HU186110B - Rotary gas spraying device for treating liquid smelting bath - Google Patents

Description

A találmány tárgya forgó gázszóró szerkezet folyékony fémfürdőnek, nevezetesen alumíniumnak és ötvözeteinek kezeléséhez.

Mint ismeretes a szakemberek előtt, a félkész fémtermékek formálási eljárása előtt szükség van a megmunkálandó nyers fém kezelésére, hogy megszabadítsák a benne lévő oldott gázoktól és nemfémes tisztátlanságoktól, amelyeknek a jelenléte megsemmisíti a kívánt tulajdonságokat, ezenfelül, hogy megkönnyítsék a gyártott darabok megszilárdulását.

Jelenleg két fő kezelési eljárás ismeretes: az elsőnél a folyékony fémet átvezetik inaktív vagy aktív szűrőközegen, amely visszatartja a mechanikai vagy kémiai tisztátlanságokat, vagy mindkettőt; a másodiknál a közömbös vagy reaktív gázokat vagy ezek keverékét hasznosítják, amelyek több-kevesebb intenzitással keverednek a folyékony fémmel olyan termék mint pl. áram jelenlétében, vagy sem. Ez a két eljárás egyébként egymással kombinálható.

A második megoldás szerint már számos megvalósítás jött létre, többek között olymódon, hogy a gázt a fémfürdőbe vezetik, ezzel a gáz jobb diszperzióját nyerve a folyadékban, tudva, hogy a kezelés hatékonysága kapcsolatban van a két fázis közötti érintkező felület nagyságával.

Az 1 555 953 sz. francia szabadalmi leírás szerint a gázt úszó-merülővei vezetik a fürdőbe, amelynek belső részét rotációs készülékkel látják el, igy biztosítva a keverést és a gáz eloszlását nagy fürdőfelületen.

A 2 063 916 sz. francia szabadalmi leírás szerint a gázt a folyékony fémbe fújják vízzel hűtött kettős borítású szonda révén.

A 2 166 014 sz. francia szabadalmi leírásban a gázt kis buborékok alakjában injektálják be, bordás forgórészre erősített forgótengely révén, amelynél a tengelyt merev karmantyú veszi körül és alsó végén egy bordás állórészhez van kapcsolva: a tengely és karmantyú között axiális szabad tér van, amelyen a gázok áthaladnak, majd a bordák nívóján vannak bevezetve — ahol kis buborékokra oszlanak és a forgórésszel mozgatott fémmel kapcsolatba kerülnek.

A 2 200 364 sz. francia szabadalmi leírás szerint turbinás keverő forgásközéppontjába lesz a gáz bevezetve és kapcsolatba lesz hozva a folyékony fémmel, mégpedig olyan keverési körülmények között, ami minden emulgálást lehetetlenné tesz.

Számos más megoldást is javasoltak a gáznak egészen kis buborék alakjában történő bevezetésére. Jóllehet mindegyik eljárás tartalnaz előnyöket, mégis mindegyiknek az a hátránya, hogy a folyékony fémben a gázbuborékok szabálytalan diszperziójához vezet.

Ugyanis bármilyen kicsi is lehet a kibocsátott buborék alakulása pillanatában és kezdetileg és helyileg finom diszperziót adhat, a fürdőben való előrejutása során gyorsan megnövekszik a többi buborékkal való egyesülés következtében, és ezáltal durva diszperziót képez. A folyadék-gáz keveredés különösen a fürdő azon részeiben csökken, amelyek a gáz kibocsátásának pillanatában a gázzal nem érintkeznek, amiből a kezelés hatékonyságának bizonytalansága következik. Mivel ez az egyesülési jelenség nem kerülhető el, egy olyan rendszer kialakítására van szükség, amellyel a folyadék valamennyi elemi térfogata, amelyek a kezelőfürdő-együttest képezik, a gázzal ezt a megkívánt finom diszperziót hozzák létre, hogy így optimális hatékonyságot érjenek el.

A találmány feladata egy olyan forgó gázszóró szerkezet létrehozása a folyékony fémfürdő kezeléséhez, amelynek alakja egyszerű, tehát könnyen és jól gyártható és amellyel a tartály bemenet és kimenet között cirkuláló fürdő egyetlen folyadékáramot képez — amelyre a gáz folyamatosan gyakorolja behatoló hatását — a kezelés pillanatában olymódon, hogy a teljes folyadékmassza a kétfázisú folyadék-gáz diszperziós állapotot élvezze.

Ezt a feladatot a találmány szerint olyan folyékony fémfürdő kezelésére szolgáló forgó gázszóró szerkezettel oldjuk meg, amely egy tartályban van elhelyezve és a fürdőbe merülő lapátokkal ellátott hengeralakú forgórésszel van ellátva. Ehhez csatlakozik egy üreges menesztő tengely, ami a gáz szállítására szolgál. A találmány lényege, hogy a forgórészen csatornapárok haladnak át, minden egyes csatornapárban egy csatorna a folyadék áthaladására és egy másik csatorna a gáz áthaladására szolgál, minden csatornapár egyazon ponton, külön-külön torkollik a henger oldalsó felületébe olymódon, hogy ezen a helyen finom folyadék-gáz diszperzió képződjék, amely azután a fürdőben a lapátok révén oszlik el.

A találmány szerinti szerkezet tehát ismert elemeket tartalmaz, tudniillik hengeralakú forgórészt, amely oldalfalán tetszés szerinti körvonalú lapátokkal van ellátva szimmetrikusan a rotációs tengelyre, és ezek vagy függőlegesen vagy ferdén úgy vannak elhelyezve, hogy vagy felfelé, vagy lefelé csigavonalat képezzenek. Ez a forgórész közepén és tengelye irányában forgató tengellyel van összekapcsolva, amelynek felső vége sebességcsökkentő közbeiktatásával motorral van kapcsolatban, amely a tengelyt forgásba hozza.

Ez a tengely üreges, hogy a felső végénél pl. egy forgó csuklóvá ellátott vezeték révén bejuttatott gázt a forgórész szintjére vezesse. Előnyösen ez a tengely két különböző anyagból készül: az egyik, a fürdőbe merülő rész általában grafitból készül, mig a másik, a felmerülő rész korróziónak ellenálló fémötvözetből, ha a kezelendő gáz pl. klórt tartalmaz. A tengelynek ez a része el lehet látva hűtőbordákkal, hogy a túlzott hőmérsékletemelkedést elkerüljük, ami a berendezés gázvezető képességének és hajtó mechanizmusának tartósságát lerontaná.

A szerkezet lényege a többnyire grafitból készült, a forgórész belsejében lévő gázcirkuláció céljaira szolgáló csatornapárokban, valamint a masszába befúrt, eredeti módon elhelyezett, a fém cirkuláló céljaira szolgáló csatornákban van.

Ami az elsőket illeti, azok sugárirányban vannak elhelyezve és a forgórész közepéhez vannak csatlakoztatva olyan helyen, ami vagy közvetlenül vagy egy kamra közbeiktatásával csatlakozik a tengely üreges részéhez. Valamennyi csatornapár a fürdőbe torkollik a henger oldalsó falán, előnyösen két borda köz'út. Metszetük, ami általában köralakú, kicsi és a használt gáz nyomásától, az átjuttatni kívánt gázmennyiségtől függően változik, de az átmérő előnyösen 0,1 és 0,4 mm között választható meg.

Ami a folyékony fém cirkulációjára szolgáló csatornákat illeti, általában a forgórész tengelyére ferdén vannak elhelyezve és részben áthaladnak rajta akár alsó felületén, akár felső felületén indulnak ki, és az ol-2186110 dalsó felületbe torkollnak, pontosan azon a helyen, ahol a gáz cirkulációs csatornák betorkollnak. Ez az irány általában 10 és 60° közötti szöget zár be a vízszintessel. Keresztmetszetük általában köralakú, a gázcsatornáknál nagyobb és a kezelendő fém mennyiségével arányosan változik, de a 0,5 és 1,5 cm közötti átmérő tökéletesen megfelel.

Mivel a két típus csatornáinak száma azonos, valamennyi gázcsatornát egy folyadékcsatornával társítjuk, amiből egy csatornapár adódik, amelyek közös lemerülési pontja van a fürdőbe.

A forgás okozta centrifugális erő hatására a folyékony fém elmozdul a számára rendelt csatornákba. Ez az elmozdulás alulról-felfelé vagy felülről-lefelé történik, aszerint, hogy a folyadékcsatornák a forgórész alsó vagy felső felületéről ihdulnak ki. A hozam arányban van a forgórész forgatásának sebességével, a csatornák számával és keresztmetszetével, valamint a függőlegessel bezárt szögükkel, továbbá a végeik közötti szintkülönbséggel, és a kiindulási helyük és a forgórész központja közötti távolsággal.

Amikor az üreges tengely és a nyomás alatti gázforrás kapcsolata létrejön, a gázcsatornákban áramlást idézünk elő, ami a csatornák csekély keresztmetszete következtében nagyon nagy sebességgel halad arra a helyre, ahol a folyadék-erek a fürdőbe torkollnak. Ennek eredménye a két fázis finom diszperziója és a gáz és fém közötti erős keveredés, a folyadék kimenőcsatornájának minden szakaszán.

Az ilymódon előidézett keverék, amely a forgórész oldalfelületén jelenik meg, — a lapátok segítségével — azonnal szétoszlik az egész fürdőben; ahol a cserereakciók folytatódnak még mielőtt a buborékok egyesülésében nagy gázbuborékok keletkeznének és a fürdő felületén szétpukkannának.

Tekintettel a folyadékhozamot befolyásoló számos paraméterre, mindig van lehetőség arra, hogy ezeket bizonyos értékekkel helyesbítsük, úgy hogy a kezelendő fém teljes hozamának tökéletes kezelését kapjuk. Sőt szabályozni lehet a gázhozamot az adott mennyiségű fém kezelése számára megkívánt értékekkel is. Ezen lehetőségek révén a fent jelzett geometriai paraméterek beállításával a forgás sebességének korlátozását érhetjük el, aminek előnye, hogy a hajtő-mechanizmus technológiáját egyszerűsíti és ezáltal javítja a fém tartósságát.

Az eddig ismeretes gázhajtó készülékekkel szemben a találmány szerinti szerkezet előnye, hogy minél erősebb a lapátokkal való keverés, annál folyamatosabb és teljesebb a kezelendő fémtömeg megújulása, pontosan a kezelendő gáz bevezetési helyén. Ebből következik egy maximális gáz-folyadék cserefelület, következésképpen a kezelés optimális hatékonysága.

A találmány szerinti szerkezet bármilyen tartályba behelyezhető, amelynek tartalmát kezelni kívánjuk, legyen az akár öntőüst, akár folyamatosan feldolgozó vagy karbantartó kemence, amelyben van vagy nincs közbülső válaszfal, amely áramot használ fel vagy sem, a felhasznált gáz lehet nitrogén, argon, klór vagy ezek keveréke, vagy halogén származású gőzök, vagy teljesen más gáznemű anyagok, amelyeknek feltehetően kedvező hatása van a tisztítandó fémre.

A kívánt kezelés, a hozam, a kezelés időtartama szerint többféle szerkezet alkalmazható egyetlen vagy több tartályban, sorban vagy párhuzamosan elhelyezve.

A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük, amelyek a találmány szerinti szerkezet példakénti kiviteli alakját tüntetik fel.

Az 1. ábra a találmány szerinti szerkezetnek a forgástengelyen és a két csatornapár tengelyén át vett függőleges metszete.

A 2. ábra az 1. ábra X’—X vonala mentén vett keresztmetszet.

A 3. ábra a szerkezet függőleges metszete öntőüstbe helyezve.

Az 1. ábrán látható az üreges 1 hajtótengely, amelyen át a 2 gáz halad a 3 forgórész szintjére egy 4 kamra közbeiktatásával. Ennek kerületén 5 csatornák vannak, amelyek 6 helyen éppen oda torkollnak be, ahol a 7 csatornák végződnek, amelyek — jelen esetben — a forgórész alsó felületéről indulnak ki és a folyadékot olymódon vezetik, hogy finom folyadék-gáz diszperziót képezzen, amely azután a 8 lapátok révén eloszlik a fürdőben.

A 2. ábrán látható az üreges 1 tengely alsó széle, ott, ahol a 3 forgórész 4 kamrájához csatlakozik és amelyen — a gázáthaladás céljából — 5 csatornák haladnak át és a 6 helyen a fürdőbe torkollnak, ugyanott, ahol a folyadék vezetésére szolgáló csatornák és ahol a 8 lapátok révén a folyadék-gáz finom diszperzióra oszlik.

A 3. ábrán egy 9 öntőüst látható, amely 10 fedéllel van lezárva, 13 válaszfal 11 felsőrészre és 12 alsórészre osztja és amelybe 14 bemeneti csatorna táplálja be és 15 kimeneti csatorna vezeti el a folyadékot.

Az üstön való áthaladás során, azaz a 14 bemeneti és a 15 kimeneti csatorna között, a folyadék a találmány szerinti szerkezet hatásának van kitéve, amely utóbbin megkülönböztetjük az 5 és 7 csatornákkal ellátott 3 forgórészt, amely 6 helyen torkollik a fürdőbe; a 8 lapátokat, amelyek a 4 kamra közbeiktatásával a részben grafitból készült üreges 1 tengelyhez csatlakoznak, amely viszont felső végén a 17 hűtőbordákkal ellátott 16 fémes tengelyhez csatlakozik. Ez a 19 motor által vezérelt 18 reduktort működtet és forgó 21 csatlakozó közbeiktatásával kapcsolódik a 20 csatornarendszerhez, hogy a külső forrásból származó 2 gázt beengedje.

A szerkezet forgása során a folyadék 22 irányban behatol a 7 csatornákba, egészen a 6 helyig emelkedik, ahol találkozik a 23 irányban a 4 kamrába bejutott gázokkal, amelyek az 5 csöveken át távoznak, hogy finom diszperziót képezzenek, amely azután a fürdőben a 8 lapátok révén 24 irányban oszlik el.

A találmányt az alábbi kiviteli példán mutatjuk be: Egy 60 cm átmérőjű és 1 m magas üstöt elláttunk egy grafit forgórésszel, amelynek átmérője 20 cm és magassága 8 cm.

A forgórészt elláttuk nyolc 1 cm átmérőjű és 7 cm magasságú a függőlegessel 45 °-os szöget képező csatornával, amelyek a fém áthaladására szolgálnak, és ugyancsak nyolc 0,1 cm átmérőjű vízszintes csatornával a gáz áthaladására.

Óránként hat tonna 2014 típusú alumínium ötvözetet keringtettünk az üstben. A forgórész forgássebessége 150 fordulat/perc volt és beinjektáltunk egy 95%-os argon—5%-os klór keveréket, 4 Nm3/h mennyiségben.

Az üst bemeneténél az ötvözet nagyon gázos volt és 2 Torr nyomáson, vákuumos tesztnél 0,85 cc/100 g

-3186110 hidrogén tartalmat mutatott; kilépéskor ugyanennek a tesztnek alávetve az ötvözet teljesen buborékmentesen csupán 0,14 cc/100 g-ot tartalmazott, ami a találmány szerinti készülékkel való kezelés hatékonyságát bizonyítja.

A találmány minden olyan eljárásnál alkalmazható, ahol^a kétfázisú folyadék-gáz keverék jó diszperzióját kívánjuk elérni: azaz folyékony fémek kezelésénél, nevezetesen alumínium és alumínium ötvözetek kezelésénél, a hidrogén és nemfémes szennyeződések kiküszöbölése céljából

Claims (7)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Forgó gázszóró szerkezet folyékony fémfürdő kezelésére, amely a fürdőbe merülő lapátokkal ellátott henger alakú forgórésszel felszerelt tartályban van elhelyezve és a gáz szállítására szolgáló üreges hajtótengellyel van összekötve, azzal jellemezve, hogy a forgórészen csatornapárok vannak átvezetve, minden csatornapárban egy folyadékot és egy gázt szállító csatorna van elrendezve és minden egyes csatornapár külön-külön torkollik a henger oldalsó felületének egyazon pontjába, hogy ezen a helyen finom folya dék-gáz diszperzió jöjjön létre, amely azután a lapá tok révén van a fürdőben eloszlatva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja 5 azzal jellemezve, hogy a gáz szállítására szolgáló csa tornák sugárirányban vannak elhelyezve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a folyékony fém szállításáré szolgáló csatornák a vízszinteshez képest ferdén van10 nak elhelyezve.
4. 4. A 3. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fém szállítására szolgáló csatornák a vízszinteshez képest 10—60°-bán vannak megdöntve.

   15
5. 5. Az igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fém szállítására szolgáló csatornák köralakúak és átmérőjük 0,5—1,5 cm.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a gáz szállítására szolgáló csa20 tornák köralakúak és átmérőjük 0,1—0,4 cm.
7. 7. Az 1. igénypont szerinti szerkezet kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lapátok a forgástengelyre szimmetrikusan, a forgórész oldalfalán, a csatornáknak a fürdőbe torkollási helyei között vannak elhe25 lyezve.