FI104094B - Alumiinin raffinointijärjestelmän parannettu kuumennusjärjestely - Google Patents

Description

104094

Alumiinin raf f inointijärjestelmän parannettu kuumennus järjestely Förbättrat uppvärmningsarrangemang för aluminiumraffinerings-system

Oheisen keksinnön kohteena on laitteisto, erityisesti astia sulan alumiinin pitämiseksi ja mahdollisesti sen raffinoimisek-si. Keksinnön kohteena on erityisemmin tällaisissa laitteistoissa käytettyjen kuumennuselementtien suojaaminen.

Ulkoisesti kuumennettujen, tulenkestävällä materiaalilla vuorattujen valurauta-astioiden käyttöön raffinointiastioina alumiinia raffinoitaessa on todettu liittyvän haittana näiden astioiden rajallinen ja jossain määrin vaikeasti ennustettava elinikä. Tämä epätoivottu tilanne johtuu valurauta-astioiden pettämisestä murtumisen, pullistumisen, kloridikorroosion tai liukenemisen seurauksena. Lisäksi tällaisten valurauta-astioiden toteutukseen liittyvät rajoitteet johtavat laitteistoraken-teisiin, joiden puhdistaminen on vaikeata, mikä on toinen käytännön haitta ajatellen niiden käyttöä kaupallisissa toimenpiteissä .

Pyrittäessä poistamaan näitä haittoja päädyttiin sellaiseen · i < •yj raffinointijärjestelmään, joka käsitti tulenkestävällä materi- • ♦ · ’·*·’ aalilla vuoratun astian, jossa on pystysuoria putkimaisia uppo-« **’· kuumentimia, esimerkiksi piikarbidiputkia, joiden sisällä on • · kierremäisiä, vastukseen perustuvia kuumennuselementtejä, ja .* jotka on ripustettu raf f inointiastian kanteen. Tässä tapauksessa kuumentimien elinikä todettiin rajalliseksi ja käytän-* nössä niiden korvaaminen uusilla oli hyvin hankalaa. Kun kuu- menin petti piikarbidiputken rikkoutumisen seurauksena, niin • · · tällöin rikkoutuneen putken kappaleet saattoivat useinkin va- • · · ·'·: ·' hingoittaa pyörivää suutinta, jonka avulla kaasua injektoitiin astiassa olevaan sulaan alumiiniin. Lisäksi tällaisen järjes-telmän puhdistaminen oli hyvin hankalaa johtuen vierekkäisten kuumennusputkien välissä ja kuumennusputkien ja astian seinämien välissä sijaitsevista lukuisista koloista, joihin kuona 2 104094 pyrkii kerääntymään ja joista sen poistaminen on vaikeata tavanomaisin keinoin.

Näiden ongelmien seurauksena kehitettiin parannettu laitteisto alumiinin tai muiden sulien metallien raffinoimiseksi. Tämä laitteisto käsitti kokonaisuudessaan tulenkestävää materiaalia olevan järjestelmän, jossa kaksi vastakkaista sivuseinämää koostui kulloinkin grafiittilohkosta, jonka käsittämät sähköiset kuumennus elementit oli sijoitettu näihin grafiittilohkoi-hin tehtyihin pystysuoriin reikiin, jotka reiät olivat avoimia lohkon yläosassa ja umpinaisia sen alaosassa. Tämän järjestelmän monia erilaisia piirteitä on kuvattu Szekelyn patenttijulkaisussa US 4 040 610. Tässä järjestelmässä siis saatiin aikaan sisäinen lämmityslähde uppokuumentimien käyttöön liittyvät haitat välttäen. Todettiin, että kuumentimen elinikä piteni, eroosio väheni ja järjestelmän korjaaminen helpottui. Alumiinin pitämiseksi sulassa tilassa tämä järjestelmä käsitti astian, jossa alumiini saatiin pidetyksi sulassa tilassa, ja johon kuului sulaa metallia kestävä eristetty kuori, grafiitti-lohkoista muodostuva vuoraus kuoren sisäpinnan siinä osassa, joka joutuu sulatteen pinnan alapuolelle, sekä vähintään yksi, . . yhteen tai useampaan lohkoon sijoitettu kuumennusväline. Kun "·_· järjestelmää käytettiin alumiinin raffinointiin, se käsitti myös vähintään yhden, astiaan sijoitetun, pyörivän kaasunjake-luvälineen sekä sisäänmeno- ja ulostulovälineet sulaa metallia ja kaasuja varten.

Tällaisia grafiittikuumennuslohkoja hyväksikäyttävät tulenkestävät järjestelmät on todettu alalla edulliseksi parannukseksi : ja niitä on käytetty edullisesti kaupallisissa toimenpiteissä • · * alumiinin raffinoimiseksi. Tällaisten järjestelmien lisäparan- • · ♦ nukset ovat kuitenkin toivottavia, jotta niiden avulla voitai- • · ? si ratkaista paremmin kaupallisissa toimenpiteissä esiintyvät käytännön käyttöongelmat. Pääasiallinen vaikeus, johon tärmä- -I · tään, liittyy kuumentimien suhteellisen lyhyeen elinikään tavanomaisesti vallitsevissa käyttöolosuhteissa. Eräs tällai- nen ongelma johtuu grafiittikuumennuslohkojen, tavallisesti sen yläosan, hapettumisesta. Kun lohko alkaa hapettua yläosas- ä i: » 3 104094 taan, hapettuen sitten alaspäin tasolle, joka ulottuu käytön aikana raffinointi- tai pitoastiassa olevan metallipinnan alapuolelle, niin sula alumiini kykenee virtaamaan hapettuneen lohkon läpi kuumentimen onkaloon aiheuttaen oikosulun siihen sijoitetussa sähköisessä kuumennuselementissä. Lisäksi, kun klooria käytetään käytetyssä prosessikaasussa, niin tällöin sulassa alumiinissa muodostuneet nestemäiset kloridit voivat kulkeutua grafiittilohkon läpi ja kerääntyä kuumentimen onkalon pohjalle, aiheuttaen oikosulun onkalossa sijaitsevassa sähköisessä kuumennuselementissä. Lisäksi kuumentimien ja kuumenninliitosten korroosiota todetaan esiintyvän alumiinin raffinoinnin aikana muodostuvien, nestemäisten tai höyrymäis- " ten kloridien kulkeutuessa raffinointikammiosta grafiittiloh-kossa olevien, toisiinsa yhteydessä olevien huokosten läpi ja edelleen grafiittilohkon käsittämään kuumennusvyöhykkeeseen. Näiden, kuumentimien suhteellisen lyhyeen elinikään johtavien tekijöiden hallitseminen on merkittävä edistysaskel alumiinin pito- ja raffinointiastioiden kehityksessä.

Eräs sopiva lähestymistapa kuumentimen lyhyen eliniän välttämiseksi on julkaistu Peltonin patenttijulkaisussa US . . 4 717 126. Siinä kuvattu, tulenkestävän järjestelmän kuumennus- järjestely käsittää yhdistelmänä elementtejä, joiden tehtävänä on (1) suojata grafiittikuumennuslohko hapettumiselta ja (2) suojata lohkossa sijaitseva kuumennus elementti kloridihyök-käyksiltä. Kuumentimen vyöhykkeessä tämä kaksinkertainen teh-'•/•j tävä toteutetaan käyttämällä kuumennus elementti en metallisäi-liötä 12, jota kutsutaan ohessa kuumenninpurkiksi. Tässä Peiton: in patenttijulkaisun mukaisessa lähestymistavassa tämä kuu-j menninpurkki on tiivistetty kiinni tukilevyyn 9. Kuumenninpurk-

• I

,, kiin sijoitettu kuumennus elementti on kosketuksessa ilman • « * kanssa, jota ilmaa pääsee virtaamaan vapaasti kuumenninpurkin V « sisään. Tässä järjestelyssä kuumenninpurkki toimii kaksinker-täisenä estokerroksena, joka (1) estää kuumenninpurkissä si-jaitsevasta kuumennus vyöhykkeestä peräisin olevaa ilmaa reagoi-’··. masta sitä ympäröivän grafiittilohkon kanssa ja hapettamasta sitä, ja (2) estää grafiittilohkoon tunkeutuvaa klooria ja klo- 104094 4 rideja joutumasta kosketukseen lohkossa olevien kuumennusele-menttien kanssa ja korrodoimasta niitä.

Vaikka tätä Peltonin patenttijulkaisussa kuvattua kuumennus-järjestelyä voidaankin käyttää edullisesti grafiittilohkon hapettumisen ja grafiittilohkossa sijaitseviin kuumennusele-: mentteihin kohdistuvan kloridihyökkäyksen estämiseksi, niin kuitenkin alalla esiintyy luonnollisestikin jatkuvaa tarvetta saada aikaan parannuksia alumiinin raffinointiin. Erityisemmin, alalla esiintyy tarvetta ja alalla toivotaan alumiinin pito- ja raffinointijärjestelmien yksinkertaistamista, niistä aiheutuvia pienempiä kustannuksia ja niiden parempaa suorituskykyä. Kokonaan tulenkestävää materiaalia olevia järjestelmiä ja niissä olevien kuumennuselementtien suojausta ajatellen kuumenninpurkit ovat järjestelmän kallis lisäosa. Lisäksi, riippumatta tällaisten kuumenninpurkkien hyödyllisyydestä aiotussa sovellutuksessa, niiden käyttö pyrkii rajoittamaan sitä kuumennustehoa, joka voidaan sijoittaa käyttökelpoisesti grafiittilohkoon.

Näin ollen oheisen keksinnön tavoitteena on saada aikaan parannettu, sähköisesti kuumennettu laitteisto alumiinin pitämi- . seksi ja raffinoimiseksi.

• · · • · M I | • · · · -···’ Keksinnön toisena tavoitteena on saada aikaan yksinkertaistet- tu järjestely kuumennuselementtien sijoittamiseksi alumiinin | ’·**·* pito- ja raf f inointiastioihin kuuluviin graf iittikuumennusloh- * * i : koihin.

• · • « · * « • · · *

Oheisen keksinnön tavoitteena on edelleen saada aikaan alumii-! nin pito- ja raf f inointiastia, johon kuuluva graf iittilohko, johon sähköinen kuumennuselementti on sijoitettu, on suojattu * * * hapettumiselta ja mainittu kuumennuselementti on suojattu • · :,· : kloridihyökkäyksiltä ilman tarvetta käyttää kuumennuselement- tien metallipurkkeja.

• » » 7 «

Keksintö on määritelty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1 ja r sen edullisia piirteitä on esitetty epäitsenäisissä vaatimuk- 5 104094 sissa. Keksintö kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti.

Itse kuumennuselementtikokonaisuus on kiinnitetty grafiittiloh-kon, jonka sisään kuumennuselementit on sijoitettu, päällä olevaan kanteen.

Tulenkestävä levy on sijoitettu grafiittilohkon sisäpinnalle, astiassa olevan sulan alumiinin pinnan yläpuolelle. Yhdistämällä eri elementit tällä tavalla toistensa suhteen graafiitti-lohkon hapettuminen ja kuumennuselementteihin kohdistuvat kloridihyökkäykset voidaan estää tehokkaasti.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla vastaaviin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 on kaavamainen esitys keksinnön kohteena olevan laitteiston poikkileikkauksesta; kuvio 2 on kaavamainen, yksityiskohtainen esitys keksinnön mukaisen laitteiston erään suoritusmuodon poikkileikkauksesta; ja . .·. kuvio 3 on kaavamainen, yksityiskohtainen esitys keksinnön « 4 « « . mukaisen laitteiston toisen suoritusmuodon poikkileikkaukses- ta.

• · · • » *

Keksinnön tavoitteet saavutetaan mainitulla, elementtien kes- • · • · · ’· '· kinäisellä yhdistelmällä, jonka tehtävänä on suojata grafiit-• ♦ ♦ V * tikuumennuslohko hapettumiselta ja grafiittilohkon sisään sijoitetut kuumennuselementit kloridihyökkäykseltä käyttämättä : kuumennuselementtien metallipurkkia, jollainen on saatu aikaan edellä mainitussa Peltonin patenttijulkaisussa, US 4 717 126.

» . Keksintönä on kuumennuskokonaisuuden tiukka tiivistäminen tuki- I » i • · · levyn suhteen, joka tukilevy on kiinnitetty sulan alumiinin • · '•y’ pito- ja raffinointiastian eristettyyn kuoreen, ja joka levy "\· ulottuu sisäänpäin astian sisään grafiittilohkon yli, jossa ·;’· lohkossa olevaan aukkoon kuumennuskokonaisuus on sijoitettu.

104094 6 Tällä tavalla estetään tässä pisteessä ilman tunkeutuminen grafiittilohkossa olevaan aukkoon.

Kuumennuskokonaisuudessa tavallisesti käytetyt kuumennusele-menttijohtimet ovat Nichrome Vfem-metallia, joka on 80 paino-%: sta nikkeliä ja 20 paino-%: sta kromia koostuva lejeerinki. Kun tällaiset kuumennuselementtijohtimet laitetaan ilmakehään ja kloridihöyryjen annetaan vaikuttaa niihin, niin seurauksena on tavallisesti johtimien voimakas korroosio. Ollaan todettu, että metallin hyvin nopeaa hapettumista tapahtuu kloridien vaikutuksesta, joka tuhoaa johtimen pinnalla olevan oksidikal-von normaalisti suojaavan luonteen. Kun läsnä ei ole happea, niin tällöin ei voi luonnollisestikaan tapahtua kuumennuselementtij ohtimin hapettumista. Selvää on, että puhdas kloori kykenisi syövyttämään johtimia, jolloin muodostuisi haihtuvia metallikloridej a. Kuitenkin alumiinin raffinointiin tähtäävissä sovellutuksissa on todettu, ettei keksinnön mukaisen laitteiston toimiessa puhdasta klooria pääse grafiittilohkossa oleviin kuumenninaukkoihin, koska raffinointiin käytetty kloori reagoi nopeasti raffinointivyöhykkeessä metalliklorideja muodostaen. Tällaiset kloridit eivät yleensä vahingoita kuumen-j nuselementtien materiaalia hapen puuttuessa.

.·,·. Huomattakoon, että keksinnön kohteena on astia sulan alumiinin [ pitämiseksi riippumatta siitä, raffinoidaanko alumiini vai ei, ♦ « . . tämän astian käsittäessä eristetyn kuoren sekä pohjan ja sivu-• · · ’· ” seinämät, jotka kestävät sulaa alumiinia, astian käsittäessä • · « '·’ ‘ grafiittilohkon, joka vuoraa vähintään yhtä kuoren sisäsivusei-nämää. Grafiittilohko ulottuu ylemmäksi kuin toiminnan aikana sulatteen suunniteltu pinta astiassa, ja se on sijoitettu si- • · i : ten, että se joutuu kosketukseen astiassa olevan sulan alumii- .·) ; nin kanssa. Lohkossa on aukko, joka ulottuu lohkon yläpäästä lohkon pohjaa kohden, sitä kuitenkaan saavuttamatta. Grafiitti -lohkossa olevaan aukkoon on sijoitettu sähköinen kuumennuse-· lementti, eli sähkövastukseen perustuva kuumennus elementti, : : jota kannatetaan tässä aukossa siten, ettei se ole sähköisessä kosketuksessa grafiittilohkon kanssa. Kysymyksessä on sellainen astia ja rakenne, joka tekniikan nykytason mukaisessa käy- 7 104094 tännössä, jota on tarkasteltu edellä, on yleisesti tyydyttävä lukuunottamatta kuumentimien suhteellisen lyhyttä elinikää kaupallisessa toiminnassa käytetyissä toimintaolosuhteissa, ilman edellä mainitussa Peltonin patenttijulkaisussa kuvattua elementtien yhdistelmää, kuumenninpurkit mukaanlukien.

Seuraavassa viitataan piirustuksiin, joiden kuvio 1 esittää käytettyjen elementtien yhdistelmää, kuumenninpurkkia kuitenkaan tarvitsematta, kuumentimen eliniän pidentämiseksi ja kuu-mennuselementin suojauksen aikaansaamiseksi kloridihyökkäyksiä vastaan ilman läsnäollessa sekä grafiittilohkon suojaamiseksi hapettumiselta. Uunin kuori on esitetty numerolla 1, jonka kuoren pohjaan ja sivuseinämiin on kiinnitetty tulenkestävä eriste 2, joka kestää sulaa alumiinia. Täten eristetyn kuoren vähintään yhteen sivuseinämään on sijoitettu grafiittilohko 3, joka ulottuu ylemmäksi kuin toiminnan aikana sulatteen suunniteltu pinta 4 astiassa. Grafiittilohko 3 on sijoitettu siten, että se joutuu kosketukseen astiassa pidetyn sulan alumiinin 5 kanssa pito- tai raffinointitoimenpiteiden aikana. Grafiitti-lohkossa 3 on aukko, joka ulottuu lohkon yläpäästä 7 lohkon pohjaa 8 kohden, sitä kuitenkaan saavuttamatta.

Keksintöä käytäntöön toteutettaessa tukilevyväline 9 on kiin- T) nitetty ja tiivistetty kuoreen 1 ja se ulottuu sisäänpäin ’ astian sisään grafiittilohkon 3 yläpään 7 yläpuolella olevassa ] asemassa. Piirustuksessa esitetyssä suoritusmuodossa tukilevy '· *! 9 käsittää laippaosan 10 sisimmässä päässään helpottamaan ·<» * tämän tuki levyn 9 yhdistämistä muihin keksinnön mukaisiin elementteihin.

• « «

Keksintö käsittää tulenkestävän levyn 11, joka on sijoitettu / . grafiittilohkon 3 sisäpinnalle. Tämä tulenkestävä levy ulottuu ' ; pystysuorassa suunnassa siten, että se suojaa grafiittilohkoa 3 joutumasta kosketukseen astiassa olevan sulan alumiinin 5 pinnan yläpuolella olevassa kaasufaasissa läsnäolevan hapen kanssa. Tätä tarkoitusta varten tulenkestävän levyn 11 alapää * . * ei ulotu ainoastaan alemmaksi kuin sulan alumiinin suunniteltu pinta 4 astiassa toiminnan aikana, vaan myös alemmaksi kuin 104094 8 alumiinipinta 12 astian seisokin aikana. Tulenkestävän levyn 11 alapään on esitetty sijaitsevan tarkoituksenmukaisesti grafiittilohkossa 13 olevassa urassa. On selvää/ että mainittu tulenkestävä levy 11 ulottuu vaakasuorassa suunnassa olennaisesti kuoren 1 molemmille puolille grafiittilohkon 3 täydelliseksi suojaamiseksi.

Tulenkestävän levyn 11 yläpään on esitetty sijaitsevan tuki-levyn laippaosan 10 ja levyn 14, joka muodostaa osan astian koko kuoresta 1, välissä, niihin kiinnitettynä. Pulttivälineitä 15 on käytetty tarkoituksenmukaisesti tulenkestävän levyn 11 kiinnittämiseksi tukilevyyn 9 ja astian kuoreen.

Keksinnön tarkoituksenmukaisessa suoritusmuodossa astian kansi käsittää sähköisen kannen 16 sekä erillisen kannen 17 astiassa olevan sulan alumiinimassan 5 päällä. Sähköisen kannen 16 on esitetty liittyvän tarkoituksenmukaisesti tukilevyn 9 laip-paosaan 10 ja kuoreen 1. Kannen 17 on esitetty liittyvän tiiviisti kuoren levyyn 14. Alan asiantuntijalle on selvää, että kansi 17 voi toimia tavanomaisen kaasunj akeluvälineen kannatti -mena, jota jakeluvälinettä ei ole esitetty ja jota käytetään kaasun johtamiseksi sulaan alumiiniin raf finointiprosessin aikana.

‘ Kuumennuselementtikokonaisuuden kuumennusosa on esitetty nume- . . rolla 18, ja sen on esitetty sijaitsevan alumiinin pito- ja ’I / raffinointiprosesseissa käytetyn grafiittilohkon 3 käsittämäs-« · · '·* sä aukossa 6. Tämän kuumennusosan 18 yläpuolelle on sijoitettu kuumennuselementtikokonaisuuden eristetty osa 19, joka eris- • · tetty osa 19 on kuvattu tarkoituksenmukaisessa muodossaan eli • · * : : : toinen toistensa päällä olevina eristemateriaalirenkaina, ; jotka ulottuvat kuumennus elementti kokona! s uuden yläosaan saakka. Tähän eristettyyn osaan 19 on tehty reikiä 20, joiden läpi sähköjohdot kulkevat yhteyteen kuumennusosan 18 kanssa. On v ·' selvää, että mainitussa tukilevyssä 9 on reikä, jonka läpi kuumennus elementti kokonais uus eli kuumennusosa 18 ja eristetty osa 19 voivat tarkoituksenmukaisesti työntyä alaspäin astian sisään toiminta-asemaan. On toivottavaa, että tukilevyn 9 alla 9 104094 ja grafiittilohkon 3 päällä on ylimääräistä eristettä 21 ja että tällaista ylimääräistä eristettä laitetaan myös muualle, esimerkiksi kannen 17 alle.

Kuumennuselementtikokonaisuuden asennuslevy 22 sijaitsee tuki-levyn 9 päällä siihen tiivistettynä. Sähköjohdot 23 ja 24 alkavat kuumennuselementtikokonaisuuden asennuslevyn 22 yläpuolelta ja ulottuvat tässä asennnuslevyssä olevien reikien läpi ja edelleen kuumennuselementtikokonaisuuden eristettyyn osaan 19, mainittuun kokonaisuuteen kuuluvaan kuumennusosaan 18 liittyen. Sähköjohdot 23 ja 24 on tiivistetty sopivalla tiivistysvälineellä 25 siten, ettei ilmaa pääse ilmakehästä asennuslevyssä olevien reikien ja näihin reikiin sijoitettujen sähköjohtojen väliin muodostuvan rengasmaisen tilan ja edelleen eristetyssä osassa 19 olevan samanlaisen tilan läpi edelleen kuumennuselementtikokonaisuuden kuumennusosaan 18.

Oheisessa keksinnössä tiivistystarkoituksiin, esimerkiksi kuumennuskokonaisuuden asennuslevyn 22 tiivistämiseksi tukile-vyyn 9 ja tämän tukilevyn 9 tiivistämiseksi kuoreen 1, voidaan käyttää sopivaa, korkeita lämpötiloja kestävää silikonitiivistettä, esimerkiksi yhtiön Dow Corning RTV-tiivistettä tai muuta tällaista, kaupallisesti saatavaa tiivistekoostumusta.

Kuvio 2 esittää toista suoritusmuotoa kuumennuselementtikoko-. . naisuuden tiivistämisestä kuumentimen kansiosaan kuumenninpurk-’· *· kia käyttämättä. Tulenkestävä eriste 21 on esitetty yhdessä ‘ tukilevyn 9 kanssa, tämän tukilevyn sijaitessa eristeen päällä. Kuumennuselementtikokonaisuuden asennuslevy 22 on kiini- « « tetty ja tiivistetty tukilevyyn 9 pultti välineillä 26.

:T: .·! ; Kuumenninkokonaisuuteen kuuluvat pyöreät johdot 23 ja 24, jotka ulottuvat mainitussa asennuslevyssä 22 olevien reikien 27 ja 28 läpi grafiittikuumennuslohkoon (ei esitetty) sijoite-:.· ·' tun kuumennus elementti kokonais uuden kuumennus osaan liittyen.

: Näiden pyöreiden johtojen 23 ja 24 on esitetty myös ulottuvan kuumennuselementtikokonaisuuteen kuuluvaan eristettyyn osaan 19 tehtyjen samanakselisten aukkojen 29 ja 30 läpi, vastaavas- 104094 10 ti. Kuumentimen johdoissa 23 ja 24 on toivotulla tavalla alemmat metallikaulukset 31 ja 32, jotka on hitsattu näihin johtoihin hitsaus s aumojen 33 ja 34 avulla.

Keksinnön mukaisia tiivistystarkoituksia varten suuria lämpötiloja kestävää elastomeeria kuten silionikumia olevat läpivien-titiivisteet 35 ja 36 sijoitetaan asennuslevyssä 22 oleviin reikiin 27 ja 28, vastaavasti. Pyöreät johdot 23 ja 24, joihin on hitsattu kaulukset 31 ja 32, työnnetään näissä läpivienti-! tiivisteissä 35 ja 36 olevien reikien läpi siten, että alemmat kaulukset 31 ja 32 ovat työntyneet näiden reikien läpi, näiden läpivientitiivisteiden alapintaa vasten puristuen. Tämän jälkeen pyöreisiin johtoihin 23 ja 24, vastaavasti, laitetaan ylemmät kaulukset 37 ja 38 läpivientitiivisteiden 35 ja 36 yläpuolelle ja niitä työnnetään toivotusti hieman alaspäin siten, että ne puristavat läpivientitiivisteitä vähän kokoon. Sitten sähköliitostangot tai -ulokkeet 39 ja 40 hitsataan paikoilleen ^ pyöreisiin johtoihin 23 ja 24 hitsaussaumoilla 41 ja 42, vas taavasti, sijoittaen samalla nämä tangot ylempien kaulusten 37 ja 38 yläpintaa vasten.

: Kuumenninkokonaisuuden tällaisella tiukalla tiivistyksellä voidaan estää tehokkaasti ilman tunkeutuminen kuumenninkokonaisuuden sisään, tähän kokonaisuuteen kuuluvan grafiittikuumen-nuslohkon alueen päälle sijoitetun kannen 9 alapuolelle. Tällä | ‘ tavalla ei voi tapahtua kuumennuselementtikokonaisuuden kuu- : mennusosan hapettumista ajan kuluessa silloinkaan, kun tämän ·.· · kuumennusosan joutuminen kosketukseen grafiittikuumennuslohkon läpi kulkevien kloridihöyryjen kanssa aiheuttaa kuumennusele-menttien päällä olevan, normaalisti suojaavan oksidikalvon tu-houtumisen.

» 9 · • · « « ·

Huomattakoon, että keksinnön mukaisten tehokkaiden tiivistys -toimenpiteiden onnistuminen riippuu sellaisen materiaalin saa-tavuudesta, jolla kyseiset elementit voidaan tiivistää alumii-nin pito- ja raffinointiprosessissa käytetyissä toimintaolosuh- l i i i teissä. Lämpötila siinä alueessa, jossa johdot kulkevat asen-nuslevyn läpi, mitattiin tavanomaisen astian tapauksessa, 11 104094 jossa käytetään edellä mainittua edullista kuumenninjohdinma-teriaalia, kuumennusjärjestelmän toimiessa täydellä teholla.

Toimintalämpötiläksi todettiin 140 ' C. Tämä lämpötila on huomattavasti pienempi kuin olemassa olevien, kaupallisesti saatavien, vain vähän kokoonpuristuvien silikonikumien suurin sallittu käyttölämpötila eli 260 *C, joita silikonikumeja käyte tään toivotusti suuria lämpötiloja kestävinä elastomeereina läpivienti tiivisteiden valmistamiseksi.

Kuumenninelementtien paikoilleensijoittamisen ja poistamisen helpottamiseksi ja eristeen, jonka läpi kuumennuselementit työnnetään, vaurioitumisen estämiseksi on toivottavaa varustaa kuumenninkokonaisuus saattoistukalla, kuten kuviossa 3 on esitetty. Grafiittikuumennuslohko 3 ja sen käsittämä eriste 21 ja päälle sijoitettu tukilevy 9 sekä kuumenninkokonaisuuden asen-nuslevy 22 ja muu osa kuumenninkokonaisuudesta ovat kuviossa 2 esitetyn suoritusmuodon mukaisia. Saattoistukka 43 ja siihen hitsaussaumalla 45 hitsattu laippa 44 kiinnitetään ja tiivistetään tukilevyyn 9. Asennuslevy 22, johon kuumennuselementti on kiinnitetty ja tiivistetty, asennetaan laippaan 44 ja tiivistetään sen suhteen. Tämä saattoistukka 43 ulottuu alaspäin ja toimii eristyksen 21 sisäpeitteenä, edullisesti sen koko syvyydeltä. Kuten kuviossa 3 on esitetty, saattoistukka 43 ulottuu tarkoituksenmukaisesti alaspäin grafiittilohkon 3 ylimmän osan alapuolelle, sijoittuakseen siinä olevaan 47 syvennykseen. Kun * kuumenninkokonaisuus sijoitetaan astiaan tai kun se otetaan ’· astiasta pois, saattoistukan 43 tehtävänä on helpottaa kokonai-

• M

·*.' * suuden liikkumista eristetyn vyöhykkeen läpi siten, etteivät kuumennuselementit joudu lainkaan kosketukseen eristyksen 21 ; \* sisäseinämän kanssa, jolloin eristystä suojataan vaurioilta :Y: kuumennuselementtien paikoilleensijoituksen tai poistamisen .* . aikana elementtejä huollettaessa tai vaihdettaessa.

• · *

Kuumenninpurkin poisjäämiseen keksintöä toteutettaessa liittyy : . ; kaksi etua. Ilmeisin etu, joka on mainittu jo edellä, on kuu-menninpurkista johtuvien suhteellisen suurten kustannusten • I » välttäminen. Tätäkin huomattavampi etu on kyky käyttää suuri- 104094 12 tehoisempia kuumentimia keksintöä toteutettaessa. Kuumennin-johtimen tietyn suurimman lämpötilan tapauksessa saatava hyöty-teho on suurempi kuumennuselementin ja grafiittilohkon välisen säteilyvarjostimen eliminoituessa, kun kuumenninpurkki jää pois. Niinpä vain yksi säteilylämmön siirto, eli kuumentimesta lohkoon, tarvitaan aikaisemman kahden säteilylämmön siirron sijasta, eli kuumentimesta kuumenninpurkkiin ja kuumenninpur-kista grafiittilohkoon.

Huomattakoon, että jos nestemäisiä klorideja keräytyisi toimintajakson aikana grafiittilohkossa olevan kuumenninaukon pohjalle, niin tällöin nämä kloridit joutuisivat kosketukseen kuumennuselementtien kanssa niissä oikosulun aiheuttaen, sillä mainitut nestemäiset kloridit ovat sähköä johtavia. Alan asiantuntujalle on selvää, ettei keksintöä voida käyttää tällaisissa olosuhteissa. Vaikka tämän epätoivotun ilmiön esiintyminen onkin hyvin epätodennäköistä useimmissa alumiinin raffinointitoimenpiteissä, niin kuitenkin sen esiintyminen olisi mitä todennäköisintä siinä tapauksessa, että huomattavia kloorimääriä täytyisi käyttää alkalimetallien poistamiseen, erityisesti pitkäaikaisissa jatkuvissa valuprosesseissa.

Alan asiantuntijalle on selvää, että keksinnön yksityiskohtiin voidaan tehdä lukuisia muutoksia ja muokkauksia keksinnön puitteista tällöin kuitenkaan poikkeamatta, jotka puitteet on määritelty liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa. Vaikka « · V': erityinen nikkeli-kromi-lejeerinki onkin kuvattu edellä kuumen- »i» ·'.·* ' nuselementtien edulliseksi materiaaliksi, niin käyttökelpoisia ovat kuitenkin myös muut, nikkelipohjaiset tai muut erityiset, :\! korkeita lämpötiloja kestävät lejeeringit, kuten rautapohjai-set lejeeringit. Kuten edellä on mainittu, tällaisia materiaa- / t leja käytettäessä suojaava oksidikerros muodostuu kuumennusele-* * * menttien pinnalle. Vaikka kloridihöyryt tuhoavatkin oksidikal- »II'· ' ' von normaalisti suojaavan luonteen, tällä tavalla hyvin nopean hapettumisen mahdollistaen, niin kloridihöyryjen kanssa koske-tuksessa olevien kuumenni n j ohti mi en vakava eroosio ilman läsnäollessa vältetään kuitenkin käyttämällä keksinnön mukaista 13 104094 tiivistysvälinettä, joka estää hapen pääsyn kuumennus elementteihin täten tällaisen hapettumisen estäen.

Huomattakoon, että raffinointiprosesseissa käytetty kaasunja-keluväline voi olla mikä tahansa alalla tähän tarkoitukseen tunnettu väline, joka on tarkoituksenmukainen aiotussa sovellutuksessa. Tähän tarkoitukseen käytetään tavallisesti pyörivää kaasunjakeluvälinettä, jossa käytetään esimerkiksi akseli-käyttöistä pyörivää roottoria.

Vaikka keksinnön mukaisessa laitteistossa voidaankin käyttää mitä tahansa tarkoituksenmukaista valmistusmateriaalia, niin huomautettakoon kuitenkin, että tulenkestävä levy on edullisesti keraamikuituvahvisteista rakennealumiinioksidia, jota on saatavana oheisen keksinnön toteutuksen kannalta tarkoituksenmukaisina levyinä. Esimerkkinä tällaisesta kaupallisesti saatavasta levymateriaalista voidaan mainita tulenkestävä ZIRCARtm-levytyyppi 100, jonka ominaisuudet pysyvät käyttökelpoisina lämpötilaan 2400 'F (noin 1316 *C) saakka, ja jota markkinoi yhtiö Zircar Products, Inc. Näiden levyjen, jotka käsittävät noin 75 % alumiinioksidia (AI2O3), 16 % piidioksidia ja 9 % muita metallioksideja, taivutus- ja puristuslujuudet ovat hyvin edulliset, ollen suuria lämpötiloja sietävien muovien alueella, mutta nämä materiaalit säilyttävät kuitenkin lujuutensa ja käyttökelpoisuutensa lämpötiloissa, jotka ylittävät • « . , huomattavasti tavanomaisten muovien suurimmat mahdolliset käyt-tölämpötilat.

4 · · * ·

Huomattakoon, että kuumennuselementtejä vaihdettaessa ilman • · annetaan päästä kosketukseen kuumenninlohkon ja kuumennusele-i \ : menttien kanssa lyhyen ajanjakson ajan. Kuumentimen pitempi . elinikä voi olla kohtuudella odotettavissa esimerkiksi käytet-

< « I

; täessä kuumennus elementtien pienempiä lämpötiloja tietyllä 1(11 , tehotasolla, jolloin kuumennuselementtejä on vaihdettava har-v ·' vemmin. Keksintöä käytäntöön toteutettaessa ei ole kohtuutonta odottaa, että kuumennuselementtejä ei tarvitse vaihtaa ehkä lainkaan alumiinin pito- ja raffinointiprosessissa käytetyn tu- 14 104094 lenkestävän järjestelmän tyypillisen käyttökelpoisen eliniän aikana.

Keksinnön tavoitteena on edistää alumiinin raffinoinnin alaa. Grafiittikuumenninlohkojen erittäin toivottavalla käytöllä keksinnössä saadaan aikaan lohkon sisällä sijaitsevien kuumenti-mien tarkoituksenmukainen, tehokas ja onnistunut suojaus. Tällä tavalla keksintö parantaa edelleen erittäin toivottavaa, käytännön kaupallisissa alumiinin raffinointiprosesseissa sovellettua, grafiittikuumenninlohkoon perustuvaa lähestymistapaa.

• v • · * · f * <i

• V

• f · « · * · · • « ·

« IV

t n mc • « · • · t · • · · « tr • iiri « i « »Il « « * w

i i I

Claims (14)

104094

1. Astia, joka on sovitettu sulan alumiinin pitämiseen, riippumatta siitä, raffinoidaanko alumiini vai ei, ja joka käsittää eristetyn kuoren (1, 2), jonka pohja ja sivuseinämät kestävät sulaa alumiinia; vuorauksena toimivan grafiittilohkon (3) vähintään yhden, mainittuun kuoreen kuuluvan sivuseinämän päällä, jolloin gra-fiittilohko ulottuu ylemmäksi kuin sulan alumiinin (5) suunnit-telupinta (4) astiassa sen toiminnan aikana, jolloin grafiitti-lohko (3) sijaitsee siten, että se joutuu kosketukseen astiassa olevan sulan alumiinin (5) kanssa, ja grafiittilohkon (3) käsittäessä aukon (6) , joka ulottuu lohkon yläpäästä pohjaa (8) kohden, sitä kuitenkaan saavuttamatta; levyn (9) muodossa olevat tukivälineet, jotka on kiinnitetty mainittuun kuoreen (1, 2) ja ulottuvat sisäänpäin astian sisään grafiittilohkon (3) yläpuolella olevassa kohdassa; kuumennuselementtikokonaisuuden, joka on sijoitettu grafiitti-lohkossa (3) olevaan aukkoon (6) , ja jota kannatetaan tuki-: . levyllä (9) ilman sähköistä kosketusta grafiittilohkon (3) kanssa; ' sähköjohtoja (23, 24), jotka on sovitettu yhdistettäviksi kuumennuselementtikokonaisuuden kuumennusosaan (18); ja tulenkestävän levyn (11), joka on sijoitettu grafiittilohkon • · (3) sisäpinnalle ja joka ulottuu pystysuunnassa ja kehän suun- • · · '·/· · nassa siten, että se suojaa grafiittilohkoa (3) kosketuksesta astiassa olevan sulan alumiinin seisokkitason (12) yläpuolella olevan kaasufaasin sisältämän hapen kanssa, tulenkestävän levyn (11) yläpään ollessa kiinnitettynä tukilevyyn (9) , • # tunnettu siitä, että mainittu kuummennuselementtikokonaisuus on asennettu grafiitti- * * lohkon aukkoon (6) kuumennuspurkkia käyttämättä ja siihen ··· sisältyy kuumennuselementtikokonaisuuden asennuslevy (22) , « f · · ;'. j joka on kiinnitetty ja tiivistetty tukilevyyn (9) , ja jossa on • · aukkovälineet (27, 28) sähköjohtojen (23, 24) viemiseksi levyn läpi, jolloin mainitut johdot ulottuvat kuumenninkokonaisuuden 104094 asennuslevyn (22) yläpuolelta; ja että astia edelleen käsittää tiivistysvälineet (25, 35, 36) , jotka on sovitettu ilman pääsyn estämiseksi mainittujen sähköjohtojen (23, 24) ja mainittujen aukkovälineiden (27, 28) väliin muodostuvan rengasmaisen tilan läpi sähköjohtojen ollessa sijoitettuna siihen; jolloin grafiittilohkon (3) hapettuminen ja kuumennuselementin korroosio ilman ja kloridihöyryjen yhteisvaikutuksen seurauksena on tehokkaasti estetty.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu j siitä, että sähköjohdot käsittävät kaksi erillistä johtoa (23, 24. ja että kuumennuskokonaisuuden asennuslevyssä olevat aukko-välineet käsittävät erilliset aukot (27, 28) kutakin sähkö johtoa varten.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siihen sisältyy alemmat kaulusvälineet (31, 32) , jotka on sovitettu johtovälineisiin (23, 24) ja kuumennus- kokonaisuuden asennuslevyn (22) alapuolelle sellaiseen asemaan, että ne joutuvat kosketukseen tiivistysvälineiden (35, : f·, 36) alapinnan kanssa ja kuumennuselementtikokonaisuuden ylim- • · « "V män eristetyn osan kanssa, alempien kaulusvälineiden käsit- täessä aukkovälineet johtojen viemiseksi niiden läpi.

• · · • * 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnettu s : ! *. *: siitä, että siihen sisältyy ylemmät kaulusvälineet (37, 38) , • « · V * jotka on sijoitettu kuumennuselementtikokonaisuuden asennus- levyn (22) yläpuolelle siten, että ne joutuvat kosketukseen tiivistysvälineiden (35, 36) yläpinnan kanssa, jolloin ylem- missä kaulusvälineissä on aukkovälineet johtojen (23, 24) * . viemiseksi niiden läpi. « · »«ti

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu ·;· siitä, että se käsittää sähköliitosulokkeita (39, 40) , jotka tili • *·tj on liitetty johtoihin (23, 24) ylempien kaulusvälineiden (37, 38. yläpuolella. 104094

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sähköliitosulokkeet (39, 40) on liitetty tiivistys-välineitä (35, 36) hieman kokoonpuristavaan asemaan.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tiivistysvälineet käsittävät korkeita lämpötiloja kestävää elastomeeria olevat läpivientitiivisteet (35, 36).

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tulenkestävä levy (11) on kiinnitetty yläpäästään tukivälineiden (9) ja osan kuoresta käsittävän metallilevyn (14) väliin, tulenkestävän levyn alapään ulottuessa alemmaksi kuin astiassa olevan sulatteen suunniteltu alapinta (12) seisokin aikana.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tulenkestävän levyn (11) alapää on sijoitettu grafiittilohkossa (3) olevan loven (13) puitteisiin.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu . siitä, että siihen sisältyy eristevälineet (21), jotka on sijoitettu tukivälineiden (9) ja grafiittilohkon (3) yläpään 4. i väliin, ja siihen sisältyy aukkovälineet. * I 4 ’ 1

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu • · siitä, että tukivälineet (9) käsittävät sisäpäässään ylöspäin • · · · ulottuvan laippaosan (10) , jolloin tämä laippaosa ja kuoren osan käsittävä metallilevy (14) on kiinnitetty yhteen siten, I’·.. että tulenkestävän levyn (11) yläpää sijoittuu niiden väliin. * * t

• « · • · • 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu ’ siitä, että siihen sisältyy kaasunjakeluvälineet kaasun injek-' ' toimiseksi sulaan alumiiniin astian puitteissa. 4. f

· : 13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnet - t u siitä, että se käsittää aukkovälineiden sisäpinnalle sijoitetut istukkavälineet (43) mainittujen eristevälineiden 104094 (21) suojaamiseksi, kun kuumenninkokonaisuus kulkee grafiitti-lohkossa (3) olevaan aukkoon (6) tai siitä pois.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnet -t u siitä, että siihen sisältyy laippavälineet (44) mainittujen istukkavälineiden (43) kiinnittämiseksi tukivälineisiin (9) . « f · « • · i I I I I IH • I II • t I I I t · f « » I I I « • < • · • · · • · · • f • · · • S f • · « « * « • · • 4 9 • M • · · • « • · r Ί « I I • i • « i 1 « i ► i 1 · • · · • f · • · 104094