnungsgefäßes kann
erleichtert werden, indem es sofort in die Rückgewinnungskammer für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
zurückgebracht
wird, wenn das Becken des schmelzflüssigen Metalls im Rückgewinnungsgefäß in der
Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
aus der Kammer zum Beispiel auf dem Boden herausgezogen wird und
das Gefäß in den
Schmelzofen zurückgebracht
wird, nachdem das schmelzflüssige
Metall in ein getrennt vorbereitetes Gefäß übergeleitet wird.
-
Verunreinigungskomponenten,
die in der Vakuumkammer verdampft werden, werden andererseits auf der
Stromaufwärtsseite
(auf der Seite des Schmelzflüssigkeits-Abstichteils
C) der Evakuierungsvorrichtung zurückgewonnen. Es kann nur die
Evakuierungsvorrichtung verwendet werden, wenn die Verunreinigungen
nur Gaskomponenten aufweist, wie im Entgasungsverfahren. Jedoch
wird es zum Schutz des Evakuierungssystems und zur effektiven Rückgewinnung
der Verunreinigungselemente, wie Zn, Mg, und deren Nutzung bevorzugt,
daß eine
Verunreinigungselement-Rückgewinnungsvorrichtung,
die mit einem Wasserkühlmantel
versehen ist, auf der Stromaufwärtsseite
des Rohrs der Evakuierungsvorrichtung vorgesehen ist, um die Verunreinigungselemente
als Feststoffe auf der gekühlten
Oberfläche
zu kondensieren. Die Verunreinigungselemente werden ferner zurückgewonnen,
indem ein Pulveradsorptionsfilter vorgesehen wird, der mit dem Kühlmantel verbunden
ist.
-
Die
Vorrichtung in der vorliegenden Erfindung benötigt keinen Großverarbeitungsofen
zur Verarbeitung eines großen
Volumens der Schmelzflüssigkeit,
wie er in der herkömmlichen
Technik verwendet wird. Es ist nur eine Verarbeitungskammer als
ein Becken erforderlich, die ein Volumen aufweist, das ausreicht,
um es zuzulassen, daß ein
kleines Volumen der kontinuierlich transportierten Schmelzflüssigkeit
für eine
vorgeschriebene Zeit verweilt. Daher ist kein großer Raum
für die
Verarbeitungskammer erforderlich, was außerdem das Rührwerk klein
macht. Da der Raum im Ofen zwangsläufig eng wird, kann eine kleine
Evakuierungsvorrichtung verwendet werden. Es kann eine hohe Rühreffizienz
in der gesamten Schmelzflüssigkeit
erwartet werden, wodurch es ermöglicht
wird, daß die
Anlagenkosten reduziert werden, da kein Einblasen des Inertgases
erforderlich ist, wie im herkömmlichen
Verfahren. Da die Höhe
der Säule
des schmelzflüssigen
Metalls zum Aufrechterhalten eines Vakuums während der kontinuierlichen
Verarbeitung gesenkt wird, können
die Anlagenkosten (einschließlich
der Fundamentbaukosten) ebenso wie die Wartungskosten und die Betriebskosten
reduziert werden.
-
Da
die raffinierte Schmelzflüssigkeit
kontinuierlich zurückgewonnen
wird, wie oben in der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben,
werden Zeitverluste und Ressourcenverluste reduziert, indem die
Vakuumkammer immer auf einem Zustand verminderten Drucks gehalten
wird.
-
Das
erfindungsgemäße kontinuierliche
Vakuum-Raffinationsverfahren der schmelzflüssigen Metalle weist die Schritte
auf: Rühren
des kontinuierlich zugeführten
schmelzflüssigen
Metalls in der Vakuumkammer, Beseitigen von Verunreinigungen durch
Verdampfung, Leiten der Schmelzflüssigkeit in die evakuierte
Rück gewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
außerhalb
der Vakuumkammer, um das schmelzflüssige Metall zurückzugewinnen,
nachdem der Druck der Rückgewinnungskammer
auf den atmosphärischen
Druck zurückgebracht
worden ist. Es sind mehrere Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
vorgesehen, und die Kammern werden abwechselnd umgeschaltet, so
daß das
raffinierte schmelzflüssige
Metall in eine oder mehrere Rückgewinnungskammern
abgelassen wird. Die Verfahren zur kontinuierlichen Vakuumraffination
sind nicht besonders beschränkt,
so lange das schmelzflüssige
Metall kontinuierlich in die vorgeheizte Vakuumkammer unter einem
verminderten Druck eingeleitet wird, um die Verunreinigungen durch
Rühren
zu beseitigen. Die Rührverfahren
umfassen diejenige, die als die Rührvorrichtungen in der vorliegenden Erfindung
beschrieben worden sind. Während
sich die Temperatur und der verminderte Druck der Vakuumkammer für das Raffinationsverfahren
der vorliegenden Erfindung abhängig
von der Legierung als dem Objekt der Raffination, und dem Zielpegel
der Verunreinigungselemente unterscheiden, werden eine höhere Temperatur
und ein niedrigerer Druck bevorzugt. Zum Beispiel weisen die bevorzugten
Bedingungen zum Beseitigen von Zn aus der Aluminiumlegierung auf
einen Pegel von 0,1 Masse% oder weniger vorzugsweise einen Druck von
50 Pa oder weniger und eine Temperatur von 850°C oder mehr und bevorzugter
900°C oder
mehr auf. Die bevorzugten Bedingungen zum Beseitigen von Zn aus
der Aluminiumlegierung auf einen Pegel von 0,5 Masse% oder weniger
weisen vorzugsweise einen Druck von 200 Pa oder weniger und eine
Temperatur von 700°C oder
mehr auf, und bevorzugter 900°C
oder mehr, und am bevorzugtesten 850°C oder mehr. Während die
Verarbeitungszeit in der Vakuumkammer nicht besonders eingeschränkt ist,
und sie abhängig
von der Zusammensetzung der Schmelzflüssigkeit geeignet festgelegt
werden kann, beträgt
die Zeit vorzugsweise 1 s oder mehr, be vorzugter 10 Sekunden oder
mehr, und noch bevorzugter 30 Sekunden oder mehr. Die Verarbeitungszeit kann
durch Bereitstellen und Einstellen des Überlaufwehrs eingestellt werden,
das in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben
worden ist.
-
Das
Umschalten der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
zum Ablassen des schmelzflüssigen
Metalls wird ausgeführt,
indem ein Mechanismus bereitgestellt wird, der imstande ist, das Ausfließen des
schmelzflüssigen
Metalls im Rückgewinnungskanal
zu steuern, der mit der Schmelzflüssigkeits-Rückgewinnungskammer
verbunden ist, zum Beispiel die Absperrvorrichtung des Rückgewinnungsrohrs für schmelzflüssiges Metall
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Rückgewinnungskammer
für raffinierte Schmelzflüssigkeit
wird während
des Ablassens des schmelzflüssigen
Metalls evakuiert, vorzugsweise auf einen verminderten Druck unter
dem atmosphärischen
Druck, und der Druck in der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
wird vorzugsweise so gesteuert, daß er gleich dem Druck in der
Vakuumkammer ist.
-
Es
ist ein kontinuierliche Vakuum-Raffinationsverarbeitung der Schmelzflüssigkeit
irgendwelcher Legierungen gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung möglich,
wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist für die Legierung
besonders geeignet, die ein kleines spezifisches Gewicht aufweist,
wie die Aluminiumlegierung und Magnesiumlegierung, die infolge des Druckunterschieds
wahrscheinlich eine hohe Schmelzflüssigkeitssäule bildet, oder für eine Legierung,
die eine große
Menge Schrott erzeugt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist auf die Legierungen, die durch ein Vakuumverarbeitungsverfahren
raffiniert werden können,
ohne jede Einschränkung
anwendbar. Zum Beispiel ist die Beseitigung von Cd, Na, Ca, Pb,
In, Ag und Bi ebenso wie Zn, Mg und Wasserstoff möglich, wenn
es auf das Raffinationsverfahren der geschmolzenen Aluminiumlegierung
angewendet wird. Es ist die Beseitigung von Cd, Na und Ca aus der geschmolzenen
Magnesiumlegierung möglich,
und es ist die Beseitigung von Al und Sn zusätzlich zu den vorhergehenden
Elementen Cd, Na, Ca, Pb, In, Ag und Bi aus der geschmolzenen Kupferlegierung
möglich.
Ferner ist die Beseitigung von Cu zusätzlich zur Beseitigung von
Cd, Na, Ca, Pb, In, Ag, Bi, Al und Sn aus der Eisenlegierung möglich.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
benötigt
keinen Verarbeitungsofen, der einen Maßstab von mehreren zehn Tonnen
wie in den herkömmlichen
Verfahren aufweist, was den kontinuierliche Raffinationsbetrieb
mit einer kleinen Anlage ermöglicht.
Folglich können
die folgenden industriell einleuchtenden Effekte erhalten werden:
- (1) es ist ein schmaler Installationsraum notwendig;
- (2) im Fall der Aluminiumlegierung kann die Grubentiefe oder
die Höhe
des Gebäudes
auf 1/3 der herkömmlichen
Anlagen reduziert werden, wodurch die Anlagenkosten (einschließlich der
Fundamentbaukosten) niedrig gehalten werden;
- (3) der Zeitverlust und der Ressourcenverlust sind klein;
- (4) die Anlagenwartungskosten können reduziert werden; und
- (5) die Anlagen weisen eine ausgezeichnete Sicherheit auf, das
die Notwendigkeit von Arbeiten in großer Höhe und Grubenarbeiten reduziert
wird.
-
Da
die Vorrichtung zur kontinuierlichen Raffination in der vorliegenden
Erfindung klein ist, werden die erforderlichen Kosten für die Installation
und Wartung der Vorrichtung reduziert, um es zu ermöglichen,
daß ein
kontinuierliches Raffinationsverfahren mit Sicherheit und einer
Unterdrückung
des Zeitverlustes und des Ressourcenverlustes durchgeführt werden
kann.
-
Beispiele
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter
beschrieben, die die bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigen, jedoch ist die vorliegende Erfindung
auf keinen Fall auf diese Beispiele beschränkt.
-
Beispiel 1
-
Die 1(a) und 1(b) stellen
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dar, wobei 1(a) eine seitliche Querschnittansicht
zeigt, die längs
der Linie S-S' in 1(b) geschnitten wird, und 1(b) eine
Teil-Querschnittsdraufsicht zeigt, die längs der Linie T-T' in 1(a) geschnitten ist.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1, wird die Schmelzflüssigkeit
der Aluminiumlegierung (1), die in einem (nicht gezeigten)
Schmelzofen geschmolzen wird, zu einer Gießwanne (2) übergeleitet.
Diese Gießwanne
(2) kann ein Kanal sein. Ein Schmelzflüssigkeits-Zuleitungsrohr (14),
das unter der Gießwanne
(2) vorgesehen ist, ist dazu bestimmt, die Schmelzflüssigkeit
nicht auslaufen zu lassen, indem eine Absperrvorrichtung (16)
für die Zufuhr
schmelzflüssigen
Metalls vorher geschlossen wird. Nachdem zugelassen worden ist,
daß sich
eine vorgeschriebene Menge der Schmelzflüssigkeit in der Gießwanne (2)
befindet, wird die Absperrvorrichtung (16) angehoben, um
die Schmelzflüssigkeit
kontinuierlich dem Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A in einer
Vakuumkammer (3) durch das Schmelzflüssigkeits-Absturzrohr (14)
zuzuführen.
Die Höhe
der Schmelzflüssigkeit in
der Gießwanne
(2) wird durch eine Online-Messung mit einem (nicht gezeigten)
Sensor bestimmt, um die Höhe
auf einen gegebenen Bereich zu beschränken.
-
Zur
willkürlichen
Steuerung der Temperaturen der Atmosphäre in der Vakuumkammer (3)
und des schmelzflüssigen
Metalls ist ein Keramikmodul als Heizer (13) geeignet angeordnet.
Das Innere der Vakuumkammer (3) ist in drei Kammern des
Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäßes A, des
Rührteils
B für Schmelzflüssigkeit
und des Schmelzflüssigkeits-Abstichteils
C unterteilt, das mit dem Rückgewinnungsrohr
(8a) für Schmelzflüssigkeit
verbunden ist. Die Menge der Schmelzflüssigkeit, die in die Vakuumkammer
eingeleitet wird, wird durch den Grad des verminderten Drucks in
der Vakuumkammer und durch den Innendurchmesser der Schmelzflüssigkeits-Absturzdüsen gesteuert,
die für
den Kanal vorgesehen sind.
-
Ein
Rührwerk
(4), das aus Graphit besteht, ist am Rührteil B für Schmelzflüssigkeit angebracht, indem es
mit einem Rührmotor
(5) verbunden ist. Eine Ablenkplatte (12) mit
einer Öffnungspforte
am Boden ist zwischen dem Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
und dem Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A zum
Stabilisieren der Höhe
der Schmelzflüssigkeit
und zur Unterdrückung
von Spritzern der Schmelzflüssigkeit
aus dem Rührteil B
für Schmelzflüssigkeit
vorgesehen. Ein Überlaufwehr
(17) ist im Durchgang vom Rührteil B für Schmelzflüssigkeit zum Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C vorgesehen. Während
das Überlaufwehr
in der gesamten Breite in den 1(a) und 1(b) vorgesehen ist, kann es als eine Öffnungspforte
an einem Teil der Wand ausgebildet sein.
-
Das
Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C ist unabhängig
durch Rückgewinnungsrohre
(8a) und (8b) mit den mehreren Rückgewinnungskammern
(10a) und (10b) für raffinierte Schmelzflüssigkeit
verbunden, und die raffinierte Schmelzflüssigkeit (9) wird
kontinuierlich durch diese Rohre zurückgewonnen. Zuerst wird die
Absperrvorrichtung (15b) absinken gelassen, um zu verhindern,
daß die
Schmelzflüssigkeit
in die Rückgewinnungskammer
(10b) eingeleitet wird, um den Einlaß des Rückgewinnungsrohrs (8b)
zu schließen.
Dann geht die Absperrvorrichtung (15a) nach oben, um die
raffinierte Schmelzflüssigkeit
der Rückgewinnungskammer (10a)
zuzuführen.
Wenn eine vorgeschriebene Quantität der raffinierten Schmelzflüssigkeit
in die Rückgewinnungskammer
(10a) gefüllt
ist, wird die Zufuhr der raffinierten Schmelzflüssigkeit in das Rückgewinnungsrohr (8a)
gestoppt, indem die Absperrvorrichtung (15a) abgesenkt
wird. Anschließend
wird die Zufuhr der raffinierten Schmelzflüssigkeit auf die Schmelzflüssigkeits-Rückgewinnungskammer
(10b) umgeschaltet, indem die Absperrvorrichtung (15b)
angehoben wird, um das Rückgewinnungsrohr
(8b) zu öffnen.
Die Rückgewinnungskammer
(10a) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
wird danach auf den atmosphärischen
Druck zurückgebracht, und
das raffinierte Schmelzflüssigkeits-Rückgewinnungsgefäß (18)
wird herausgenommen, indem eine (nicht gezeigte) Tür auf einer
Schiene geöffnet
wird. Nach dem Ablassen der raffinierten Schmelzflüssigkeit
im Gefäß in ein
anderes Gefäß wird das
Rückgewinnungsgefäß für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
in die Rückgewinnungskammer
(10a) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
zurückgestellt,
die Tür
wird geschlossen, und die Kammer wird auf einen vorgeschriebenen
Druck evakuiert. Anschließend
senkt sich die Absperrvorrichtung (15b) ab, wenn sich ein
vorgeschriebenes Gewicht der Schmelzflüssigkeit in der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
(10b) angesammelt hat, und die Zufuhr der raffinierten
Schmelzflüssigkeit
in das Rückgewinnungsrohr
(8b) wird gestoppt. Die Schmelzflüssigkeit im Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C kann kontinuierlich zurückgewonnen
werden, indem die Prozesse wiederholt werden, die oben beschrieben
werden.
-
Während das
Rückgewinnungsrohr
(8a) und (8b) für raffinierte Schmelzflüssigkeit
aufgebaut wird, indem ein hülsenförmiger Heizer
(19) um die äußere Umfangsfläche eines
Graphitrohrs gewickelt wird, das in ein Metallrohr eingesetzt wird,
bleibt der Spitzenabschnitt des Heizers offen, indem das Graphitrohr
selbst direkt in die Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
eingesetzt wird. Obwohl der Spitzenabschnitt des Graphitrohrs von
der Schmelzflüssigkeit
aus an einer höheren
Position angeordnet ist, um die Schmelzflüssigkeit fallen zu lassen,
kann die Graphitrohröffnung
direkt in die raffinierte Schmelzflüssigkeit im Rückgewinnungsgefäß für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
in der Rückgewinnungskammer
eingesetzt werden.
-
Es
ist ein Ventilationsrohr (11a) an der Seitenwand der Vakuumkammer
vorgesehen, und das Rohr ist über
ein Verunreinigungsdampf-Rückgewinnungsteil
(6) mit einer Evakuierungsvorrichtung (7a) verbunden.
Es ist ein Wasserkühlmantel
im Verunreinigungsdampf-Rückgewinnungsteil
(6) vorgesehen, und die Verunreinigungen werden zurückgewonnen,
indem sie auf der Oberfläche
des Mantels erstarren gelassen werden. Es ist außerdem ein anderes Ventilationsrohr
(11b) an die Seitenwände
der Rückgewinnungskammern
(10a) und (10b) für raffinierte Schmelzflüssigkeit
angebracht und ist mit einer Evakuierungsvorrichtung (7b)
verbunden. Die Druckwiederherstellungs- und Reduzierungsoperationen
werden durchgeführt,
indem ein (nicht gezeigtes) Vakuumventil umgeschaltet wird, das
am Ventilationsrohr (11b) zum Umschalten der Rückgewinnungskammern
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
vorgesehen ist. Obwohl das Ventilationsrohr (11b) der Rückgewinnungskammer
für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
in den 1(a) und 1(b) unabhängig von
der Evakuierungsvorrichtung (7a) mit der Evakuierungsvorrichtung
(7b) verbunden ist, ist es auch möglich, sie gemeinsam mit der
Evakuierungsvorrichtung (7a) zu verbinden und den Druck
durch Umschalten des Vakuumventils wiederherzustellen/zu reduzieren.
Es können
unabhängige
Evakuierungsvorrichtungen mit den jeweiligen Rück gewinnungskammern für raffinierte
Schmelzflüssigkeit
verbunden sein.
-
Die 2(a) und 2(b) zeigen
ein Beispiel der Vorrichtung, die einen Rohrheizstrahler (25)
aufweist, durch den der Ofen direkt geheizt wird, indem der Heizer
im Ofen exponiert wird (2(a) zeigt
eine seitliche Querschnittansicht längs der Linie S-S' in 2(b), und 2(b) zeigt
eine Teil-Querschnittsdraufsicht
längs der
Linie T-T' in 2(a)). Die 2(a) und 2(b) zeigen das Beispiel der Vorrichtung, die
eine Öffnungspforte
an der Stromaufwärtsseitenwand
anstelle der Ablenkplatte (12), eine Öffnungspforte an einer höheren Position
von der Stromaufwärtsseite
der Wandfläche
der Stromabwärtsseite
und ein Graphitgefäß (24)
aufweist, von dem ein Teil der Oberseite abgedeckt ist.
-
3(a) stellt eine vergrößerte seitliche Querschnittansicht
des Schmelzflüssigkeits-Absturzrohrs
in der Vorrichtung dar, die in 2(a) gezeigt
wird, und 3(b) stellt eine vergrößerte seitliche
Querschnittansicht der Schmelzflüssigkeits-Absturzdüse dar,
die anstelle des Schmelzflüssigkeits-Absturzrohrs
verwendet werden kann. Die Bezugsziffer 26 in 3(b) bezeichnet die Schmelzflüssigkeits-Absturzdüse. Es ist
ein Vorteil der Bereitstellung der Schmelzflüssigkeits-Absturzdüse, daß die Wartung
der Vorrichtung erleichtert wird.
-
Die 4(a) und 4(b) stellen
ein Beispiel der Vorrichtung dar, in der ein Becken (23)
der Schmelzflüssigkeit
am Schmelzflüssigkeits-Absturzabschnitt
vorgesehen ist (4(a) zeigt eine seitliche Querschnittansicht
längs der
Linie S-S' in 4(b), und 4(b) zeigt
eine Teil-Querschnittsdraufsicht längs der Linie T-T' in 4(a)). Das Becken entspricht in diesem Beispiel
dem Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A, und
dieses Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A ist
mit einem Rohr mit dem Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
verbunden.
-
Die 5(a) und 5(b) stellen
ein anderes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, in der zwei
Schmelzflüssigkeits-Rührteile
B in einer Vakuumkammer angeordnet sind, wobei 5(a) eine seitliche Querschnittansicht längs der
Linie S-S' in 5(b) zeigt, und 5(b) eine
Teil-Querschnittsdraufsicht längs der
Linie T-T' in 5(a) zeigt. Die raffinierte Schmelzflüssigkeit
wird in den Aufnahmeteil eines Verarbeitungsgefäßes (21) aus dem Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
eines anderen Verarbeitungsgefäßes (20)
eingeleitet. Um die Zufuhr der Schmelzflüssigkeit zu erleichtern, ist
das Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß der Verarbeitungsgefäß (21)
tiefer als das Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß des Verarbeitungsgefäßes (20)
angeordnet.
-
Die 6(a) und 6(b) stellen
ein Beispiel der Vorrichtung dar, die ein Inertgas verwendet, wobei 6(a) eine seitliche Querschnittansicht längs der
Linie S-S' in 6(b) zeigt, und 6(b) eine
Teil-Querschnittsdraufsicht längs
der Linie T-T' in 6(a) zeigt. Das Inertgas wird eingeleitet, wobei
der Rohrheizstrahler (25) und poröses feuerfestes Material (22)
verwendet wird.
-
Dieselben
Bezugsziffern in den 1(a) bis 6(b) bezeichnen dieselben Elemente.
-
Es
wurde Schrott eines Aluminiumwärmetauschers
unter Verwendung der Vorrichtung raffiniert, die in den 2(a) und 2(b) gezeigt
wird, und die Ergebnisse der Beseitigung von Zn und Mg und Wasserstoffgas
wurden gemessen. Die Speisepforte am Spitzenabschnitt der Gießwanne (2)
wurde mit einer Absperrvorrichtung (16) verstopft. Dann
wurde die Temperaturerhöhung
begonnen, indem eine elektrische Energiequelle in den Rohrheizstrahler
(25) in der Vakuumkammer (3) und in die Heizer
in den Rückgewinnungsrohren
(8a) und (8b) für schmelzflüssiges Metall eingesetzt wurde,
dem sich die Evakuierung der Vakuumkammer (3) und der Rückgewinnungskammern
(10a) und (10b) für raffinierte Schmelzflüssigkeit
anschloß.
Nachdem bestätigt wurde,
daß die
Temperatur und der Druck 900°C
bzw. 10 Pa erreichten, wurde das Graphitrührwerk (4) (150 mm
breit × 500
mm lang) mit 300 U/min rotieren gelassen. Dann wurde die Absperrvorrichtung
(15a) des Rückgewinnungrohrs
(8a) von der Rückgewinnungskammer
(10a) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
geöffnet,
und die Absperrvorrichtung (15b) des Rückgewinnungsrohrs (8b)
von der Rückgewinnungskammer
(10b) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
wurde geschlossen. Die Schmelzflüssigkeit
(1) des Aluminiumschrotts, der im Schmelzofen geschmolzen
wurde, wurde durch die Gießwanne
(2) dem Absperrvorrichtungsteil der Gießwanne zugeführt. Nachdem
bestätigt
wurde, daß die
Schmelzflüssigkeit
(1) des Aluminiumschrotts die Gießwanne (2) ausreichend
gefüllt
hatte, wurde die Schmelzflüssigkeit
(1) des Aluminiumschrotts ohne die Gießwannen-Absperrvorrichtung
(16) durch das Schmelzflüssigkeits-Absturzrohr (14) mit einem
Innendurchmesser von 10 mm mit einer Fließgeschwindigkeit von 70 kg/min
in das Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A der
Vakuumkammer (3) eingeleitet. Gleichzeitig wurde die Schmelzflüssigkeit
(1) des Schrotts kontinuierlich vom Schmelzofen zur Gießwanne (2)
geleitet. Folglich wurde die raffinierte Schmelzflüssigkeit
(9) in die Rückgewinnungskammer
(10a) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
durch Überlaufen
abgelassen. Die Absperrvorrichtung (15a) wurde geschlossen,
als sich ein vorgeschriebenes Gewicht der Schmelzflüssigkeit
im Rückgewinnungsgefäß (18)
in der Rückgewinnungskammer
(10a) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
angesammelt hatte, und die Absperrvorrichtung (15b) wurde
geöffnet,
und gleichzeitig wurde die raffinierte Schmelzflüssigkeit abgelassen, indem
das Gefäß zur Rückgewinnungskammer
(10b) umgeschaltet wurde. Anschließend wurde das Rückgewinnungsgefäß aus der
Kammer genommen, nachdem der Druck der Rückgewinnungskammer (10b)
für raffinierte Schmelzflüssigkeit
auf den atmosphärischen
Druck zurückgebracht
wurde. Nachdem die gesamte raffinierte Schmelzflüssigkeit im Rückgewinnungsgefäß in ein
anderes Gefäß übergeleitet
wurde, wurde das Rückgewinnungsgefäß zur Rückgewinnungskammer
(10b) für
raffinierte Schmelzflüssigkeit
zurückgebracht,
und der Druck der Kammer wurde auf einem vorgeschriebenen Druck
von 10 Pa gehalten. Diese Prozeduren wurde alle 30 Minuten wiederholt.
Das Ablassen der Schmelzflüssigkeit
des Schrotts im Schmelzofen wurden in einem Experiment von 3 Stunden
vollendet. Die Schmelzflüssigkeit
konnte zurückgewonnen
werden, indem die Oberfläche
der Form mit einem feuerfesten Material beschichtet wurde. Die Absperrvorrichtung
(16) wurde geschlossen, wenn die Höhe der Schmelzflüssigkeit
in der Gießwanne
(2) (um zum Beispiel 30 mm) gesenkt wurde, um zu verhindern,
daß Luft
beigemischt wurde, dem sich das Ablassen der restlichen Schmelzflüssigkeit aus
einem (nicht gezeigten). Flüssigkeitsablaßloch anschloß, das an
der Gießwanne
(2) vorgesehen ist.
-
Tabelle
1 zeigt die Gehalte an Zn, Mg und Wasserstoff, die in Intervallen
von 30 Minuten gemessen wurden.
-
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt, zeigte das erfindungsgemäße Verfahren Zn- und Mg-Beseitigungseffekte ebenso
wie Entgasungseffekte für
Wasserstoff, während
es eine ausgezeichnete Stabilität
aufweist.
-
Beispiel 2
-
Es
wurde Schrott der Aluminiumlegierung raffiniert, indem die Zusammensetzung
der Schmelzflüssigkeit
des Schrotts und die Verarbeitungsbedingungen geändert wurden. Während die
Vorrichtung, die in den 2(a) und 2(b) gezeigt wird, dieselbe wie die war, die im
Raffinationsverfahren im Beispiel 1 verwendet wird, wurde eine Schmelzflüssigkeits-Absturzdüse mit einem
anderen Durchmesser (siehe 3(b))
im Schmelzflüssigkeit-Absturzrohr
(14) angebracht. Ein Graphitgefäß (24) mit Öffnungspforten
am unteren Teil des Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäßes A bzw.
in der Mitte der Wandfläche
am Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C, mit einer Graphitabdeckung auf der Oberseite, wurde in der Vakuumkammer
angebracht, die in das Schmelzflüssigkeits-Sammelgefäß A, den
Rührteil
B für Schmelzflüssigkeit
und den Schmelzflüssigkeits-Abstichteil
C unterteilt war. Die Kapazität
der Vorrichtung wurde geändert,
indem der Düsendurchmesser
auf 5 mm, 10 mm oder 14 mm geändert
wurde. Die Versuchsergebnisse von Zn, Mg und Wasserstoff werden
in Tabelle 2 gezeigt. Es werden nur die Versuchsergebnisse der Zeitspanne
von drei Stunden nach der Verarbeitung in der Tabelle gezeigt, da
geringe Änderungen
mit der Zeit beobachtet wurden, wie in Beispiel 1 gezeigt.
-
-
-
Wie
in Tabelle 2 gezeigt, wurde der Schrott vorteilhaft raffiniert.
-
Der
Raffinationsgrad war abhängig
von der Umdrehungsgeschwindigkeit unterschiedlich, wie in Tabelle
2 gezeigt, da offensichtlich Spritzer der Schmelzflüssigkeit
auftreten, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit zunimmt, wobei sich
der Kontaktzustand der Schmelzflüssigkeit
mit der Vakuumatmosphäre ändert. Der
Raffinationsgrad war auch abhängig
von der Kapazität
der Vorrichtung unterschiedlich, da sich die Verweilzeit (Reaktionszeit)
der Schmelzflüssigkeit
in der Vakuumkammer ändert.
-
Die
Verarbeitungsbedingungen können
entsprechend der Anfangszusammensetzung und der Endzusammensetzung
nach dem Raffinationsverfahren festgelegt werden. Zum Beispiel weist
die Kernlegierung des Wärmetauschers
für gewöhnlich eine
Zusammensetzung von 0,10 Masse% oder weniger Zn und 0,05 Masse%
oder weniger Mg auf, was innerhalb des Bereichs der Verarbeitungsfähigkeit
der vorliegenden Erfindung liegt. Das Gußaluminium enthält 0,3 Masse%
oder weniger Zn, und das Druckgußaluminium enthält 0,5 Masse%
oder weniger Zn. Diese Aluminiumlegierungen können selbst durch Reduzieren
des Vakuumgrades und der Temperatur der Schmelzflüssigkeit
raffiniert werden.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zur kontinuierlichen Vakuum-Raffination der Schmelzflüssigkeiten
optionaler Legierungen, insbesondere der Aluminiumlegierung und
der Magnesiumlegierung, die ein kleines spezifisches Gewicht aufweisen,
die infolge von Differenzdrücken
wahrscheinlich hohe Schmelzflüssigkeitssäulen bilden,
und Legierungen geeignet, bei denen viel Schrott erzeugt wird.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
ein effizientes kontinuierliches Vakuum-Raffinationsverfahren von
Legierungen, die ein kleines spezifisches Gewicht aufweisen, ohne
irgendwelche Großanlagen
zu verwenden. Folglich ist die Vorrichtung als kontinuierliche Vakuum-Raffinationsvorrichtung
vorteilhaft, die imstande ist, die Baukosten und die Unterhaltskosten
zu reduzieren.
-
Da
wir unsere Erfindung in Beziehung auf die vorliegenden Ausführungsformen
beschrieben haben, ist es unsere Absicht, daß die Erfindung nicht durch
irgendeines der Details der Beschreibung beschränkt wird, wenn nicht anders
angegeben, sondern vielmehr allgemein innerhalb ihres Geistes und
Rahmens aufgefaßt werden
soll, der in den beigefügten
Ansprüchen
dargelegt wird.
