FI71769C - Anordning och foerfarande foer faerskning av ett metallbad innehaollande kylande aemnen. - Google Patents

Description

1 71769

Laite ja menetelmä kiinteitä jäähdyttäviä aineita sisältävän metallikylvyn meliottamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite suuria 5 määriä jäähdyttäviä, kiinteitä aineita, varsinkin romua sisältävän metallikylvyn mellottamiseksi.

Tunnetaan useita tapoja lisätä rautaromun panos-tuskapasiteettia mellotusmenetelmässä. Voidaan esimerkiksi esikuumentaa romu, mihin tarvitaan lämpölähde, ku-10 ten raskaalla polttoöljyllä toimiva kaasupoltin tai hienompi mutta myös kalliimpi plasmapoltin.

Toinen tapa on sisällyttää metalliin sitä mello-tettaessa aineita, varsinkin hiiltä, jotka aineet reagoivat mellotushapen kanssa vapauttaen samalla happea.

15 Hiilen syöttö upotetulla suuttimella ja inertin kaasujohtimen avulla on yksi mahdollisuus, joka on hylättävä, koska on vaikeata suunnitella sellaista toimenpidettä, joka tapahtuisi samanaikaisesti mellotuksen kanssa. Mitä tulee hiilen johtamiseen konvertterin poh-20 jalla sijaitsevien hormien kautta, on syytä panna merkille, että näiden johtojen sulkeutumisen estämiseksi täytyy toimenpanna jatkuva runsas kantokaasun syöttö, mikä muodostaa ongelmia sulan metallin jäähdyttämisessä. Metallin jäähdytys kantokaasulla ei ole luonteeltaan sel-25 laista, että se suosisi hiilen liukenemista metalliin, mikä on selvästi lämpöä sitova reaktio.

Metallikylpyjä on myös yritetty hiilettää lisäämällä hiili ylhäällä. Siten esim. FR-patentti 79.16626 kuvaa menelmää, jonka mukaan kylvyn pinnalle puhalletaan kal-30 siumkarbidia käyttämällä mellotushappea hiilen kuljetti-mena. Hiilen raekoko on 0,01 - 1 mm. Tällöin osoittautuu todeksi, että hapen avulla kulkeutunut karbidi ei hapetu, mikä voi olla yllättävää ja tämän julkaisun tekijät pitävät syynä sitä, että karbidia sisältävän happisuihkun pai-35 ne alenee sen poistuessa suuttimesta ja samanaikaisesti se jäähtyy voimakkaasti.

71769

Karbidit ovat kemiallisia yhdisteitä, joita saadaan reaktioissa, jotta kuluttavat suuret määrät energiaa sillä seurauksella, että metallin hiiletyksen, jonka tarkoituksena on saavuttaa hyötyä energiatasolla, 5 pitäisi sulkea käytöstä pois sellaiset aineet kuin karbidit.

Siitä johtuen olisi loogista käyttää hiiltä antrasiitin, koksimurskan tai muiden sopivien hiilipitois-ten aineiden muodossa. Mutta tässä tapauksessa olisi epä-10 todennäköistä, että sisäänpuhallus voitaisiin suorittaa sellaisella tavalla, joka on kuvattu FR-patenttihakemuk-sessa 79.16626 ilman hiilen hapettumista ja ilman että hapettuminen tapahtuisi kiivaasti palaen ja olisi tuhoisa mitä tulee puhallussuuttimeen, piipun jäähdytyssystee,-15 miin ja astian vuoraukseen. Lisäksi on otettava huomioon että kuona vaahdottuu erittäin nopeasti, kun puhalletaan samanaikaisesti hiiltä ja happea ja sen seurauksena on ylikiehumisen ja räiskymisen vaara.

Keksinnön tavoitteena on siis aikaansaada menetel-20 mä ja laitteisto sellaisen metallin mellotukseen, joka metalli sisältää suurehkoja määriä rautaromua ja jossa luodaan tarvittava energia kiinteän metallin sulattamisek-si lisäämällä hiiltä ja tämä suoritetaan välttäen toisaalta hiilen käyttöä kalliissa muodossa ja toisaalta sekun-25 dääristen häiritsevien tekijöiden kuten kuonan vaahtoamis- ta lisäämisen aikana.

Tämä tavoite saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jonka mukaan mellotus suoritetaan puhaltamalla happea kylvyn pinnalle yläkautta ja jolle menetelmälle on 30 tunnusomaista, että kylpyyn syötetään pölymäistä hiiltä suspendoituna inerttiin kaasusuihkun ja mainittu suihku johdetaan pystysuorassa kylvyn pinnalle nopeudella 1,5 - 2,5 Mach ja että samanaikaisesti kylpyyn ruiskutetaan, astian pohjalla sijaitsevien läpäisevien elementtien 33 kautta riittävä määrä inerttiä kaasua, mikä estää kuonan vaahtomisen sisäänpuhalletun hiilen vaikutuksesta.

71769

Keksinnön mukaan kylvyn pinnalle puhallettu happi koostuu toisaalta ainakin yhdestä kovasta suihkusta, joka johdetaan kylpyyn kulmassa 5 - 20° suhteessa hiili/inertti kaasusuihkuun ja yhtä suurella nopeudella so. 1,5 - 2,5 5 Mach ja toisaalta ainakin yhdestä pehmeästä suihkusta, jonka nopeus on suunnilleen 0,8 - 1,5 Mach ja jonka akseli on 25 - 60°:en kulmassa suhteessa kovan happisuihkun akseliin. Koska tämän kovan suihkun tarkoituksena on aikaansaada varsinainen mellotus, on tärkeää, että se joh-10 detaan kylpyyn kulmassa, joka on melko pieni, mikä takaa hapen tunkeutumisen kylpyyn, kun taas pehmeän suihkun tarkoituksena on jakaa happi koko kylvyn pinnalle, keski-vyöhykettä lukuunottamatta, jotta happisuihku saisi aikaan hiilimonoksidin jälkipolton, joka hiilimonoksidi on 15 muodostunut mellotuksen aikana hiilen hapettuessa ja hiili on sen seurauksena vapautunut pintaan.

Siten kovat happisuhkut tulevat sekä ylhäältä että toisaalta pystysuorasta keskisuihkusta, joka koostuu inertistä kaasusta ja hiilestä. Eräs suositeltava keksin-20 non mukaisen menetelmän suoritustapa on se, että käyte tään neljää kovaa suihkua, jotka muodostavat verhon keskimmäisen hiiletyssuihkun ympärille.

Puhalluslaitteen ulosmenoaukon kohdalla inertti-kaasusuihkussa olevan hiilen samoin kuin inerttikaasun 25 paine laskee voimakkaasti, mikä voidaan varmistaa varus tamalla laitteen pää suuttimilla, jossa on ensin suppeneva osa ja sen jälkeen laajeneva osa. Koska suihkun nopeus on 2 Mach, hiilihiukkaset ovat puhallussuuttimen ulosmenoaukon ja kylvyn pinnan välissä ainoastaan noin 0,2 se-30 kunnin aikana; hiukkasten lämpötila laskee ulosmenoaukon kohdalla. Inertin kuljetuskaasun, tapahtuman lyhyen keston ja alhaisen lämpötilan ansiosta vältetään käytännöllisesti katsoen hiilen liian aikainen hapettuminen.

Keksinnön mukaan mellotuksen aikana kylvyn pin- 3 35 nalle ruiskutetaan 0 - 0,3 Nm inerttiä kaasua minuuttia ja metallitonnia kohden. Siten vältetään voimakas kaasun 4 71769 vapautuminen hiilen osuman aikana kuonan ja metallin pinnalle, minkä seurauksena olisi vaahdon muodostuminen. Itse asiassa vaahtomainen kuona vastustaisi toisaalta hiilen tunkeutumista kylpyyn ja toisaalta vaahtomaisen 5 kuonan paksu kerros estäisi lämpöenergian leviämisen metalliin. Hiilimonoksidin jälkipoltto kylvyn yläpuolella tuottaa lämpöenergiaa.

Voidaan todistaa, että astian pohjalta tulevan inerttikaasusuihkun puuttuessa metallin absorptio hiiles-10 tä häiriintyy suuresti. Tästä seurauksena ei ole ainoas taan liuenneen hiilen huono saanto, jota hiiltä käytetään tuottamaan lämpöenergiaa itse kylpyyn, vaan seurauksena on myös hiilen täydellinen kylvyn yläpuolella palaminen, mikä voi rikkoa puhalluslaitteen ja jopa piipun jäähdytys-15 järjestelmän.

Ruiskutetun hiilen hiilihiukkasten raekoosta 90% on läpimitaltaan edullisesti pienempi kuin 1 mm.

Puhalluslaitteen rooli on monisäikeinen, silloin kun sitä käytetään mellotusmenetelmän puitteissa siten, 20 kun on kuvattu. Itse asiassa hapen täytyy toisaalta tun keutua kylpyyn, jotta melotus tapahtuisi ja toisaalta sen täytyy jakautua kylvyn päälle, jotta vapautuneen hiilimonoksidin jälkipoltto tapahtuisi. Lisäksi täytyy varmistautua siitä, että jälkipolton happi johdetaan kylvyn pin-25 nalle sellaisella tavalla, että hiilimonoksidin jälkipoltto tapahtuu pinnan läheisyydessä eikä ylemmillä alueilla, missä vapautunut energia ei hyödyttäisi lisättyjen jäähdy-tysaineiden sulamista, vaan asettaisi vaaraan itse suutti-men kuten myös mahdollisesti astian piipun jäähdytys-30 systeemin. Lisäksi suuttimessa täytyy tietysti olla väli neet, jotka varmistavat sen, että millään hetkellä ei synny kosketusta hiilen ja hapen välillä, eikä myöskään suut-timen rungossa, eikä, mikäli mahdollista, myöskään matkalla suuttimen pään ja kylvyn pinnan välillä.

35 Jälkipolton happi voidaan tuottaa esim. happi- 5 71 769 puhalluksessa, joka on jaettu suihkuryhmiin, jotka peittävät selvästi kaarenmuotoisen vyöhykkeen, joka peittää jatkuvasti suurimman mahdollisen osan kylvyn pinnasta.

Tämä tekniikan soveltamisessa on tunnettua, että käytetään 5 suuttimia, jotka käsittävät useita hormeja, jotka on taivu tettu suhteessa suuttimen akseliin.

Mitä tulee mellotushappeen, se voidaan tuottaa sellaisten hormien kautta, jotka ovat kaltevuudeltaan 5 - 20° suhteessa suuttimen akseliin, kun taas kukin 10 hormi, joka on tarkoitettu tuottamaan jälkipolton happi, voi olla 25 - 60°:en kaltevuuskulmassa suhteessa vieressä olevaan mellotushappihormin akseliin.

Inerttiin kaasuun suspendoitu hiili suihkutetaan keksinnön mukaan sen hormin läpi, joka hormi on sovitettu 15 puhalluslaitteen akselille. Siten hiili johdetaan kylvyn pinnan keskiosaan kylmässä tilassa ja ääntä nopeammin.

Jos halutaan käyttää vain yhtä puhalluslaitetta hapen ja hiilen syöttämiseksi kylpyyn, täytyy tietenkin ryhtyä toimenpiteisiin vahinkojen välttämiseksi. Suuttimen 20 akseliputken läpi puhalletulla hiilellä on suuri kulutus- voima, myös mitä tulee erityisteräksiin. Siten on olemassa vaara, että keskushormin seinämät kuluvat ja että tapahtuu vuotoja. Siinä tapauksessa räjähdys on todennäköinen.

Tämän välttämiseksi, keksinnön mukaan keskushormi 25 on varustettu metallisuojuksella, joka on täytetty jääh dytysnesteellä ja joka sisältää paineenvalvontajärjestelmän. Jos väliseinä kuluu tai rikkoutuu, laite rekisteröi paine-häviöt ja välittää sopivan määräyksen turvajärjestelmälle s.o. kytkimelle, joka on integroitu puhallussuuttimen oh-30 jauspiiriin ja joka pysäyttää toimenpiteet, jotta vahin goittunut osa voitaisiin vaihtaa uuteen.

Muut tyypilliset piirteet ja edut käyvät ilmi piirrosten kuvauksista, jotka piirrokset esittävät mahdollista keksinnön mukaisen laitteen toteutusmuotoa.

35 Kuvio 1. esittää poikkileikkausta suuttimen päästä, 71769 kun taas kuvio 2. esittää poikkileikkauksen saman suut-timen rungosta.

Kuten kuviosta 1 käy ilmi, keskushormi käsittää suppenevan osan (10), kanavan (11) ja laajenevan osan 5 (12). Jotta suuttimen suuaukosta saataisiin hieno suihku, on havaittu, että tarvitaan hormi, jonka suppenevalla osalla (10), kanavalla (11) ja laajenevalla osalla (12) on erityiset mitat.

Siten laajenevan osan (12) pituus (H; 0 - 1), 10 kanavan (11) pituus (C; 1-2) ja suppenevan osan pituus (L; 2-3) ovat huomattavan suuria, kuten myös suppenevan osan (10) sisääntuloaukon (D) ja ulosmenoaukon (d) halkaisijat.

Hiiletyssuihkun koostumus, joka on tärkeä keksin-15 nön mukaisen menetelmän onnistumiselle, voidaan optimoida, mikä tarkoittaa sitä, että voidaan varmistaa hiilen tunkeutuminen kuonan läpi metallikylvyssä keskushormin muodon avulla. Sen tähden kanavan (11) pituuden (C) on oltava ainakin kaksi kertaa sen läpimitta (d), joka on samalla 20 suppenevan osan (10) ulosmenoaukon läpimitta. Tämä pitkän omainen kanava suhteessa klassisten ruiskutusputkien muotoon antaa odotettuja etuja sillä ehdolla, että noudatetaan pituuden ja kanavan halkaisijan välistä suhdetta suppenevan osan (10) relevanttien mittojen suhteen, kaavan D/d = 25 1 + K . L/C mukaan, jossa K:n arvon on oltava suurempi kuin 2.

Lisäksi on aihetta harkita laajenevan osan (12) pituutta (H), jonka täytyy olla niin suuri kuin K:n arvo samassa kaavassa, jossa sitä pidetään kanavan (11) ja laaje-30 nevan osan (12) kokonaispituutena (C+H) kaavan D/d = 1 + K.

L/(C+H) mukaan, jossa se on suurempi kuin 3.5.

Laajenevan osan (12) ulosmenoaukon poikkileikkaus-leveys ei kuitenkaan vaikuta suihkun muotoon, joten kek-35 sinnön mukaisen laitteen päässä tapahtuvat heikot vaihtelut eivät vaikuta välttämättä suihkun muotoon.

71 769 7

Kuviossa 2 nähdään johdot, jotka johtavat suut-timen päähän sovitettuihin hormeihin ja jotka kuljettavat jäähdytysnestettä. Johdossa (1), joka johtaa keskihormiin on suojus (0), jossa neste on paineen alaisena. Tätä 5 painetta valvoo siihen soveltuva mittauslaite, jota ei ole esitetty. Mittauslaite on yhdistetty kytkimeen, joka on integroitu suuttimen ohjauspiiriin.

Jäähdytysneste, normaalisti vesi, kulkee johtoja (20, 21) pitkin.

Claims (10)

71769

1. Menetelmä metallikylvyn mellottamiseksi, joka me-tallikylpy sisältää runsaasti kiinteitä jäähdytysaineita, 5 erityisesti rautaromua, puhaltamalla happea ylhäältä kylvyn pinnalle, tunnettu siitä, että kylpyyn syötetään inerttiin kaasusuihkuun suspendoitua pölymäistä hiiltä ja mainittu suihku johdetaan pystysuorasti kylvyn pinnalle nopeudella 1,5 - 2,5 Mach, ja että kylpyyn ruiskutetaan saman-10 aikaisesti riittävä määrä inerttiä kaasua, astian pohjassa olevien läpäisevien elementtien kautta, mikä estää sisään-puhalletun hiilen aiheuttaman kuonan vaahtoamisen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kylvyn pinnalle puhallettu happi 15 koostuu toisaalta ainakin yhdestä kovasta suihkusta, joka johdetaan kylvyn päälle 5 - 20°:een kulmassa suhteessa hiili/neutraali kaasusuihku ja jonka nopeus on 1,5 - 2,5 Mach, ja toisaalta ainakin yhdestä pehmeästä suihkusta, jonka nopeus on noin 0,8 - 1,5 Mach ja jonka akseli on 20 25 - 60°:een kulmassa suhteessa happisuihkun akseliin.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keskeisen pystysuoran hiiletys-suihkun ympärille sovitetaan edullisesti neljä kovaa mello-tushappisuihkua ja samansuuruinen tai suurempi määrä jälki- 25 polttohapen pehmeitä suihkuja.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suuttimen pää sovitetaan sellaiselle etäisyydelle kylvyn pinnasta, että hiilen vapaan matkan kestoaika on suuruusluokkaa 0,02 sekuntia.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että käytetään hiilipitoista ainetta, jonka raekoko on sellainen, että vähintään 90 % hiukkasista on halkaisijaltaan pienempi kuin 1 mm.

6. Laite patenttivaatimusten 1-5 mukaisen menetelmän 35 toteuttamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää pystysuoran keskushormin (1), jossa hiiletyssuihku virtaa, 9 71769 edullisesti neljä hormia (2) mellotushappea varten ja samansuuruisen tai suuremman määrän hormeja (3) jälkipoltto-happea varten mellotushormien ollessa 5 - 20°reen kaltevuus-kulmassa suuttimen akseliin nähden, kun taas jälkipoltto-5 hormit ovat 25 - 60°reen kaltevuuskulmassa viereisen mello-tushappihormin akselin suhteen.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että keskuhormissa on suppeneva osa (10) , kanava (11) ja laajeneva osa (12) kanavan (11) pituuden ollessa 10 vähintään kaksi kertaa sen halkaisijan (d) pituus.

8. Patenttivaatimusten 6 ja 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että suppenevan osan (10) sisääntuloaukon poikkileikkauksen halkaisija (D), suppenevan osan (10) pituus (L), kanavan (11) halkaisija (d) ja kanavan (11) pi- 15 tuus (C) ovat sidoksissa toisiinsa kaavan D/d = 1 + K . L/C mukaan, jossa K on suurempi kuin 2.

9. Patenttivaatimusten 6-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että suppenevan osan (10) sisääntuloaukon poikkileikkauksen halkaisija (D), suppenevan osan (10) pi- 20 tuus (L), kanavan (11) halkaisija (d), kanavan (11) pituus (C) ja laajenevan osan (12) pituus (H) ovat sidoksissa kaavaan D/d = 1 + K . L/(C+H), jossa K on suurempi kuin 3,5.

10. Patenttivaatimuksen 6-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että keskusputkessa (1) on nesteellä täy- 25 tetty suojakuori, joka on varustettu nesteen tarkkailujärjestelmällä, joka systeemi on yhdistetty kytkimeen, joka on integroitu laitteen ohjauspiiriin. 10 71 769