EP0333586B1 - 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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EP0333586B1
EP0333586B1 EP89400726A EP89400726A EP0333586B1 EP 0333586 B1 EP0333586 B1 EP 0333586B1 EP 89400726 A EP89400726 A EP 89400726A EP 89400726 A EP89400726 A EP 89400726A EP 0333586 B1 EP0333586 B1 EP 0333586B1
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EP
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head
rotor
liquid metal
rotary shaft
inert gas
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EP89400726A
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Roland Le Floch
Maurice Oliveira
Nin David Colom
Sylvestre Georges Emile Vire
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Alusuisse Lonza France SA
Original Assignee
Alusuisse Lonza France SA
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    • 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
    • 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 bag.
  • Document US Pat. No. 4,556,419 describes a device for removing impurities present in gaseous and solid form in a liquid metal contained in a tank such as a transport pocket, of the type comprising a rotor which comprises a rotary shaft carrying its free end to be immersed in said liquid metal, a stirring head provided with an internal chamber connected to a source of an inert gas by an axial channel formed along the rotary shaft and communicating with the outside to allow the diffusion of the inert gas in the liquid metal.
  • the gas In the operating state of the device, under the effect of the rotary movement of the head and the flow of gas outwards, the gas is ejected into the liquid metal under the effect of centrifugal force. A mixing of the liquid in the reservoir is also obtained by the formation of gas bubbles which entrain, during their ascent, the impurities in the form of gas and solid bodies.
  • the brewing head member has a complex structure, and to function effectively, the speed of rotation of the head must have a very high value. Usually the minimum value is 400 revolutions per minute. Despite this, it turns out that the distribution of gas in the form of bubbles in the liquid is not sufficiently uniform and the bubbles are not small enough.
  • the object of the present invention is to propose a device which overcomes the drawbacks mentioned above.
  • the rotor head of the device comprises radial fins distributed uniformly around the axis of the head and the radial height of which increases from top to bottom on the head, the latter being made of a material porous, so that its walls as well as fins have a porous structure permeable to the gas contained in the internal chamber of the rotor.
  • the device according to the invention is characterized in that the rotor shaft and the head are assembled by screwing.
  • the rotor is provided with a threaded axial endpiece intended to engage in a threaded orifice of the rotor head.
  • the rotor shaft is made of a refractory material such as graphite.
  • the device comprises means for preheating the rotor head, to expel the moisture contained therein.
  • the invention is also characterized in that the aforementioned preheating means are formed by a heating tank in which the lower end of the rotor can be immersed.
  • 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 bag 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 reservoir 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 stirring and gas outlet head 8 of the device according to the invention can be assembled to the rotor 7 in any suitable way, 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 in 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 effect of purifying the liquid, by stirring and degassing, but also provides a considerable time saving compared to known devices.
  • the relatively low speed of rotation 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 in the direction of compensating 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 starts to rotate and still take place after it has stopped.

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Description

  • L'invention se rapporte à 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.
  • Le document US-A-4 556 419 décrit un dispositif pour éliminer des impuretés présentes sous forme gazeuse et solide dans un métal liquide contenu dans un réservoir tel qu'une poche de transport, du type comprenant un rotor qui comprend un arbre rotatif portant à son extrémité libre à immerger dans ledit métal liquide, une tête de brassage pourvue d'une chambre interne reliée à une source d'un gaz inerte par un canal axial formé le long de l'arbre rotatif et communiquant avec l'extérieur pour permettre la diffusion du gaz inerte dans le métal liquide.
  • En état de fonctionnement du dispositif, sous l'effet du mouvement rotatif de la tête et de l'écoulement du gaz vers l'extérieur, le gaz est éjecté dans le métal liquide sous l'effet de la force centrifuge. On obtient aussi un brassage du liquide dans le réservoir par la formation de bulles de gaz qui entraînent, lors de leur remontée, les impuretés sous 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 de rotation 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 palie les inconvénients énoncés plus haut.
  • A cet effet, la tête de rotor du dispositif conforme à l'invention comporte des ailettes radiales réparties uniformément autour de l'axe de la tête et dont la hauteur radiale augmente de haut en bas sur la tête, cette dernière étant réalisée dans un matériau poreux, pour que ses parois ainsi que des ailettes présentent une structure poreuse perméable au gaz contenu dans la chambre interne du rotor.
  • Le dispositif conforme à l'invention se caractérise en ce que l'arbre du rotor et la tête sont assemblés par vissage.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor est pourvu d'un embout axial fileté destiné à s'engager dans un orifice fileté de la tête de rotor.
  • On précisera encore ici que l'arbre de rotor est réalisé en un matériau réfractaire tel que du graphite.
  • Selon encore une autre caractéristique, le dispositif comporte des moyens de préchauffage de la tête de rotor, pour chasser l'humidité contenue dans celle-ci.
  • L'invention est également caractérisée en ce que les moyens de préchauffage précités sont formés par une cuve de chauffage dans laquelle l'extrémité inférieure du rotor peut être plongée.
  • 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 métal liquide contenu dans un réservoir tel qu'une poche de transport, du type comprenant un rotor qui comprend un arbre rotatif portant à son extrémité libre à immerger dans ledit métal liquide, une tête de brassage pourvue d'une chambre interne reliée à une source d'un gaz inerte par un canal axial formé le long de l'arbre rotatif et communiquant avec l'extérieur pour permettre la diffusion du gaz inerte dans le métal liquide, la tête de rotor (8) comportant des ailettes radiales (12) réparties uniformément autour de l'axe de la tête (8) et dont la hauteur radiale (a) augmente de haut en bas sur la tête, cette dernière étant réalisée dans un matériau poreux, pour que ses parois ainsi que les ailettes (12) présentent une structure poreuse perméable au gaz contenu dans la chambre interne (14) du rotor (1).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (7) du rotor et la tête (8) sont assemblés par vissage.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor est pourvu d'un embout axial fileté (20) destiné à s'engager dans un orifice fileté (19) de la tête de rotor (8).
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'arbre de rotor (7) est réalisé en un matériau réfractaire, par exemple du graphite.
  5. 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.
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de préchauffage précités sont 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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EP0333586A1 EP0333586A1 (fr) 1989-09-20
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FR2628756A1 (fr) 1989-09-22
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ES2011760A4 (es) 1990-02-16
DE68906444D1 (de) 1993-06-17
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