HU183077B - Apparatus for refining melted metals - Google Patents

Description

Fémolvadékok finomítására ismertek berendezések. A 3,743,263 sz. USA szabadalom például olyan megoldást ismertet, amelynek segítségével rendkívül finoman eloszlatott gáz, parányi buborékok formájában vezethető át a fémolvadékon. Az olvadékban levő hidrogént a gázbuborékok deszorpció útján eltávolítják, ugyanakkor egyéb nem fémes szennyezőket flotáció útján a fémolvadékon úszó salakba visznek. A tisztító gáz permetezését a fenti szabadalom értelmében olyan berendezéssel végzik, amely forgó gázelosztót tartalmaz. Ez az olvadékban jelentős turbulenciát alakít ki. A turbulens áramlás következtében a kis méretű nem fémes szennyező részecskék nagyobb szemcsékké agglomerálódnak. Ezeket az agglomerátumokat a gázbuborékok a fémolvadék felszínére szállítják.

További kedvező hatása a fellépő turbulens áramlásnak az, hogy lehetővé teszi a finomításhoz felhasznált gáz alapos keveredését a fémolvadékkal és megakadályozza, hogy az olvadékot tartó edény falán lerakódások, illetve oxidréteg alakuljon ki.

A fémolvadék felszínére került nem fémes szennyezőket a rendszerből a salakkal együtt távolítják el, a gáz által deszorbeált hidrogént pedig az öblítőgázzal együtt vezetik el.

Az öblítőgáz bevezetésére szolgáló forgó gázelosztó szerkezet hajtóművel összekapcsolt tengelyt és a tengelyre erősített, lapátokkal ellátott forgórészt tartalmaz, amely állórésszel együttműködve hozza létre a rendkívül kis méretű buborékokat. A működés során a szerkezet olyan buborékáramlási viszonyokat alakít ki a körülötte levő fémolvadékban, hogy a képződött buborékok sugárirányban kifelé mutató áramlási vektor mentén haladnak. A kifelé mutató áramlási vektornak lefelé mutató komponense is van.

A fenti áramlási viszonyok több előnyös hatást produkálnak. Egyrészt igen jelentős függőleges irányú keveredés jön létre a fémolvadék mag részében, aholis a szerkezet metén lefelé mutató áramlás alakul ki és a forgó lapátok terelő hatása következtében a bevezetett gáz kicsiny gázbuborékokká alakul. Másrészt a gázbuborékoknak a keletkezés helyéről történő gyors elvezetése megakadályozza a buborékok koaleszcenciáját abban a tartományban, ahol a gázbuborékok koncentrációja a legnagyobb.

További előnye a megoldásnak, hogy az igen finoman eloszlatqtt formában bevitt gáz az olvadékban viszonylag hosszú időt tölt el, minthogy a gázbuborékok nem emelkednek közvetlenül keletkezésük után a fémolvadék felszínére.

A berendezésben alkalmazott forgó gázelosztó szerkezetben a már említett, forgórésszel összekapcsolt tengelyt többnyire hőálló fémből készítették. Ha azonban a fémolvadékot akárcsak kis mennyiségű halogén elemet tartalmazó gázzal kellett kezelni, ez a fémtengely jelentős mértékben károsodott. Ennek elkerülésére a legjobb megoldásnak grafit tengely alkalmazása bizonyult, amely érzéketlen a halogén elemek eróziós hatásával szemben. A működés során azonban a viszonylag törékeny grafit tengely rendszeresen eltört, ami költséges javítási munkálatokat, tartalék alkatrészeket, állásidőt és munkaerőt vett igénybe.

A grafit tengelyek törését feltehetően arra lehet visszavezetni, hogy az olvadékban különböző méretű és alakú szilárd részecskék találhatók. Ezek nagysága néhány tized millimétertől több centiméterig terjedhet. 2

Feltételezésünk szerint ilyen részecskék kerülnek az állórész és a forgórész közé a lapátok, illetve csatornák környezetében és eltömik a rendszert, aminek következtében a tengely töréséhez elegendő erők léphetnek fel.

A jelen találmánnyal a fenti problémák kiküszöbölése a célunk és olyan berendezés kialakítása, amellyel fémolvadékok finomítása a korábbinál biztonságosabban, de ugyanolyan kedvező áramlási viszonyok mellett elvégezhető.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az olvadéktartó edényt, gáz és/vagy fémolvadék be- és kivezető nyílásokat, valamint legalább egy forgó gázelosztó szerkezetet tartalmazó berendezésben, ahol a forgó gázelosztó szerkezet felső végén hajtóművel összekapcsolt tengely alsó végére ercVtett, lapátokkal ellátott forgórészből, a tengelyt körülvevő, alsó végén hengeralakú üreges állórészhez erősített hüvelyből, az állórész és a forgórész között kialakított, a hüvely és az állórész belső palástja, valamint a tengely külső palástja által határolt gázbevezető járatból és a járat felső végéhez csatlakozó nyomás alatti gázforrásból álló berendezésben a találmány szerint az állórész külső palástja sima és alsó részén a forgórészhez legközelebb eső részén mért átmérője, valamint a forgórésznek az állórészhez legközelebb eső részen mért magátmérője közötti arány 1:1 és 0,8:1 között van.

A találmány további részleteit kiviteli példán, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés vízszintes metszete és a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott berendezés 2—2 metszete.

Az ábrákon látható megoldás lényegében a 4.040.610 és a 4.021.026 sz. USA szabadalmi leírásokban ismertetett berendezések továbbfejlesztése. A bemutatott megoldás a találmány szerinti jellemzők kivételével megfelel a 4.046.610 sz. USA szabadalomban leírtnak.

Az ábrákon olyan berendezést mutatunk be, amely egyetlen forgó gázelosztó szerkezettel van ellátva.

A berendezés külső 2 köpenye a szokásos módon acélból készül. A 2 köpenyen belül 3 hőálló bélés van elhelyezve. Ez kis hővezető képességű ...falazott bélés és belső szigetelésként működik. Ezen belül helyezkedik el a 4 öntött alumíniumoxid bélés, amelyen az olvadék semmiképpen sem tud áthatolni. A 4 öntött alumíniumoxid bélés jellegzetes összetétele 96 % A1₂O₃, 0,2 % Fe₂O₃ és a maradékban egyéb adalékok. A 4 öntött alumíniumoxid bélésnek is igen alacsony a hővezető képessége, így ez további szigetelőrétegként működik. A berendezéshez tartozik még az 5 fedél és a rajzon nem ábrázolt felépítmény, amely a gázelosztó szerkezetet és az ábrán ugyancsak fel nem tüntetett villamos motort tartja.

A finomítási eljárást a rajzon nem látható csúszóajtó nyitásával és a 7 belépőnyílás szabaddá tételével kezdjük. Akkor a fémolvadék beáramlik a 8 munkatérbe a 7 belépőnyíláson át. A 7 belépőnyílás célszerűen szilíciumkarbid téglákkal van falazva. A berendezésben levő olvadékot a forgó gázelosztóból kiáramló gáz erőteljesen keveri. A forgó gázelosztó szerkezet forgórésze az óramutató járásával ellenkező irányban forog, de az általa létrehozott olvadékáramlásnak függőleges komponense is van. Az örvényképződést a belső tér szimmetriaviszonyainak a 9 elvezetőcsővel, valamint a 10 és 15 terelő lapokkal történő megbontásával kerüljük el.

-2183 077

A finomított fém a 9 elvezetőcsövön át távozik. A 9 elvezetőcső a 10 terelőlap mögött van elhelyezve és a 11 kilépő zónába nyílik. A 11 kilépő zónát 12 grafitlemez és 13 szilíciumkarbid lemez választja el a berendezés 8 munkaterétől. Innen a finomított fém a 14 kilépőnyíláson át kerül ki a berendezésből és jut például valamilyen öntőüstbe. A berendezés fenékrésze 6 grafitlemezzel van bevonva.

A fémfürdő felszínén úszó salakot a 15 terelőlap tartja vissza. így a 15 terelőlap salaklehúzóként is működik és így a fémolvadék felszínén a 7 belépőnyílás mellett összegyűlő salak könnyen eltávolítható. A felhasznált öblítőgáz a berendezésből az ábrán nem látható csúszóajtó mellett hagyja el a berendezést. A berendezésnek az olvadék feletti terébe inért gázt, például argont vezetünk a kupola védelmére. All kilépő zónában azonban az atmoszférát már nem szabályozzuk, ezért a 12 grafitlemezt csak az olvadék szintje alatt használjuk.

A berendezés 16 csapolónyílással is el van látva, hogy új ötvözet finomítása esetén az olvadékot teljes mértékben el lehessen távolítani. A 16 csapolónyílás lehet a berendezésnek mind a belépő, mind a kilépő oldalán elhelyezve.

A berendezést a bemutatott megoldásnál hat krómnikkel 17 fűtőelem melegíti a kívánt hőmérékletre. Az ellenállás fűtést alkotó 17 fűtőelemeket 18 grafittömbökben ágyazzuk oly módon, hogy mindegyik 18 grafittömbben három 17 fűtőelem van elhelyezve. A 18 grafittömbök így egyrészt szigetelő bélésként, másrészt a fűtőelemek ágyazásaként működnek. Rögzítésük 19 acél kapcsokkal történik, valamint a 12 grafitlemez, illetve a 13 szilíciumkarbid lemez falába munkált rések segítségével. Valamennyi 18 grafittömb szabadon elmozdulhat a hőtágulás következtében fölfelé és a belépőoldal felé.

Az 5 fedél és a berendezés alsó része között 20 tömítés van elhelyezve. A hőszigetelést 21 szigetelőréteg biztosítja. Szigetelőanyagként jól alkalmazható alumíniumfóliával bevont szálas alumíniumszilikát szigetelő. A berendezésbe az ábrán nem feltüntetett termoelem nyúlik be a szokásos védőcsőben elhelyezve.

Valamennyi 17 fűtőelem elcsúsztathatóan van az 5 fedélhez csatlakoztatva, így ezek is elmozdulhatnak, ha a 18 grafittömbök a hőtágulás következtében elmozdulnak. Magukban a 18 grafittömbökben a 17 fűtőelemek furatokban vannak elhelyezve. A 17 fűtőelemek és a 18 grafittömb közötti érintkezést a 24 távtartó és a 25 hőcsapda akadályozza meg. A 18 grafittömbök hőtágulás következtében történő elmozdulását a megfelelő illesztések teszik lehetővé. Amikor a berendezés üzemi hőmérsékletre melegedett és a 18 grafittömb kitágult, a 17 fűtőelemeket rögzítjük. Amikor a berendezést valamilyen okból lehűtjük, a 17 fűtőelemeknek az 5 fedélen történő rögzítését biztosító elemeket kioldjuk, így azok a 18 grafittömbökkel együtt mozoghatnak a lehűlés során.

Általában célszerű, ha a találmány szerinti berendezésben alkalmazott különböző lemezek és tömbök grafitból készülnek. Ahol a grafit az olvadék szintje fölé nyúlik, ott célszerű bevonattal, például keramikus mázzal ellátni, vagy egyéb módon gondoskodni az oxidációval szemben történő védelméről, jóllehet a tömítőelemek és a védőgáz az oxidációt jelentős mértékben megakadályozzák. Kialakítható a berendezés oly módon is, hogy a fémolvadék szintje fölé nyúló részek grafit helyett szilíciumkarbidból készülnek.

Természetesen a berendezés el van látva hőszabályozó egységgel, transzformátorral és egyéb hagyományos kiegészítő berendezéssel, amelyek a forgó gázelosztó szerkezet és a fűtés működtetéséhez szükségesek. A berendezés tömítettségét biztosító ajtószigetelések, csőburkolások és hasonló felszerelések teljesen a hagyományos módon vannak kialakítva, így ezekkel nem foglalkozunk. Megjegyezzük, hogy - bár a rajzokon csak egyetlen forgó gázelosztó szerkezetet mutattunk be - a berendezés kialakítható két vagy több ilyen szerkezettel is, a konstrukció nagyságától függően. A forgó gázelosztó szerkezet 33 forgórészből és 32 állórészből áll. A 33 forgórészen 34 lapátok és ezek között 35 csatornák vannak kialakítva. A forgatást a rajzon nem ábrázolt villamos motor biztosítja a 30 tengelyen keresztül. A 30 tengelyt az olvadékkal történő érintkezéstől a 31 hüvely és a 32 állórész óvja meg. A 32 állórész és a 33 forgórész közötti résen át vezetjük be az öblítőgázt a 8 munkatérbe. A gázelosztó szerkezetben a 30 tengely, a 31 hüvely és a 32 állórész egytengelyűén van elhelyezve, így a gázbevezető járat ezek geometriai tengeléyvel párhuzamos, illetve azt veszi körül. Természetesen a berendezéshez tartozik a forgó gázelosztó szerkezethez megfelelő nyomású gázt szolgáltató egység, amelyet azonban az egyszerűség kedvéért itt nem tüntettünk fel.

A 2. ábrán jól látható, hogy a 32 állórész külső átmérője a fejrésznél, azaz ahol a 32 állórész a legközelebb van a 33 forgórészhez, azonos a 33 forgórész magátmérőjével. A magátmérő a 33 forgórész azon átmérője, amely a 34 lapátok nélküli hengeres részen mért méret. A 32 állórész alsó részének tehát, vagyis a forgórészhez legközelebb eső részének átmérője és a forgórésznek az állórészhez legközelebb eső részen mért magátmérője között arány itt 1:1. A találmány szerint ennek az aránynak 1:1 és 0,8:1 érték között kell lennie. Az optimális az 1:1 arány, ha ez csökken, a kedvező gázbuborék eloszlás fokozatosan romlik. Az átmérő csökkenéssel többek között buborék agglomeráció jár együtt, ami aztán megengedhetetlen felületi turbulenciák kialakulását eredményezi. Az ilyen turbulenciák hatására az olvadék felületén úszó szennyezők ismét visszakerülnek az olvadékba. Az a pont, ahol a felületi turbulenciák már olyan mértékűek, ami a technológia szempontjából elfogadhatatlan, számos tényezőtől függ. Ilyenek például a 33 forgórész sebessége, a beadagolt gáz mennyisége, a 33 forgórész és a 32 állórész közötti rés nagysága, a 33 forgórész és az edény fala közötti távolság, valamint a 35 csatornák mélysége. Mindezeket figyelembe véve a minimális elfogadható arány 0,8:1, Hangsúlyozni kívánjuk azonban, hogy az optimális 1:1 arány és célszerű a 0,9:1 arány alá nem menni.

A 32 állórész lehet hengeres vagy kúpos. Kúpos 32 állórész konstrukció esetén az átmérő egy 30 %-nyi növekedése megengedett és a kúposság 30—60° lehet. A fejrész felé kúposán növekvő átmérőjű 32 állórész valamivel jobb teljesítményt ad nagy forgórész sebesség és nagy gázbevezetési teljesítmény esetén a felületi turbulencia szempontjából. Ilyen esetekben a hengeres kialakításnál jobban megelőzi a buborék agglomerációt és emellett stabilabb szerkezetet biztosít.

A találmány szerinti berendezés egy jellegzetes kialakításának típusméretei a következők lehetnek. A berendezés hossza 1400 mm, szélessége 1250 mm és

-3183 077 magassága 1450 mm. Az állórész külső átmérője 130 mm (ha hengeres kialakítású, kúpos kialakítás esetén ez az átmérő mintegy 45° szögben nyílhat 150 mm-es átmérőre), a forgórész magátmérője szintén 130 mm, külső átmérője, azaz a lapátok kerület mentén mért átmérő 190 mm. A forgórész általában 400—600 ford/ perc sebességgel forog és a gázbevezetés sebessége 1,42,4 liter/sec. között van.

Claims (4)

1. Berendezés fémolvadékok finomítására

a) olvadéktartó edénnyel,

b) gáz és/vagy fémolvadék be- és kivezetőnyílásokkal,

c) legalább egy forgó gázelosztó szerkezettel,' ahol a forgó gázelosztó szerkezet

1) felső végén hajtóművel összekapcsolt tengely alsó végére erősített, lapátokkal ellátott forgórészből,

2) a tengelyt körülvevő, alsó végén henger alakú üreges állórészhez erősített hüvelyből,

3) az állórész és a forgórész között kialakított, a hüvely és az állórész belső palástja, valamint a tengely fölső palástja által határolt gázbevezető járatból és

4) a járat felső végéhez csatlakozó, nyomás alatti gázforrásból áll, azzal jellemezve, hogy az állórész (32) külső palástja sima és alsó részén, a forgórészhez (33) legközelebbi

5 átmérője, valamint a forgórésznek (33) az állórészhez (32) legközelebb eső részen mért magátmérője közötti arány 1:1 és 0,8:1 között van.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az állórész (32) külső palástja

10 kúpos kialakítású, ahol a forgórészhez (33) közelebb eső átmérő nagyobb, mint a hajtómű felé eső átmérő.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az állórész (32) alsó részén, a forgórészhez (33) legközelebbi átmérő, valamint a

15 forgórésznek (33) az állórészhez (32) legközelebb eső részen mért magátmérője közötti arány 1:1 és 0,9:1 között van.

4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az állórész (32)

20 alsó részén, a forgórészhez (33) legközelebbi átmérője, valamint a forgórésznek (33) az állórészhez (32) legközelebb eső részen mért magátmérője közötti arány 1:1.