HU183457B - Apparatus for refining melted metals - Google Patents

Description

A találmány tárgya berendezés fémolvadékok finomítására, bevezető- és ürítőkanirával, valamint ezek között elhelyezett, sorbakötött, legalább két finomítókamrával, amelyek terelőlapokkal vannak egymástól és a bevezető-, ill. ürítőkamrától elválasztva, továbbá salakeltávolítóegységekkel, ahol a sorbakötött finomítókamrák közül az első a bevezetőzónához, az utolsó az ürítőzónához van csatlakoztatva, és valamennyi finomítókamrában olyan forgó gázbevezető van elhelyezve, amelyek felső része hajtóműhöz csat- 1 lakozik, alsó rcsze pedig forgó résszel, rotorral van ellátva.

A berendezés elsősorban alumínium, magnézium, réz, cink, ön, ólom és ezek ötvözeteit tartalmazó olvadékok finomítására alkalmas. i

Fémolvadékok finomítására többféle berendezés ismeretes. Ilyen berendezést ismertet például a 3 743 263 számú USA szabadalmi leírás. Ennél a megoldásnál a fémfinomításhoz alkalmazott üstben a fémolvadékon át finoman eloszlatott gázbuborékokat vezetnek. A 2 rendkívül kisméretű buborékok deszorpció útján kivonják az olvadékból a hidrogént, míg az egyéb nemfémes szennyezők flotáció útján a salakrétegbe kerülnek. A gázbuborékok bejuttatása a fémolvadékba és eloszlatása a forgó gázbevezető szerkezet segítségével 2 történik. Ez egyidejűleg az olvadékot is jelentős mértékben kavarja. Az olvadékban fellépő turbulens áramlás a kisméretű nemfémes részecskéket nagyobb darabokká agglomerálja, ezek azután felszállnak a fémolvadék felszínére, a gázbuborékok hatására. A 3 fémolvadék áramlása ugyanakkor biztosítja a bepermetezett gáz egyenletes eloszlását és keveredését az olvadékkal, továbbá megakadályozza azt, hogy az edény belsejében lerekódás vagy oxidképződés lépjen fel. A fémolvadékból kivált nemfémes szennyeződése- 3 két a salakkal együtt távolítják el a rendszerből, míg a deszorbeált hidrogént az elhasznált gázzal együtt vezetik el.

A bemutatott technológia megvalósítása olyan berendezésben történik, amelyben a finomítandó férnol- ₄ vadék bevezetőkamrán át. folyik az első finomítókainrába egy terelőlapon keresztül. Az első finomítókamrából a fém egy második finomítókamrába kerül és mindkét finomítókamrában külön forgó gázbevezető van elhelyezve. Végül a fémolvadékot elvezetőcsövön 4 át juttatják az ún. ürítőkamrába, amely a jobb helykihasználás érdekében a bevezetőkamra mellett, a berendezés ugyanazon végén van elhelyezve (lásd az említett 3 473 263 számú USA szabadalmi leírás 4. és 5, ábráját). Ez a kompakt elrendezés egy igen kedvező, c viszonylag kisméretű berendezést eredményez.

Jóllehet ez a kisméretű, kompakt berendezés jól bevált a gyakorlatban, maximális finomítókapacitása 27 216 kg fém/óra. Számos aluminiumkombinátban azonban nem áll rendelkezésre ahhoz, hogy a létező g rendszer kibővített változatát egy három kamrát és három gázbevezetőt tartalmazó berendezést állítsanak be. Ezen túlmenően egy ilyen berendezés kialakításával elveszne az az'előny is, hogy a bevezetés és kivezetés ugyanazon az oldalon történik. Ahol viszont elegendő hely lenne, ott a beruházók nyilvánvalóan olyan rendszert akarnak beépíteni, amelynek minden egysége a hagyományosnál nagyobb kapacitással rendelkezik.

A jelen találmánnyal ezért olyan berendezés kialakítása a célunk fémolvadékok finorpítására, amely lehetővé teszi az ismert megoldások kapacitásának jelentős növelését anélkül, hogy a berendezts méreteit jelentős mértékben növelni kellene, illetve amellyel az egyes kamrák kapacitása növelhető.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a berendezésben a bevezetózóna alsó része van az első finomítókamra alsó részével összekötve, az utolsó finomítókamra felső része pedig az ürítőkamra felső részével van összekötve, ugyanakkor a finomítókamrák közötti terelőlapok úgy vannak elhelyezve, hogy egyikük az egyik finomítókamra kilépőoldalán, másikus a másik finomítókamra belépő oldalán van, ahol a kilépő oldalon lévő terelőlap felső pereme és a berendezés fedele között, valamint a belépő oldalon lévő terelőlap alsó pereme és a berendezés fenéklapja között folyadékátvezető rés, a két terelőlap között pedig átvezetőtér van kialakítva.

A találmány szerinti berendezés egy célszerű kiviteli alakja hat kamrából: bevezetőkamrából, első salakeltávolító kamrából, első finomítókamrából, második finomítókamrából, második salakelvezető kamrából és ürítőkamrából áll. A bevezetőzóna bevezetőkamrából és salakeltávolítókamrából áll, ahol a bevezetőkamra és az első finomítókamra között olyan terelőlap van elhelyezve, amelynek alsó pereme és a fenéklap között folyadékátvezető rés van, az elsc finomítókamra és a salakeltávolító kamra között pedig olyan terelőlap van, amelynek felső pereme és a fedél, valamint alsó pereme és a fenéklap között van folyadékátvezető rés. Az ürítőzóna ürítőkamrából és salakeltávolitó kamrából áll, ahol az utolsó finomítokamra és a salakeltávolító kamra között olyan terelőlap van elhelyezve, amelynek felső pereme és a fedél között folyadékátveiető rés van, a salakeltávolító kamra és az űrítőkamra között pedig olyan terelőlap van, amelynek alsó pereme és a fenéklap között van folyadékátvezető rés.

A finomítókamrák között lévő első terelőlap felső pereme célszerűen az üzemen kívüli olvadékszint alatt van. Hasonlóképpen az utolsó finomítókamra és a második salakeltávolitó kamra között lévő terelőlap, valamint az első finomítokamra és az első salakeltávolító kamra között lévő terelőlap felső pereme is az üzemen kívüli olvadékszint alatt van.

A találmány további részleteit kiviteli példákon rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakjának vázlata felülnézetben, a

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

3. ábra az 1. és 2. ábrán bemutatott kiviteli alak egy részletének axonometrikus képe, a

4. ábra ugyancsak az 1. és 2. ábrán bemutatott kiviteli alak egy másik részletének axonometrikus képe és az

5. ábra a berendezésben alkalmazott forgó gázbevezető rotorjának alulnézete.

A találmány szerinti megoldás kialakítása során az első lépés annak meghatározása volt, hogy mi határolja be az ismert, jól bevált berendezés kapacitását. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy a kapacitás korlátja ennél a megoldásnál az a szintkülönbség, amely a berendezésbe beáramló fémolvadék és az azt

-2183 457 elhagyó finomított fémolvadék szintje között van. Á 27 216 kg/órás maximális kapacitásnál ez a szintkülönbség 50—75 mm, azaz a bevezetés szintje ennyivel van magasabban az elvezetés szintjénél. Az ismert berendezés kialakítása rendkívül megnehezíti, sőt gyakorlatilag lehetetlenné teszi ennek a maximális teljesítménynek a közelében történő üzemelés esetén nagyobb szintkülönbség kialakítását. Ha ugyanis ezt a szintkülönbséget fokozzuk, nagyobb áramlási sebességek alakulnak ki, aminek következtében fokozódik annak a veszélye, hogy az olvadék felszínén úszó salak keveredik a finomított fémolvadékkal. Minél nagyobb az említett, szintkülönbség, s keveredés veszélye is annál nagyobb. Emellett a nagyobb fémolvadék áramlási sebesség növeli az olvadék súrlódását is, elsősorban az elvezétőcsőben, ami viszont további szintkülönbség-növekedést eredményez.

A nagyobb áramlási sebességek a forgó gázbevezetők nagyobb fordulatszámát is igénylik, tehát a gázbevezetés fokozását is, ahhoz, hogy azonos minőségű finomítást lehessen biztosítani. A gázbevezetők forgási sebességének növelése és a gázbevezetés fokozása viszont ugyancsak a szintkülönbséget növeli. A megoldás tehát csak úgy látszott lehetségesnek, ha a szintkülönbséget a megfelelő korlátok között tartjuk és kiküszöböljük az ezzel járó problémákat.

Az ismert kompakt berendezés finomítókapacitását is korlátozza az a tény, hogy a második finoinítókamrában lévő olvadék jelentős része áramolhat vissza az első finomítókamrába. Az a sebesség, amellyel egy adott forgó gázbevezető eltávolítja a szennyezőket a fémolvadékból adott körülmények (fordulatszám, gázbevezetés, fuvókaméret, kamratérfogat, stb.) mindig arányos az olvadékban lévő szennyezők koncentrációjával. A hidrongéneltávolítás sebessége például adott viszonyok között négyzetesen arányos a hidrogéntartalommal. Ilyen körülmények között a rendszer optimális kapacitását úgy lehet biztosítani, ha kettő vagy több forgó gázbevezető van elhelyezve külön finomítókamrákban és a fémolvadék áramlása mindig csak egy irányban történik. Márpedig ha az optimális folyadékáramlás az első finomítókamrából a második felé történik, akkor lényeges, hogy semmilyen visszafolyás ne alakuljon ki a második finomítókamrából az elsőbe. Maga a visszafolyás jelensége nem ismeretlen a hasonló folyamatos átárainlással működő berendezésekben.

A rajzokon az 1. és a 2. ábra mutatja a találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakját. A berendezést 20 oldalfalak és a 21 fenéklap határolják. Belül 22 és 23 válaszfalak, valamint a különböző kamrákat határoló 2, 5, 7, 9, 12 és 14 terelőlapok vannak elhelyezve. Általában a 20 oldalfalak és a 21 fenéklap több rétegből készül: kívülről hőálló bevonatréteggel van ellátva, ezután a fűtőelemek elhelyezésére szolgáló üregek vannak kialakítva, majd öntöttvas héj és grafit bélés következik. A berendezés bizonyos részei a grafitbélés mellett sziliciumkarbid lapokkal vannak borítva. Mindezek a hagyományos módon készülnek és a rajzokon az egyszerűség kedvéért nem tüntettük fel őket. A terelőlapok hasonlóképpen célszerűen grafitból vagy sziliciumkarbidból készülnek. A berendezések általában 24 fedéllel vannak lezárva.

A berendezés bevezetőzónája 1 beveztőkamrából és 6 salakeltávolító kamrából áll. Az 1 bevezetőzónában terelőlap és 30 csőr-rész van elhelyezve. A kivezetözóna 13 salakellávolílókamrát és 15 ürítőkamrát tartalmaz. Ezeket 12 és 14 terelőlapok határolják. A 15 tirítőkamrában van 31 csőr-rész is kialakítva.

A fémolvadék áramlását a berendezésben a 2. ábrán látható nyilak segítségével szemléltetjük.

A fémolvadék a 30 csőr-részen át kerül az 1 bevezetőkfnirába és onnan a 2 terelőlap alsó pereme alatti résen át jut a 3 finomítókamrába. A 2 terelőlap a 3. ábrán látható módon úgy van kialakítva, hogy a fémolvadék az 1 bevezetőkamrából a 3 finomítókamrába csak a 21 fenéklapnál tud átáramlani.

A 3 finomítókamrában a fémolvadékot a 4 forgó gázbevezetővel kezeljük az ismert módon. A keletkező salak az olvadék felszínén gyűlik össze és az 5 terelőlap felső pereme fölött átáramlik a 6 salakeltávolító kamrába. Itt a salakot lehúzzuk és a berendezésben maradt fémolvadék az 5 terelőlap alsó pereme és a 21 fenéklap közötti résen át ismét a 3 finomítókamrába jut.

Az ábrákon jól látható, hogy az 1 bevezetőkamra és a 6 salakeltávolító kamra az olvadék áramlásának szempontjából egymástól tökéletesen el van választva.

A fémolvadék a 3 finomítókamrából a 7 terelőlap felső pereme fölött a 7 terelőlap és a 9 terelőlap közötti 8 átvezetőtérbe jut. Innen a 9 terelőlap alsó pereme alatt áramlik tovább a 10 finomítókamrába, ahol újabb 11 forgó gázbevezető van elhelyezve. A finomítás itt is az ismert módon történik.

A fémolvadék, amelynek felszínén salakréteg helyezkedik el, a 10 finomítókamrából a 12 terelőlap fölött áramlik a 13 salakeltávolító kamrába. Itt a salakot lehúzzuk és a tiszta fémolvadék a 14 terelőlap alatt áramlik át a 15 ürítőkamrába, ahonnan a 31 csőr-részen át hagyja el a rendszert. Megjegyezzük, hogy a 15 ürítőkamra a fémolvadék áramlása szempontjából nincs közvetlen kapcsolatban a 10 finomítókamrával.

Az 5, 7, 12 terelőlapok felső peremei célszerűen olyan magasan vannak, amennyire ezt az üzemelés megengedi, annak érdekében, hogy a salak lehúzása hatékonyan megoldható legyen és a 3, illetve 10 finomítókamrák falait könnyen lehessen tisztítani. Általában amikor a berendezés üzemen kívül van, azaz nem végzünk finomítást, a fémolvadék szintje az 1 bevezetőkamra 30 csőr-részének vagy a 15 ürítőkamra 31 cső-részének fenékszintjéig süllyed, attól függően, hogy melyik van alacsonyabban elhefyezve. Az 5, 7 és 12 terelőlapok felső peremei célszerűen egy kevéssel ezen szint alatt vannak elhelyezve. A szintkülönbség körülbelül 38 mm, így ezek a pereinek nem gátolják a salak szabad áramlását a finomítókamrákból a salakeltávolító kamrák felé.

Az 5, 9 és 14 terelőlapok alsó pereme a berendezés 21 fenéklapjától célszerűen mintegy 152 mm távolságra vannak, azaz a rés nagysága éppen csak annyi, hogy lehetővé tegye a szabad olvadékáramlást.

A 7 és 9 terelőlapok közötti távolság, azaz. a 8 átvezetőtér szélessége az üzemelés feltételeitől függően változhat. Ökölszabályként azt kell megjegyezni, hogy a távolság hozzávetőlegesen azonos kell legyen a 21 fenéklap és a 9 terelőlap alsó pereme közötti távolság felével. A 9 terelőlap általában a berendezés 24 fedeléig nyúlik, hasonlóan a 2 és 14 terelőlapokhoz, va3 lamint a 22 és 23 válaszfalakhoz, amelyek az 1 bevezetőkamra és a 6 salakeltávolító kamra, illetve a 15 ürítőkamra és a 10 finomítókamra között helyezkednek el.

Kísérleteink során azt találtuk, hogy a találmány szerinti berendezéssel nem csupán a fémolvadék áramlási sebességét lehetett növelni a rendszerben legalább 100 %-kal, hanem nagyobb mértékű finomítás is lehetségessé vált a forgó gázbevezetők forgási sebességének és igy a gázbevezetés sebességének növelésével. Emellett a berendezésben az áramlási sebességek, a gázbevezetők forgási sebességeinek és a gázáramlás bevezetési sebességeinek tetszőleges kombinációi valósíthatók meg oly módon, hogy a szintescs 25 min-en belüli értéken tartható.

Ha a találmány szerinti berendezést három vagy több finomítókamrával készítjük, célszerű az első és az utolsó finomítókamra közötti fínomítókamráknál a tisztítás és a salakeltávolítás lehetőségét biztosítani. A közbülső finomítókamrák felépítése lényegében megegyezhet a bemutatott 3 és 10 finomilókamrákéhoz, azzai a különbséggel, hogy 7 és 9 terelőlapok elrendezéséhez hasonló határolóelemeket kell az egyes finomítókamrák közé elhelyezni. Ez azt jelenti, hogy valamennyi finomítókamrába a folyadék alul áramlik be és az eltávozás a fölső résznél történik.

A találmány további részleteit példa bemutatásával ismertetjük.

Az ábrákon bemutatott felépítésű berendezést készítettünk, amelynek méretei a következők voltak:

1. A 4 és 11 forgó gázbevezetők rotorjának (lásd 5. ábra) külső átmérője 190,5 mm, magassága 62 mm; a 8 darab 35 lapát szélessége, 25,4 mm, mélysége 31,75 mm volt.

2. A rotor alsó lapja a berendezés 21 fenéklapjától 127 mm távolságra volt elhelyezve.

3. A berendezésben két finomítókamra volt, mindegyik 737 mm hosszú és 584 mm széles volt.

4. Valamennyi fínomítókamrában a finomítás során a folyadékmélység 737 mm volt.

5. A bevezetőkamra 102 mm széles és 280 mm hosszú volt.

6. Az ürítőkamra 152 mm széles és 280 mm hosszú volt.

7. A 2, 9 és 14 terelőlapok alatti rés magassága 152 mm volt.

8. A 7 és 9 terelőlapok közötti távolság 76 mm volt. A berendezés az alábbi feltételek között működött:

1. Az aluminiumolvadék vízegyenértékre átszámított áramlási sebessége 54432 kg/óra volt.

2. A rotor forgási sebessége 550 fordulat/perc volt.

3. A gázbevezetés (nitrogént alkalmaztunk) sebessége mindkét forgó'gázbevczetőnél 0,17 m’/perc volt szobahőmérsékletre átszámítva, ami azt jelenti, hogy gyakorlatilag a finomítás hőmérsékletén 0,5 m’/perc mennyiségű gázt vezettünk be.

4. A berendezésbe került víz mintegy 6—8 ppm oxigént tartalmazott. A forgó gázbevezetők porlasztó hatása ennek egy részét a nem fémes szennyezőkhöz és hidrogénhez hasonlóan eltávolította. A bevezetett és elvezetett anyag oxigéntartalmát folyamatosan mértük.

A fenti feltételek mellett végzett finomítás eredményei a következők voltak:

1. Az ürítőkamra olvadékszintje lényegében azt volt a bevezetőkamra oívadékszintjével. A szinte! szonyát a forgó gázbevezetők forgási sebességéne a gázbevezetés sebességének változtatásával lein beállítani. Ha a gázbevezetés sebességét növeltük ürítőkamrában lévő olvadék szintje növekedett a vezetőkamrában lévő olvadék szintjéhez képest. 1 rotor forgási sebességéi növeltük, az ellenkező ha értük el. A gyakorlatban tehát viszonylag egyszer lehetett a rotor forgási sebességének és a gázbevezi sebességének összehangolásával beállítani a kíván: vadékszinteket, azaz a bevezetés és az elvezetés sz jét.

2. A finomítás fokát a berendezésbe bevezetett oxigéntartalmának meghatározásával mértük. A fi rnílás foka lényegében megegyezett a hagyomán két forgó gázbevezetőt tartalmazó kompakt rends révei, amikor az a maximális teljesítmény mellett ü melt, ami 27 216 kg/óra kapacitásnak felet meg.

Claims (6)

1. Berendezés fémolvadékok firomitásí bevezető- és ürítőzónával, valamint ezek között ell lyezett, sorbakötött, legalább két finomítókamráv amelyek terelőlapokkal vannak egymástól és a be\ zető-, illetve ürítőkamrától elválasztva, továbbá t lakeltávolító egységgel, illetve egységekkel, ..hol a se bakötött finomítókamrák közül az első a bevezető/ nához, az utolsó az ürítőzónához van csat' skoztat és valamennyi finomítókamrában olyan forgó gázb vezető van elhelyezve, amelyek felső része hajtőm höz van csatlakoztatva, alsó része pedig forgóréssz van ellátva, azzal jellemezve, hogy — a bevezetőzóna alsó része van az első ‘inorníti kamra (3) alsó részével összekötve, az utolsó finom tókamra (10) felső része pedig az ürítőzóna felső rt szével van összekötve:

— a finomítókamrák (3, 10) közötti terelőlapok (í 9) úgy vannak elhelyezve, hogy egyikük (7) az egyi finomítókamra (3) kílépőoldalán, másikuk (9) a mr sik finomítókamra (10) belépőoldalán van, ahol a k. lépőoldalon lévő terelőlap (7) felső pereme és a bérén dezés fedele (24) között, valamint a belépőoldalon lé vő terelőlap (9) alsó pereme és a fenéklap (21) közöt folydekátvezető rés, a két terelőíap (7, 9) között pedi: átvezető tér (8) van kialakítva.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alak ja, azzal jellemezve, hogy a bevezetőzóna bevezető kamrából ()) és salakeltávolító kamrából (6) áil, aho a bevezetőkamra (1) és az első finomítókamra (3) ko zött olyan terelőlap (2) van elhelyezve, amelynek abr pereme és a fenéklap (21) között folydékátvezető ré van, a salakeltávolitó kamra (6) és az első finomítókamra (3) között pedig olyan terelőiap (5) van, amelynek felső pereme és a fedél (24), valamint alsó pereme és a fenéklap (21) között van íolyadékálve; :lő rés.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az ürítőzóna ürítőkamrából (15) és salakeltávolitó kamrából (13) áll, ahol az utolsó finomítókamra (10) és a salak dtávolíló kamra (13) között olyan terelőiap (12) van elhelyezve, amelynek felső pereme és a fedél (24) között folyadékátvezető rés van, a salakeltávolitó kamra (.13) és az

183 457 ürítőkamra (15) között pedig olyan terelőlap (14) van, amelynek alsó pereme és a íenéklap (21) között van folyadékátvezető rés.

4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a finomí- 5 tókamrák (3, ,10) között lévő első lerelőlap (7) felső pereme az üzemen kívüli olvadékszint alatt van.

5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy hat kamrából: bevezetőkamrából (1), első salakeltávolító 10 kamrából (6), első finomílókamrából (3), második finomítókamrából (10), második salakeltávolító kamrából (13) és ürítőkamrából (15) áll.

6. Az 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az első finomítókamra (3) és az első salakeltávolító kamra (6) között lévő terelő^!ap (5), valamint a második finomítókamra (10) és a násodik salakeltávolító kamra (13) között lévő terelő:ap (12) felső pereme az üzemen kívüli olvadékszint alatt van.