ES2839213T3 - Procedure and installation for removal of impurities in a contaminated liquid metal - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de eliminación de impurezas disueltas en un metal líquido contaminado, de forma continua, mediante la aplicación de un campo electromagnético,generado por bombas de inducción lineal, sobre el metal contaminado transversal a un segundo conducto por donde fluye el metal. La densidad de corriente circula en sentido longitudinal al conducto, por lo que según la ley de Lorentz se produce una fuerza electromagnética perpendicular a ambos. Cuando las impurezas tienen una diferencia de conductividad eléctrica de al menos un orden de magnitud referido a la potencia decimal, la fuerza resultante que actúa sobre las partículas provoca un movimiento relativo de éstas respecto al metal, de modo que pueden ser arrastradas y separadas de dicho metal fundido, en una etapa metalúrgica previa se forma una partícula con la conductividad eléctrica adecuada. La instalación incluye los elementos citados para llevar a cabo el procedimiento.Procedure for the elimination of impurities dissolved in a contaminated liquid metal, continuously, by applying an electromagnetic field, generated by linear induction pumps, on the contaminated metal, transverse to a second conduit through which the metal flows. The current density circulates longitudinally to the conduit, so that according to Lorentz's law an electromagnetic force perpendicular to both is produced. When the impurities have a difference in electrical conductivity of at least one order of magnitude referred to the decimal power, the resulting force that acts on the particles causes a relative movement of these with respect to the metal, so that they can be dragged and separated from said molten metal, in a previous metallurgical stage a particle with adequate electrical conductivity is formed. The installation includes the elements mentioned to carry out the procedure.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento e instalación de eliminación de impurezas en un metal líquido contaminadoProcedure and installation for removal of impurities in a contaminated liquid metal
Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention
La presente invención se engloba en el campo de la eliminación de impurezas en los metales contaminados, conocido también como purificación, siendo el ejemplo más representativo el de aleaciones de aluminio contaminadas con hierro.The present invention is included in the field of the elimination of impurities in contaminated metals, also known as purification, the most representative example being that of aluminum alloys contaminated with iron.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
En la industria metalúrgica se realizan tratamientos sobre material secundario que permiten que se pueda volver a utilizar dicho material en el proceso productivo con propiedades lo más parecidas posibles al primario pero a mucho menos coste.In the metallurgical industry, treatments are carried out on secondary material that allow said material to be reused in the production process with properties that are as similar as possible to the primary material but at much less cost.
En concreto, en las aleaciones de aluminio, los óxidos y el hierro son los mayores contaminantes que se pueden encontrar. Estas aleaciones de aluminio se contaminan muy fácilmente con hierro debido al contacto directo con utillajes y moldes durante todo el proceso productivo y la presencia de óxidos es debido a la alta reactividad que tiene el metal en presencia de oxígeno.Specifically, in aluminum alloys, oxides and iron are the major pollutants that can be found. These aluminum alloys are very easily contaminated with iron due to direct contact with tools and molds throughout the production process and the presence of oxides is due to the high reactivity of the metal in the presence of oxygen.
Son numerosas las investigaciones que se han centrado en tratar de reducir la presencia de impurezas en los metales fundidos, más concretamente existe un gran número de investigaciones orientadas a tratar de reducir el efecto perjudicial de la presencia de hierro por medio de precipitación gravitatoria, métodos centrífugos, adición de elementos de neutralización, solidificación rápida o calentamientos supercríticos 300°C por encima de la temperatura de fusión. Los procesos de precipitación y separación centrífuga, como sería el correspondiente a la patente con número de publicación JPH11229055, no tienen interés industrial debido a la dificultad de implementarlos por su bajísima eficiencia y procesado no continuo. A pesar de que los procesos de neutralización, solidificación rápida y calentamiento supercrítico reducen el impacto del hierro, no eliminan los efectos perjudiciales de su presencia.There are numerous investigations that have focused on trying to reduce the presence of impurities in molten metals, more specifically there is a large number of investigations aimed at trying to reduce the detrimental effect of the presence of iron through gravitational precipitation, centrifugal methods , addition of neutralization elements, fast solidification or supercritical heating 300 ° C above the melting temperature. The processes of precipitation and centrifugal separation, such as the one corresponding to the patent with publication number JPH11229055, have no industrial interest due to the difficulty of implementing them due to their very low efficiency and non-continuous processing. Although neutralization, rapid solidification and supercritical heating processes reduce the impact of iron, they do not eliminate the detrimental effects of its presence.
Actualmente la única alternativa real e implementada a nivel industrial para la eliminación del hierro consiste en la dilución con aluminio primario para reducir el contenido de hierro y otros elementos contaminantes hasta valores aceptados por norma, con los elevados costes económicos que ello supone. Con todo esto la separación recurriendo a una fuerza electromagnética, como se expone en el documento de Leenov (Daniel Leenov, Alexander Kolin “Theory of Electromagnetophoresis. I. Magnetohydrodynamic forces experiences by spherical and Symmetrically oriente cylindrical Particles”, The journal of Chemical Physics, vol. 22 N° 4, 1954), que evalúa teóricamente el efecto que una fuerza electromagnética provoca sobre una partícula esférica, se presenta como un nuevo método capaz de eliminar la presencia de estas impurezas ricas en hierro u otros contaminantes, que podría aplicarse con una alta eficiencia, permitiendo un proceso en continuo y de interés industrial. La separación por fuerza electromagnética ya se ha implementado, por ejemplo, en procesos y aparatos según los documentos JP H08 60263 A, KR 20020036124 A y US 6590200 B1.Currently the only real alternative implemented at an industrial level for the elimination of iron consists of dilution with primary aluminum to reduce the content of iron and other polluting elements to values accepted by regulation, with the high economic costs that this entails. With all this the separation resorting to an electromagnetic force, as exposed in Leenov's document (Daniel Leenov, Alexander Kolin "Theory of Electromagnetophoresis. I. Magnetohydrodynamic forces experiences by spherical and Symmetrically oriented cylindrical Particles", The journal of Chemical Physics, vol. 22 N ° 4, 1954), which theoretically evaluates the effect that an electromagnetic force causes on a spherical particle, is presented as a new method capable of eliminating the presence of these impurities rich in iron or other pollutants, which could be applied with high efficiency, allowing a continuous process of industrial interest. Separation by electromagnetic force has already been implemented, for example, in processes and apparatus according to JP H08 60263 A, KR 20020036124 A and US 6590200 B1.
Existen estudios preliminares que han planteado resolver la problemática que actualmente se presenta, como son:There are preliminary studies that have proposed to solve the problem that currently arises, such as:
-procesos no continuos que se centran en utilizar fuerzas electromagnéticas creando una fuerza cilíndrica en el interior del metal y por efecto centrífugo separar las inclusiones y llevarlas a las paredes, como es el caso del documento de Yamao (Fumitaka Yamao, Kensuke Sassa et al., "Separation of Inclusions in Liquid Metal Using Fixed Alternating Magnetic Field", Tetsu-to-Hagane, vol. 83, No 1, 1997);-Non-continuous processes that focus on using electromagnetic forces creating a cylindrical force inside the metal and by centrifugal effect separating the inclusions and bringing them to the walls, as is the case in the Yamao document (Fumitaka Yamao, Kensuke Sassa et al. , "Separation of Inclusions in Liquid Metal Using Fixed Alternating Magnetic Field", Tetsu-to-Hagane, vol. 83, No 1, 1997);
-utilización de un campo magnético de alta potencia para eliminar inclusiones como el explicado en el documento de Waki (Norihisa Waki, Kensuke Sassa et al., "Magnetic Separation of Inclusions in Molten Metal Using a High Magnetic Field", Tetsu-to-Hagane, vol. 86, No6, 2000).-use of a high-power magnetic field to eliminate inclusions as explained in the Waki document (Norihisa Waki, Kensuke Sassa et al., "Magnetic Separation of Inclusions in Molten Metal Using a High Magnetic Field", Tetsu-to-Hagane , vol. 86, No6, 2000).
Ambos procesos se basan en la separación de las impurezas presentes ya en el seno del metal, debido al efecto de las fuerzas fluidodinámicas y la diferencia de densidades y no en la eliminación de elementos dañinos disueltos en el seno del metal y que, por simple efecto fluidodinámico o movimiento del metal, nunca podrán ser separados y eliminados.Both processes are based on the separation of the impurities already present within the metal, due to the effect of the fluid dynamic forces and the difference in densities, and not on the elimination of harmful elements dissolved within the metal and that, by simple effect fluid dynamics or movement of the metal can never be separated and eliminated.
El documento de Leenov refleja de manera teórica cómo realmente las fuerzas electromagnéticas pueden afectar a compuestos que pueden formarse con las impurezas a extraer del metal. Leenov's document reflects in a theoretical way how electromagnetic forces can really affect compounds that can be formed with the impurities to be extracted from the metal.
Existen sistemas electromagnéticos de trasvase de metal que ejercen fuerzas electromagnéticas sobre el metal conductor, la mayoría de ellos recurren a la utilización de electrodos que se tienen que introducir en el metal líquido para hacer pasar por ellos una corriente eléctrica, lo que tiene dos grandes inconvenientes: la nueva contaminación del metal ya que no existe ningún material metálico que soporte el efecto corrosivo del aluminio fundido, y el riesgo eléctrico y la alta necesidad de aislamiento a nivel industrial que requerirían estos dispositivos para poderlo implementar en un proceso industrial sin que haya riesgo de electrocución.There are electromagnetic systems for transferring metal that exert electromagnetic forces on the conductive metal, most of them resort to the use of electrodes that have to be inserted into the liquid metal to make an electric current pass through them, which has two major drawbacks : the new contamination of the metal since there is no metallic material that supports the corrosive effect of molten aluminum, and the electrical risk and the high need for insulation at an industrial level that these devices would require to be able to implement it in an industrial process without risk of electrocution.
Por otro lado, se conoce la utilización, también para sistemas de trasvase de metal, de las conocidas como bombas de inducción lineal que evitan el contacto con el metal y son más versátiles en cuanto a propiedades recurriendo a la utilización de corriente alterna en vez de continua, como son los sistemas con electrodos. Sin embargo, no se ha encontrado ningún antecedente de su utilización para afectar la presencia de partículas en el interior de un metal conductorOn the other hand, it is known to use, also for metal transfer systems, those known as linear induction pumps that avoid contact with the metal and are more versatile in terms of properties by resorting to the use of alternating current instead of continuous, as are electrode systems. However, no history of its use has been found to affect the presence of particles inside a conductive metal.
Con todo eso, no se conoce una divulgación de un proceso continuo y eficiente que haya sido implementado a nivel industrial.With all this, there is no known disclosure of a continuous and efficient process that has been implemented at an industrial level.
En el análisis de referencias más industriales que estén relacionadas con el sistema propuesto se ha encontrado la patente con número de publicación WO/2007/018243, que referencia a un sistema industrial de eliminación de impurezas contenidas en el metal sin recurrir a ningún tratamiento metalúrgico. Al igual que ocurre con los documentos de Yamao y Waki, este sistema nunca sería capaz de eliminar el exceso sobre norma de elementos que se encuentren disueltos en el metal ya que al encontrarse en disolución no presentan ninguna diferencia en cuanto a conductividad y por lo tanto no se ven afectados por fuerzas electromagnéticas.In the analysis of more industrial references that are related to the proposed system, the patent with publication number WO / 2007/018243 has been found, which refers to an industrial system for eliminating impurities contained in metal without resorting to any metallurgical treatment. As with the Yamao and Waki documents, this system would never be able to eliminate the excess over the norm of elements that are dissolved in the metal since when they are in solution they do not present any difference in conductivity and therefore they are not affected by electromagnetic forces.
Además también tendría la problemática asociada de la contaminación in-situ del metal, ya que el proceso se realiza en el interior de un conducto ferromagnético, por lo que todo el tiempo que el metal permanezca fundido en su interior estará sufriendo contaminación de hierro procedente de las paredes del contendedor por lo que no sólo no se soluciona la problemática sino que se empeora.In addition, it would also have the associated problem of in-situ contamination of the metal, since the process is carried out inside a ferromagnetic conduit, so that all the time that the metal remains molten inside it will be suffering from iron contamination from the walls of the container so not only is the problem not solved but it gets worse.
Por lo tanto, sigue vigente la necesidad de purificar metales contaminados con impurezas mediante una instalación y un proceso sin contacto con otros elementos metálicos, en continuo y en estado líquido. Descripción de la invención Therefore, the need to purify metals contaminated with impurities by means of an installation and a process without contact with other metallic elements, in a continuous and liquid state, continues to exist. Description of the invention
Problemas que ayuda a resolver la presente invenciónProblems that the present invention helps to solve
La presente invención es capaz de eliminar tanto impurezas exógenas, como por ejemplo óxidos previamente formados en el metal fundido, así como impurezas que se encuentran disueltas en el metal, endógenas, -siendo estas últimas las de mayor interés- y que se van a ver afectadas, las endógenas, por una primera fase metalúrgica o de tratamiento metalúrgico. Gracias a este tratamiento, las impurezas a eliminar se convertirán en nuevos compuestos cuya conductividad eléctrica va a permitir que las partículas a eliminar se vean afectadas por un campo electromagnético de forma completamente diferente al metal base.The present invention is capable of eliminating both exogenous impurities, such as oxides previously formed in the molten metal, as well as impurities that are dissolved in the metal, endogenous, -the latter being the most interesting- and that will be seen affected, endogenous, by a first metallurgical phase or metallurgical treatment. Thanks to this treatment, the impurities to be eliminated will become new compounds whose electrical conductivity will allow the particles to be eliminated to be affected by an electromagnetic field in a completely different way than the base metal.
En una segunda fase física o de tratamiento de separación se aplica una fuerza electromagnética generada por bombas de inducción lineal, produciéndose gracias a ello, un movimiento relativo entre la partícula y el metal que la contiene, lo que permite que sea un tratamiento externo, sin contacto y seguro, sin necesidad de introducir ningún componente metálico en contacto con el metal fundido evitando tanto posibles contaminaciones, como la degradación de estos elementos.In a second physical phase or separation treatment, an electromagnetic force generated by linear induction pumps is applied, thus producing a relative movement between the particle and the metal that contains it, which allows it to be an external treatment, without contact and safe, without the need to introduce any metallic component in contact with the molten metal, avoiding both possible contamination and the degradation of these elements.
El metal está contenido siempre en un canal o conducto cerámico, nunca en contacto con elementos metálicos evitando así la contaminación con utillajes durante todo el proceso.The metal is always contained in a ceramic channel or conduit, never in contact with metallic elements, thus avoiding contamination with tools throughout the process.
El procedimiento de purificado se realiza en continuo y puede ser adaptado a cualquier horno de fusión o de mantenimiento de los que habitualmente se utilizan en la industria de la fundición.The purification process is carried out continuously and can be adapted to any melting or holding furnace commonly used in the foundry industry.
Cómo lo consigue la presente invenciónHow the present invention achieves it
La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.The present invention is established and characterized in the independent claims, while the dependent claims describe other characteristics thereof.
El objeto de la invención es un procedimiento y una instalación de purificación de metales fundidos contaminados con impurezas que sea viable industrialmente. El problema técnico a resolver es configurar los elementos de la instalación y establecer las etapas del procedimiento para alcanzar el objetivo citado. La invención se basa en la capacidad de desplazar una partícula de conductividad diferente a la del metal que la contiene, metal base, con una diferencia de al menos un orden de magnitud, referido a la potencia decimal (101), debido al efecto de un campo electromagnético. Con esta cuantificación de la diferencia se quiere referir a diez veces tanto menor como mayor, dicho de otra manera, una diferencia de más/menos diez veces (±10, 10<diferencia=x-y<10 siendo “x” la conductividad de la partícula e “y” la del metal base). Por ello, el primer paso en el procedimiento consiste en transformar una impureza, fase metalúrgica o de tratamiento metalúrgico, en el caso de que dicha impureza se encuentre en disolución dentro de la matriz metálica, impureza endógena, en una partícula final de conductividad de al menos un orden de magnitud de diferencia con el metal, referido a la potencia decimal, para lo que se añade un elemento o compuesto inicial al metal fundido. Así, se consigue un compuesto intermetálico o partícula final susceptible de sufrir la acción de un campo electromagnético. Por lo tanto, el procedimiento incluye en primer lugar una fase metalúrgica o de tratamiento metalúrgico, a realizar en un horno, donde fundir y mezclar el metal a purificar con los elementos aleantes necesarios.The object of the invention is a process and an installation for the purification of molten metals contaminated with impurities that is industrially viable. The technical problem to solve is to configure the elements of the installation and establish the stages of the procedure to achieve the aforementioned objective. The invention is based on the ability to displace a particle of conductivity different from that of the metal that contains it, base metal, with a difference of at least one order of magnitude, referred to the decimal power (101), due to the effect of a electromagnetic field. With this quantification of the difference, we want to refer to ten times both smaller and larger, in other words, a difference of plus / minus ten times (± 10, 10 <difference = x and <10 with “x” being the conductivity of the particle and “y” that of the base metal). Therefore, the first step in the procedure consists of transforming an impurity, metallurgical phase or metallurgical treatment, in the event that said impurity is found in solution within the metallic matrix, endogenous impurity, into a final particle of conductivity of aluminum. minus an order of magnitude difference with the metal, referred to the decimal power, for which an initial element or compound is added to the molten metal. Thus, an intermetallic compound or final particle capable of undergoing the action of an electromagnetic field is achieved. Therefore, the process includes first of all a metallurgical or metallurgical treatment phase, to be carried out in a furnace, where the metal to be purified is melted and mixed with the necessary alloying elements.
Y una segunda fase física o de tratamiento de separación, donde se produce el campo electromagnético que actúa sobre el metal fundido y sobre las partículas de diferente conductividad eléctrica, bien sean éstas exógenas o bien sean las formadas en la anterior etapa metalúrgica, a partir de las endógenas. Una ventaja es que el procedimiento es de bajo coste pues son etapas sencillas que utilizan fuerzas generables de manera económica, por medio de bombas de inducción lineal.And a second physical phase or separation treatment, where the electromagnetic field is produced that acts on the molten metal and on the particles of different electrical conductivity, whether they are exogenous or those formed in the previous metallurgical stage, from endogenous ones. An advantage is that the procedure is low cost since they are simple steps that use forces that are economically generated by means of linear induction pumps.
Otra ventaja es que es compatible con los hornos existentes, pues la instalación produce el campo electromagnético de manera inductiva y exterior a los hornos existentes, a diferencia de los métodos que requieren la inserción de electrodos para la aplicación de corriente directa.Another advantage is that it is compatible with existing furnaces, since the installation produces the electromagnetic field inductively and external to existing furnaces, unlike the methods that require the insertion of electrodes for the application of direct current.
Otra ventaja es que el conducto por donde discurre el metal en esta instalación, es cerámico y externo al horno y, por lo tanto, sencillo de separar del mismo ante, por ejemplo, un paro por emergencia.Another advantage is that the conduit through which the metal runs in this installation is ceramic and external to the oven and, therefore, easy to separate from it in the event of an emergency stop, for example.
Otra ventaja es que el metal está constantemente contenido en canales o conductos y depósitos cerámicos, por lo que no sufre contaminación con elementos de los contenedores y utillajes metálicos, como podría ser el caso del hierro.Another advantage is that the metal is constantly contained in channels or conduits and ceramic deposits, so it does not suffer contamination with elements of the containers and metallic tools, as could be the case with iron.
Otra ventaja es que es un proceso selectivo, capaz de eliminar impurezas sin afectar al resto de elementos de la aleación del metal base, en el caso que los haya, ya que sólo influirá en aquellos elementos afectados por el tratamiento metalúrgico.Another advantage is that it is a selective process, capable of eliminating impurities without affecting the rest of the elements of the base metal alloy, if any, since it will only influence those elements affected by the metallurgical treatment.
Otra ventaja es que es capaz de trabajar en continuo de forma automática, sin más que incluir elementos comerciales utilizados en instalaciones automáticas, tales como controles, autómatas, etc.Another advantage is that it is capable of working continuously automatically, without more than including commercial elements used in automatic installations, such as controls, automatons, etc.
Otra ventaja es que las impurezas, que normalmente forman una nata o un barro, se pueden eliminar fácilmente del contenedor citado en la reivindicación 10.Another advantage is that the impurities, which normally form a cream or a mud, can be easily removed from the container mentioned in claim 10.
Otra ventaja es que puede ser diseñado en base a los requerimientos de caudal, propios de cada instalación industrial en la que sea implementado.Another advantage is that it can be designed based on the flow requirements, typical of each industrial installation in which it is implemented.
Otra ventaja es su bajo coste de mantenimiento, del mismo orden que el de los sistemas de trasvase de metal fundido.Another advantage is its low maintenance cost, in the same order as that of molten metal transfer systems.
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, y nunca limitativas de la invención.The present specification is complemented with a set of figures, illustrative of the preferred example, and never limiting of the invention.
La figura 1 representa una sección de un tramo del segundo conducto con metal fundido y una partícula sobre la que se representan las fuerzas existentes.Figure 1 represents a section of a section of the second conduit with molten metal and a particle on which the existing forces are represented.
La figura 2 muestra un esquema con los elementos de la instalación, con un primer horno de fusión y un segundo horno de tratamiento metalúrgico. Con cuadros en línea discontinua se representan los elementos para la fase de tratamiento metalúrgico (M) y para la fase de tratamiento de separación (S). La flecha curvada indica el sentido de avance del metal fundido, que es en el sentido de las agujas del reloj. Figure 2 shows a diagram with the elements of the installation, with a first melting furnace and a second metallurgical treatment furnace. The elements for the metallurgical treatment phase (M) and for the separation treatment phase (S) are represented with dashed lines. The curved arrow indicates the direction of advance of the molten metal, which is clockwise.
La figura 3 muestra un esquema de la instalación en la que el primer horno de fusión y el segundo horno de tratamiento metalúrgico de la figura 2 quedan integrados en un tercer horno de fusión y tratamiento metalúrgico.Figure 3 shows a diagram of the installation in which the first melting furnace and the second metallurgical treatment furnace of figure 2 are integrated into a third metallurgical melting and treatment furnace.
En las figuras 4, 5 y 6 se representan respectivamente fotografías al microscopio de diferentes morfologías del compuesto AlSi(FeMn): en letra china, en estrella, en polígono.Figures 4, 5 and 6 respectively represent microscopic photographs of different morphologies of the compound AlSi (FeMn): in Chinese letter, in star, in polygon.
Exposición detallada de la realización preferente de la invenciónDetailed statement of the preferred embodiment of the invention
A continuación se expone una realización de la invención con apoyo en las figuras.An embodiment of the invention is set out below with reference to the figures.
El procedimiento de purificación presentado es capaz de eliminar impurezas, endógenas y exógenas, del metal contaminado, siempre que las partículas tengan una conductividad eléctrica diferente en al menos un orden de magnitud, referido a la potencia decimal, con respecto al metal que las contiene.The purification procedure presented is capable of eliminating endogenous and exogenous impurities from the contaminated metal, provided that the particles have a different electrical conductivity by at least one order of magnitude, referred to the decimal power, with respect to the metal that contains them.
Para lograrlo, el dispositivo electromagnético (3), figuras 2 y 3, genera un campo electromagnético (B) sobre el metal con impurezas, perpendicular a una densidad de corriente (J) que se induce sobre el mismo metal en sentido longitudinal al segundo conducto (6), por el que circula, de modo que se produce una fuerza electromagnética (Fl), que según la ley de Lorentz tiene sentido perpendicular a B y J.To achieve this, the electromagnetic device (3), figures 2 and 3, generates an electromagnetic field (B) on the metal with impurities, perpendicular to a current density (J) that is induced on the same metal in the longitudinal direction of the second conduit. (6), through which it circulates, so that an electromagnetic force (F l ) is produced, which according to Lorentz's law has a sense perpendicular to B and J.
En la figura 1 se representa el diagrama de fuerzas Fl=JxB que actúa en el metal fundido.Figure 1 represents the diagram of forces F l = JxB acting on the molten metal.
La resultante de la fuerza electromagnética y las fluidodinámicas que actúan sobre una partícula contenida en el metal fundido sobre el que se aplican B y J, de conductividad eléctrica diferente en al menos un orden de magnitud, referido a la potencia decimal, con respecto al metal que las contiene, provoca un movimiento relativo de dicha partícula respecto al del metal fundido, fase de separación (S). La diferencia de conductividades eléctricas entre el metal fundido y la partícula a eliminar, determinará la magnitud y el sentido de esta fuerza resultante, pudiendo ser en el mismo sentido que la fuerza electromagnética (Fl) o contrario.The resultant of the electromagnetic force and the fluid dynamics that act on a particle contained in the molten metal on which B and J are applied, of different electrical conductivity by at least one order of magnitude, referred to the decimal power, with respect to the metal. that contains them, causes a relative movement of said particle with respect to that of the molten metal, separation phase (S). The difference in electrical conductivities between the molten metal and the particle to be eliminated will determine the magnitude and direction of this resulting force, and it can be in the same direction as the electromagnetic force (F l ) or the opposite.
En la figura 1 en círculo negro se representa la partícula y la fuerza resultante sobre ella cuando la conductividad de la partícula es menor que la del metal fundido, en cuyo caso es de sentido opuesto a la fuerza electromagnética (Fl) generada sobre el metal.In figure 1 the black circle represents the particle and the resultant force on it when the conductivity of the particle is less than that of the molten metal, in which case it is in the opposite direction to the electromagnetic force (F l ) generated on the metal. .
En el caso de que las impurezas a eliminar no presenten la diferencia de conductividad eléctrica necesaria, o se encuentren disueltas en el metal líquido, se debe recurrir a un tratamiento metalúrgico (M) que combine dichas impurezas con otros elementos transformándolos en nuevos compuestos de conductividad eléctrica diferente al metal a purificar en al menos un orden de magnitud, referido a la potencia decimal, mientras el metal aún se encuentra en estado líquido y a una temperatura óptima de trabajo.In the event that the impurities to be eliminated do not present the necessary electrical conductivity difference, or are dissolved in the liquid metal, a metallurgical treatment (M) must be used that combines said impurities with other elements, transforming them into new conductivity compounds. electrical power different from the metal to be purified by at least one order of magnitude, referred to the decimal power, while the metal is still in a liquid state and at an optimal working temperature.
Una opción para conseguir estos compuestos, es recurrir a los elementos centrados entre los grupos 4 y 7 de la tabla periódica, concretamente para la eliminación de hierro que sean manganeso o zirconio.One option to obtain these compounds is to resort to the elements centered between groups 4 and 7 of the periodic table, specifically for the elimination of iron that are manganese or zirconium.
Otro aspecto importante es la forma del compuesto final a eliminar, puesto que la fuerza resultante es mayor cuanto mayor sea la relación volumen/superficie de la impureza. Así por ejemplo, en el caso de la eliminación de hierro, al adicionar manganeso se obtiene un compuesto AlSi(FeMn) que presenta a la vez tres morfologías diferentes: en letra china (figura 4), en estrella (figura 5), en polígono (figura 6). Se ha comprobado que la configuración más ventajosa es la llamada polígono porque presenta una relación volumen/superficie mayor.Another important aspect is the form of the final compound to be removed, since the resulting force is greater the higher the volume / surface ratio of the impurity. Thus, for example, in the case of the elimination of iron, when adding manganese an AlSi compound (FeMn) is obtained that presents at the same time three different morphologies: in Chinese letter (figure 4), in star (figure 5), in polygon (figure 6). It has been found that the most advantageous configuration is the so-called polygon because it has a higher volume / surface ratio.
En la figura 2 se muestra un esquema de la instalación para la eliminación de impurezas en un metal contaminado que incluye un primer horno (1) de fusión, en el que se puede fundir dicho metal, independiente a un segundo horno (2) de tratamiento metalúrgico (M), al metal fundido se añade un elemento o compuesto inicial que se combina con la impureza para formar un compuesto intermetálico o partícula final, con la conductividad eléctrica apropiada. Ambos hornos (1,2) se conectan por un primer conducto (5) cerámico.Figure 2 shows a diagram of the installation for the removal of impurities in a contaminated metal that includes a first melting furnace (1), in which said metal can be melted, independent of a second treatment furnace (2) metallurgical (M), an initial element or compound is added to the molten metal that combines with the impurity to form an intermetallic compound or final particle, with the appropriate electrical conductivity. Both furnaces (1,2) are connected by a first ceramic conduit (5).
A continuación del segundo horno (2) se dispone un segundo conducto (6) cerámico por donde es capaz de discurrir el metal fundido, hasta el dispositivo electromagnético (3).Following the second furnace (2) there is a second ceramic conduit (6) through which the molten metal is able to flow, up to the electromagnetic device (3).
En dicho dispositivo electromagnético (3) se crea un campo electromagnético por medio de bombas de inducción lineal, cuyas líneas de campo son transversales al movimiento del fluido contenido en el segundo conducto (6). De este modo sobre la partícula final actúa una fuerza resultante (R) capaz de arrastrarla, fase de separación (S). La actuación del campo magnético se realiza por donde circula el metal fundido; por sencillez se indica el conducto correspondiente, aunque también podría ser un depósito en las proximidades del dispositivo electromagnético (3) o incluso interior al mismo.In said electromagnetic device (3) an electromagnetic field is created by means of linear induction pumps, whose field lines are transversal to the movement of the fluid contained in the second duct (6). In this way, a resultant force (R) capable of dragging it, the separation phase (S), acts on the final particle. The action of the magnetic field is carried out where the molten metal circulates; For simplicity, the corresponding conduit is indicated, although it could also be a deposit in the vicinity of the electromagnetic device (3) or even inside it.
En la figura 3 se muestra la variante de que el primer (1) y segundo horno (2) quedan integrados en un tercer horno (9) de fusión y tratamiento metalúrgico (M). Obviamente, el primer conducto (5) de conexión del primer (1) y segundo horno (2) queda eliminado.Figure 3 shows the variant that the first (1) and second furnace (2) are integrated into a third furnace (9) for melting and metallurgical treatment (M). Obviously, the first conduit (5) connecting the first (1) and second furnace (2) is eliminated.
Otra opción es, como muestran las figuras 2 y 3, que para asegurar mayores caudales y efectividad del procedimiento, la configuración incluya una bomba de impulsión (4) para asegurar el caudal requerido en caso de una instalación muy grande; del dispositivo electromagnético (3) sale un tercer conducto (7) que se conecta con dicha bomba de impulsión (4) de la que sale un cuarto conducto (8) hasta el correspondiente horno (1,9). La citada bomba de impulsión (4), aunque no se represente, puede estar en cualquier posición de la instalación, incluso dentro de cualquiera de los hornos (1,2,9), pues su función es la inherente a cualquier bomba de impulsión de impulsar el fluido que la atraviesa.Another option is, as shown in Figures 2 and 3, that to ensure higher flow rates and effectiveness of the procedure, the configuration includes a drive pump (4) to ensure the required flow in case of a very large installation; From the electromagnetic device (3) a third conduit (7) emerges that connects with said drive pump (4) from which a fourth conduit (8) emerges to the corresponding furnace (1,9). The aforementioned impulsion pump (4), although not represented, can be in any position of the installation, even inside any of the furnaces (1,2,9), since its function is inherent to any impulsion pump of drive the fluid that passes through it.
Opcionalmente, el dispositivo electromagnético (3) comprende un depósito cerámico, no representado, donde quedan acumuladas las partículas que contienen las impurezas separadas del metal fundido. Optionally, the electromagnetic device (3) comprises a ceramic deposit, not shown, where the particles containing the impurities separated from the molten metal remain accumulated.
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