EP0333586A1 - Dispositif pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide dans un produit liquide contenu dans un réservoir - Google Patents

Dispositif pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide dans un produit liquide contenu dans un réservoir Download PDF

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EP0333586A1
EP0333586A1 EP19890400726 EP89400726A EP0333586A1 EP 0333586 A1 EP0333586 A1 EP 0333586A1 EP 19890400726 EP19890400726 EP 19890400726 EP 89400726 A EP89400726 A EP 89400726A EP 0333586 A1 EP0333586 A1 EP 0333586A1
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rotor
porous
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rotary shaft
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Roland Le Floch
Maurice Oliveira
Nin David Colom
Sylvestre Georges Emile Vire
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Alusuisse Lonza France SA
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/064—Obtaining aluminium refining using inert or reactive gases

Definitions

  • the invention relates to a device for removing impurities present in gaseous and solid form in a liquid product such as liquid metal contained in a tank such as a transport pocket, of the type comprising a rotor which essentially comprises a rotary shaft carrying its free end capable of being immersed in said liquid product, a member forming a stirring head provided with an internal space connected through an axial channel formed in said rotary shaft to a source of an inert gas and communicating with the outside by through passages passing through the walls of said head.
  • the passages through the walls of said head are formed by channels in limited number and opening out at the level of the lateral walls, for example cylindrical of the head.
  • Each of these channels is associated with a channel which opens at one end into the gas passage channel and through the other end to the outside at the level of the lower surface of the head.
  • the member forming the brewing head has a complex structure and to operate efficiently, the rotary speed of the head must be very high. Usually the minimum value is 400 revolutions per minute. Despite this, it turns out that the distribution of the gas in the form of bubbles in the liquid is not sufficiently uniform and the bubbles do not have a sufficiently small size.
  • the object of the present invention is to propose a device which does not have the above-mentioned drawbacks.
  • the device according to the invention is characterized in that the head member is made of a porous material, such as porous graphite, the walls of said head having a porous structure permeable to the gas contained in said cavity inside the head.
  • the head has on its lateral surface a certain number of radial fins, advantageously distributed uniformly around the axis of the head.
  • the envelope in which the radially external surfaces of the fins are inscribed has a frustoconical shape which widens towards the free lower end.
  • Figure 1 there is shown the use of a device 1 according to the invention for removing impurities present in gaseous and solid form, from a liquid metal contained in a transport pocket 2 of this metal. It can be seen that the device has been introduced inside the pocket through an orifice 3 made in the cover of the pocket. At 4 there is shown schematically the closure cap of the orifice 3. The reference 5 designates the level of the liquid metal in the pocket 2.
  • the device 1 according to the invention is formed by a rotor essentially comprising a shaft 7 made of a refractory material such as graphite, which carries at its lower end immersed in the liquid a mixing head 8 and is integral at its upper end with a rotary drive shaft 9.
  • the latter is mounted on a suitable support such as a pivoting frame or arm, of any structure known per se and therefore not shown. Thanks to this support, the device according to the invention is capable of pivoting between a rest position and a position above the tank to be filled, that is to say the bag 2.
  • the device according to the invention formed by the rotor 1 can be introduced into or removed from the pocket 2.
  • the member forming the mixing head 8 of the rotor comprises a substantially cylindrical central part 11, which carries on its external cylindrical surface a number of mixing fins 12 which are distributed regularly around the central part 11
  • the radially outer face 13 of each fin is inclined relative to the axis XX of the rotor, at a predetermined angle ⁇ so that the height a of a fin increases from top to bottom on the head 8.
  • the mixing head 8 has a central chamber 14 which communicates through an axial channel 15 in the rotor shaft 7 with a source of an inert gas such as nitrogen or argon, via an axial channel 16 formed in the rotational drive shaft 9 of the stirring head 8.
  • a source of an inert gas such as nitrogen or argon
  • the latter is made of a porous refractory material, permeable to inert gas, such as for example porous graphite.
  • inert gas such as for example porous graphite.
  • the mixing and gas outlet head 8 of the device according to the invention can be assembled to the rotor 7 in any suitable manner, advantageously by screwing, as in the example shown.
  • the head 8 has above its chamber 14 in communication with the latter a threaded recess 19 into which a threaded axial end piece 20 of the rotor shaft 7 is screwed.
  • the device according to the invention appears from the description of its structure which has just been made.
  • the device in the form of a rotor 1 of the invention is brought by pivoting and then by vertical movement into its working position shown in FIG. 1.
  • the rotor is driven in rotation and the inert gas is sent to the chamber 14 of the head, which allows the formation of very fine bubbles which are distributed regularly in the liquid metal, as has been described above.
  • Due to the porous structure of the head 8 of the rotor it is advantageous to subject the head to a preheating treatment to remove moisture from the pores of the head.
  • a preheating tank, not shown is advantageously used, into which the lower part of the head can be immersed, in its rest position before it is pivoted into the working position.
  • the invention allows the formation of much finer bubbles and a better distribution of these in the liquid.
  • the speed of rotation of the head 8 can be lower in the case of the invention, for example of the order of 200 or even 180 to 300 revolutions per minute, while in known devices , the speed must in principle be greater than 400 rpm. All these features of the invention not only allow a better cleaning effect of the liquid, by stirring and degassing, but also provides a considerable time savings compared to known devices.
  • the relatively low rotation speed of the rotor in the case of the invention, the formation of a vortex in the transport pocket is avoided.
  • An advantage of the taper of the fins lies in the fact that the active porous surface through which bubbles enter the bath and thus the shear surface increasing downward, which acts to compensate for the increase in the pressure in the bath.
  • the invention provides a reduction in gas consumption.
  • the good distribution of fine bubbles in the liquid allows an increase in the volume of the transport bags.
  • the angle of inclination ⁇ of the fins can vary depending on the nature of the liquid to optimize the operation of the device according to the invention.
  • the central part 11 of the stirring and degassing head 8 can have any suitable shape, different from the cylindrical shape shown.
  • the device according to the invention can be used to remove impurities from any product other than liquid metal. It should also be noted that the sending of the inert gas into the head of the rotor can begin before the latter is put into rotation and still take place after it has stopped.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide dans un produit liquide tel que du métal liquide contenu dans une poche de transport. Le dispositif est du type comportant un rotor qui comprend essentiellement un arbre rotatif (7) portant à son extrémité libre susceptible d'être immergée dans ledit produit liquide un organe (8) formant tête de brassage pourvu d'une chambre interne (14) reliée à travers un canal axial (15) pratiqué dans ledit arbre rotatif (7) à une source d'un gaz inerte et communiquant avec l'extérieur par l'intermédiaire de passages traversant les parois de ladite tête. Le dispositif est caractérisé en ce que l'organe formant tête (8) est réalisé en un matériau poreux, tel que du graphite poreux, les parois de ladite tête présentant une structure poreuse perméable au gaz contenu dans ladite chambre (14) à l'intérieur de la tête. L'invention est utilisable pour des poches de transport de métaux liquides.

Description

  • L'invention concerne un dispositif pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide dans un produit liquide tel que du métal liquide contenu dans un réservoir tel qu'une poche de transport, du type comprenant un rotor qui comprend essentiellement un arbre rotatif portant à son extrémité libre susceptible d'être immergée dans ledit produit liquide un organe formant tête de brassage pourvu d'un espace interne relié à travers un canal axial pratiqué dans ledit arbre rotatif à une source d'un gaz inerte et communiquant avec l'extérieur par l'intermédiaire de passages traversant les parois de ladite tête.
  • Dans des dispositifs de ce type, qui sont connus, les passages à travers les parois de ladite tête sont formés par des canaux en nombre limité et débouchant à l'extérieur au niveau des parois latérales par exemple cylindriques de la tête. A chaun de ces canaux est associé un canal qui débouche à une extrémité dans le canal de passage de gaz et par l'autre extrémité à l'extérieur au niveau de la surface inférieure de la tête. En état de fonctionnement du dispositif, sous l'effet du mouvement rotatif de la tête et l'écoulement du gaz à travers ces passages vers l'extérieur, le métal liquide est aspiré dans les canaux de gaz et éjecté de ceux-ci sous l'effet de la force centrifuge. On obtient ainsi un brassage du liquide dans le réservoir par la formation de bulles de gaz qui, par effet d'entraînement, provoquent la remontée des impuretés en forme de gaz et de corps solides.
  • Ces dispositifs connus présentent des inconvénients importants. Ainsi, l'organe formant tête de brassage présente une structure complexe et pour fonctionner efficacement, la vitesse rotative de la tête doit avoir une valeur très élevée. Habituellement la valeur minimum est de 400 tours par minute. Malgré cela il s'avère que la répartition du gaz sous forme de bulles dans le liquide n'est pas suffisamment uniforme et les bulles ne présentent pas une taille suffisamment petite.
  • La présente invention a pour but de proposer un dispositif qui ne présente pas les inconvénients susmentionnés.
  • Pour atteindre ce but, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'organe formant tête est réalisé en un matériau poreux, tel que du graphite poreux, les parois de ladite tête présentant une structure poreuse perméable au gaz contenu dans ladite cavité à l'intérieur de la tête.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la tête présente sur sa surface latérale un certain nombre d'ailettes radiales, avantageusement réparties uniformément autour de l'axe de la tête.
  • Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'enveloppe dans laquelle s'inscrivent les surfaces radialement externes des ailettes présente une forme tronconique allant en s'élargissant vers l'extrémité inférieure libre.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue en coupe radiale d'une poche de transport d'un métal liquide dans laquelle est introduit un dispositif selon la présente invention ;
    • La figure 2 est une vue en coupe partielle selon la ligne II-II de la figure 3, de la partie indiquée en II sur la figure 1, à plus grande échelle ; et
    • La figure 3 est une vue en direction de la flèche III de la figure 2.
  • A la figure 1, on montre l'utilisation d'un dispositif 1 selon l'invention pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide, d'un métal liquide contenu dans une poche de transport 2 de ce métal. On constate que le dispositif a été introduit à l'intérieur de la poche à travers un orifice 3 pratiqué dans le couvercle de la poche. En 4 on a représenté schématiquement le chapeau de fermeture de l'orifice 3. La référence 5 désigne le niveau du métal liquide dans la poche 2.
  • Le dispositif 1 selon l'invention est formé par un rotor comprenant essentiellement un arbre 7 en un matériau réfractaire tel que du graphite, qui porte à son extrémité inférieure plongée dans le liquide une tête de brassage 8 et est solidaire à son extrémité supérieure d'un arbre 9 d'entraînement en rotation. Ce dernier est monté sur un support approprié tel qu'un cadre ou bras pivotant, de toute structure connue en soi et de ce fait non représenté. Grâce à ce support, le dispositif selon l'invention est susceptible de pivoter entre une position de repos et une position au-dessus du réservoir à remplir, c'est-à-dire la poche 2. Par le déplacement vertical, le dispositif selon l'invention formé par le rotor 1 peut être introduit ou extrait de la poche 2.
  • Dans l'exemple représenté, comme il ressort notamment des figures 2 et 3, l'organe formant tête de brassage 8 du rotor comprend une partie centrale sensiblement cylindrique 11, qui porte sur sa surface cylindrique externe un certain nombre d'ailettes de brassage 12 qui sont réparties régulièrement autour de la partie centrale 11. La face radialement externe 13 de chaque ailette est inclinée par rapport à l'axe X-X du rotor, selon un angle prédéterminé α de façon que la hauteur a d'une ailette augmente de haut en bas sur la tête 8.
  • La tête de brassage 8 présente une chambre centrale 14 qui communique à travers un canal axial 15 dans l'arbre de rotor 7 avec une source d'un gaz inerte tel que de l'azote ou de l'argon, par l'intermédiaire d'un canal axial 16 pratiqué dans l'arbre d'entraînement en rotation 9 de la tête de brassage 8.
  • Cette dernière est réalisée en un matériau réfractaire poreux, perméable au gaz inerte, tel que par exemple en graphite poreux. Ainsi le gaz fourni par ladite source et présent dans la chambre 14 peut traverser la paroi de la tête de brassage et parvenir dans le métal liquide qui l'entoure. Grâce à la structure poreuse, le gaz inerte sort de la tête 8 sous forme de très petites bulles qui décollent immédiatement de celle-ci, ce qui évite un regroupement des bulles très fines, c'est-à-dire une formation des bulles plus grandes. La structure poreuse de la tête et les ailettes 8 assurent une répartition excellente de fines bulles dans le bain de métal liquide, ce qui assure un effet optimum d'entraînement des impuretés vers la surface 5 de ce bain.
  • La tête de brassage et de sortie de gaz 8 du dispositif selon l'invention peut être assemblée au rotor 7 de toute façon appropriée, avantageusement par vissage, comme dans l'exemple représenté. A cette fin, la tête 8 présente au-dessus de sa chambre 14 en communication avec celle-ci un évidement fileté 19 dans lequel on visse un embout axial fileté 20 de l'arbre de rotor 7.
  • Le fonctionnement du dispositif selon l'invention ressort de la description de sa structure qui vient d'être faite. A l'aide de son support non représenté, le dispositif sous forme de rotor 1 de l'invention est amené par pivotement et ensuite par mouvement vertical dans sa position de travail représentée à la figure 1. Ensuite, le rotor est entraîné en rotation et le gaz inerte est envoyé dans la chambre 14 de la tête, ce qui permet la formation des bulles très fines qui se répartissent régulièrement dans le métal liquide, comme cela a été décrit plus haut. En raison de la structure poreuse de la tête 8 du rotor, il est avantageux de soumettre la tête à un traitement de préchauffage pour chasser l'humidité des pores de la tête. A cette fin, on utilise avantageusement une cuve de préchauffage non représentée, dans laquelle peut être plongée la partie inférieure de la tête, dans sa position de repos avant son pivotement dans la position de travail.
  • Par rapport aux dispositifs connus, on constate notamment que l'invention permet une formation de bulles beaucoup plus fines et une meilleure répartition de celles-ci dans le liquide. Il s'avère en outre que la vitesse de rotation de la tête 8 peut être plus faible dans le cas de l'invention, par exemple de l'ordre de 200 ou même 180 à 300 tours par minute, tandis que dans les dispositifs connus, la vitesse doit être en principe supérieure à 400 tours par minute. Toutes ces particularités de l'invention permettent non seulement un meilleur effet d'épuration du liquide, par brassage et dégazage, mais procure également un gain de temps considérable par rapport aux dispositifs connus. De plus, grâce à la vitesse de rotation relativement faible du rotor, on évite dans le cas de l'invention la formation d'un vortex dans la poche de transport.
  • Il est à noter que le gaz sort sur toute la surface de la tête, même à travers les ailettes, et c'est le frottement de la tête contre le métal liquide qui cisaille les bulles dès le début de leur formation.
  • Un avantage de la conicité des ailettes réside dans le fait que la surface poreuse active par laquelle des bulles pénètrent dans le bain et ainsi la surface de cisaillement augmentant vers le bas, ce qui agit dans le sens d'une compensation de l'augmentation de la pression dans le bain.
  • Dans la mesure où les bulles sont très fines, l'invention procure une réduction de la consommation de gaz. La bonne répartition des fines bulles dans le liquide permet une augmentation du volume des poches de transport.
  • Bien entendu, des multiples modifications peuvent être apportées au dispositif selon l'invention. Ainsi, l'angle d'inclinaison α des ailettes peut varier en fonction de la nature du liquide pour optimaliser le fonctionnement du dispositif selon l'invention. D'autre part, la partie centrale 11 de la tête de brassage et de dégazage 8 peut présenter toute forme appropriée, différente de la forme cylindrique représentée. De plus, il est évident que le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour éliminer des impuretés de tout autre produit que de métal liquide. Il est à noter encore que l'envoi du gaz inerte dans la tête du rotor peut débuter avant la mise en rotation de ce dernier et encore avoir lieu après son arrêt.

Claims (6)

1. Dispositif pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide dans un produit liquide tel que du métal liquide, contenu dans un réservoir tel qu'une poche de transport, du type comprenant un rotor qui comprend essentiellement un arbre rotatif portant à son extrémité libre susceptible d'être immergée dans ledit produit liquide un organe formant tête de brassage pourvu d'une chambre interne reliée à travers un canal axial pratiqué dans ledit arbre rotatif à une source d'un gaz inerte et communiquant avec l'extérieur par l'intermédiaire de passages traversant les parois de ladite tête, caractérisé en ce que l'organe formant tête (8) est réalisé en un matériau poreux, tel que du graphite poreux, les parois de ladite tête présentant une structure poreuse perméable au gaz contenu dans ladite chambre (14) à l'intérieur de la tête.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de rotor (8) porte sur sa surface latérale un certain nombre d'ailettes radiales (12), avantageusement réparties uniformément autour de l'axe de la tête.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes (12) présentent une hauteur radiale (a) qui augmente de haut en bas sur la tête (8).
4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (7) du rotor et la tête (8) sont assemblés par filetage, le rotor étant avantageusement pourvu d'un embout axial fileté (20) destiné à s'engager dans un orifice fileté (19) de la tête de rotor (8).
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre de rotor (7) est réalisé en un matériau réfractaire tel que du graphite.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de préchauffage de la tête de rotor (8), pour châsser l'humidité contenue dans celle-ci, ces moyens étant avantageusement formés par une cuve de chauffage dans laquelle l'extrémité inférieure du rotor (1) peut être plongée.
EP89400726A 1988-03-15 1989-03-15 Dispositif pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide dans un produit liquide contenu dans un réservoir Expired - Lifetime EP0333586B1 (fr)

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