HUT57277A - Process and apparatus for injecting gas into melted metals - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és hozzá tartozó berendezés gázok fémolvadékba történő injektálására.

A fémolvadékok gázokkal való kezelése ismert kohászati kezelési eljárás. Gyakori például nitrogén, klór, argon és/vagy más gázok injektálása alumíniumolvadékba vagy alumínium ötvözetek olvadékába, az olvadékban jelenlévő nem kívánt összetevők, mint például hidrogéngáz, nemfémes zárványok, alkálifémek, stb. eltávolítása céljából. Az olvadékba injektált gáz kémiai reakcióba lép az eltávolítandó komponensekkel, aminek hatására az eltávolítandó összetevők, például csapadék, üledék, a fémolvadékban nem oldódó gáz vagy más eltávolítható formát vesznek fel.

A jelen találmánnyal kapcsolatban fémolvadékról szólva tetszőleges fémek és fémötvözetek - például alumínium, magnézium, réz, vas, stb. és ezek ötvözetei - olvadékait értjük, amelyek gázinjektálás útján kezelhetők. A gáz megnevezés alatt tetszőleges gáz vagy gázösszetétel - például argon, nitrogén, klór, freon, kén-hexafluorid, stb. - értendő, amelynek fémolvadékba injektálva a fentiek szerinti tisztító hatása van.

A fémolvadékokba történő gázinjektálás ismert módon úgy történik, hogy a fémolvadékba szivattyút süllyesztenek, és a gázt a fémolvadék szivattyú szállítóvezetékébe gázinjektáló vezetéken keresztül juttatják. Megfelelő gázinjektáló szivattyúk ismertek, ilyen például a Metaullics Systems (31935 Aurora Road, Solon, Ohio 44139, USA) M3O-CSD-C1₂ típusú szivattyúja.

A fenti eljárás során a gázt mintegy 12-13 mm belső

- 3 átmérőjű áramcsövön keresztül injektálják, amely a szivattyú szállítóvezetékébe felülről van becsatlakoztatva.

Az ismert megoldások hiányossága abból adódik, hogy az injektálás viszonylag nagy átmérőjű injektálóvezetéken keresztül, egyetlen pontban történik, ezért a gáz keveredése a fémolvadékban nem kellően egyenletes. Hátrányos továbbá, hogy az injektált gázbuborékok kezdeti átmérője az injektálóvezeték viszonylag nagy keresztmetszete miatt túlságosan nagy, a gázbuborékokat tulajdonképpen a nagy sebeséggel áramoltatott fémolvadék bontja fel és osztja szét kisebb gázbuborékokra. A fémolvadék áramlási sebessége, ami gyakorlatilag a szivatytyúlapátok forgási sebességének függvénye, ezáltal lényegében meghatározza, hogy az injektált gáz milyen mértékben tud reakcióba lépni a fémolvadékkal.

A találmánnyal célunk olyan eljárás és berendezés kidolgozása, amelynek révén a kezelendő fémolvadékba egyenletes elosztásban eleve kisméretű gázbuborékok injektálhatok, ezáltal a gázrészecskék és a fémolvadék keveredése rendkívül alaposan és gyorsan lejátszódik. További célkitűzés, hogy az injektált gáz fémolvadékban való eloszlása a fémolvadék áramlási sebességétől lényegében függetlenül gyorsan megvalósuljon.

A találmány lényege, hogy a gázt az áramoltatott fémolvadék adott áramlási keresztmetszete körüli kis méretű nyílásokon keresztül injektáljuk a fémolvadékba.

A kitűzött feladat megoldására kidolgozott eljárás szerint tehát a fémolvadékot meghatározott áramlási keresztmet4 szeten áramoltatjuk át, és a találmány szerint a gázt a fémolvadék adott áramlási keresztmetszete körül elrendezett nyílások sokaságán átvezetve injektáljuk a fémolvadékba.

A találmány szerinti eljárást előnyösen úgy valósítjuk meg, hogy a gázt a fémolvadék adott áramlási keresztmetszete körül elrendezett porózus közegen átvezetve injektáljuk a fémolvadékba. A porózus közeg kialakítható például kerámiaszemcsékből vagy más anyagból, előnyösen gyúrúalakú kerámia vagy grafit elosztóbetét formájában.

A porózus elosztóbetét a fémolvadék áramlási útvonalába előnyösen úgy van beépítve, hogy az elosztóbetét az adott szakaszon az áramlási keresztmetszetet határozza meg.

A találmány szerinti berendezésnek tehát fémolvadékszállító pályája és - önmagában ismert - gázinjektáló eszköze van, ahol a fémolvadékszállító pálya adott áramlási keresztmetszete körül porózus elosztóbetét van elrendezve, és a gázinjektáló eszköz a fémolvadékszállító pályával a porzóus elosztóbetéten keresztül van kapcsolatban.

A fémolvadék szállítását előnyösen túlnyomással, a fémolvadékszállító pályára csatlakozó fémolvadék-szivattyú segítségével biztosítjuk.

A porózus elosztóbetét előnyösen gyűrűalakú elem - például kerámia- vagy gráfitgyürúként alakítható ki -, amelynek befelé néző felülete a fémolvadékszállító pálya adott áramlási keresztmetszetét meghatározza.

A találmány szerinti berendezésnek előnyösen illesztőtagja van, amely a fémolvadékszállító pálya folytatását képe ···· · · ·· * ző átmenőfurattal van ellátva, amelyhez a másik oldalon csőtoldalék csatlakozik. A porózus elosztóbetét célszerűen az illesztőtag átmenőfuratában van elrendezve, úgy, hogy az adott szakaszon az átmenőfurat falát képezi, és a porózus elosztóbetétet megfelelő helyzetében az illesztőtaghoz csatlakozó csőtoldalék rögzíti.

Amint a fentiek alapján belátható, a találmány révén elértük, hogy az injektálandó gáz a fémolvadékszállító pálya körül egyenletesen elszórtan elhelyezkedő nyílásokon keresztül kerül a fémolvadékba, így a keveredés sokkal gyorsabb, egyenletesebb lesz. További előnyös hatást azáltal értünk el, hogy a fémolvadékba injektált gázbubórékok igen kis mérete miatt a gázrészecskék fémolvadékkal történő keveredése rendkívül gyorsan lejátszódik.

találmányt a továbbiakban a rajz alapján ismertetjük.

A rajzon az

1.

ábrán a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakjának vázlatát tüntettük fel, perspektivikus nézetben; a

2.

ábrán a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli ábra alakjának részlete látható, hosszmetszetben; a a 2. ábrán látható berendezés részletének 3-3 metszete; a

4.

ábrán a találmány szerinti berendezés egy további példakénti kiviteli alakjának 3-3 metszetét tüntettük fel.

··· • · • ·

- 6 Amint az 1-3. ábrákból kitűnik, a találmány szerinti gázinjektáló berendezésnek külön hivatkozási számmal nem jelölt fémolvadék-szivattyúja van, amely fémolvadékot tartalmazó 14 edénybe süllyesztve van elrendezve. A 14 edény lehet külön a kezelendő fémolvadék tárolására szolgáló eszköz, de általában lángkemence külső medencéje.

A fémolvadék-szivattyúnak 16 alapzata van, amelyben 18 munkakerék (szivattyúlapátok) vannak elrendezve. A 16 alapzat 20 kivezetőfurattal van ellátva, amelyre 22 illesztőtag csatlakozik. A 22 illesztőtag 24 átmenőfurattal van ellátva, amely a 20 kivezetőfurat folytatásában helyezkedik el.

A 22 illesztőtaghoz a másik oldalon 28 menetes kötéssel 26 csőtoldat csatlakozik. A 22 illesztőtag és a 26 csőtoldat közötti folyadékzáró kapcsolat például 29 tűzálló cement tömítéssel biztosítható. A 26 csőtoldat 30 furata a 16 alapzat 20 kivezetőfuratával és a 22 illesztőtag 24 átmenőfuratával egy egyenesbe esik.

Amint a 3. ábrán látható, a 22 illesztőtag 24 átmenőfuratában gyűrűalakú 32 elosztóbetét van elrendezve. A 32 elosztóbetét egyik oldalon a 22 illesztőtag belső 34 vállfelületének támaszkodik, másik oldalról pedig a 26 csőtoldat homlokfelületével van rögzítve.

A 22 illesztőtagban a 24 átmenőfurat falába a 32 elosztóbetét körül futó 36 gyűrűs horony van bemunkálva. A 36 gyűrűs horony egyrészt a 32 elosztóbetéttel van kapcsolatban, másrészt a 22 illesztőtagban kialakított 38 belső járaton és a 16 alapzatban kialakított 40 belső járaton keresztül a 16 alapzatba becsatlakozó 42 gázinjektáló cső 44 gázinjektáló • ··· · • · ···· ···· ·· · furatával van összeköttetésben. A 44 gázinjektáló furatra a másik oldalon a rajzon nem ábrázolt nagynyomású gázforrás csatlakozik.

A 32 elosztóbetét előnyösen előállítható például a Metaullics Systems of Solon (Ohio) által előállított porózus, szemcsés kerámiából. Kísérleti tapasztalataink szerint különösen semleges gázok, így például nitrogén, argon vagy kén-hexafluorid, alumínium-, magnézium- vagy rézolvadékba, illetőleg ezek ötvözeteinek olvadékába való injektálása esetén üvegfrit-alumíniumoxid vagy üvegfrit-szilíciumkarbid összetételek különösen jól használhatók. Porózus grafitból vagy színtereit oxid alapú kerámiából kialakított elosztóbetétek alkalmazása különösen akkor célszerű, ha az injektált gáz klór.

A 32 elosztóbetét gázáteresztő nyílásainak elhelyezkedése és száma igen lényeges, hiszen ezek határozzák meg a fémolvadékba belépő gázbuborékok méreteit. A kereskedelmi forgalomban is hozzáférhető porózus közegekből készített elosztóbetétekkel tapasztalataink szerint 10-100 mikron méretű gázbuborékok érhetők el.

Az időegységenként injektált gáztérfogatot az elosztóbetét méretein és anyagán túlmenően a gázinjektáló eszközben alkalmazott nyomás határozza meg. A szakember az adott feladathoz a fenti szempontokat megfelelően mérlegelni tudja.

A 4. ábra a találmány szerinti berendezés egy olyan változatának részletét mutatja, ahol 56 gázinjektáló cső a 16 alapzathoz csatlakozó 50 illesztőtagba van bekötve. Az 50 illesztőtag felépítése és 16 alapzathoz való cstalakozása a

3. ábra szerinti 22 illesztőtag felépítéséhez és elrendezéséhez hasonló. Az alapvető különbség, hogy míg a 22 illesztőtag 38 belső járata a 16 alapzat 40 belső járatával van összeköttetésben, addig az 50 illesztőtag 52 furata, amely a 32 elosztóbetét körüli 36 gyűrűs horonyból indul ki, 54 homloksüllyesztett bemunkálásba nyílik, amelybe az 56 gázinjektáló cső vége van beillesztve, úgy, hogy 58 gázinjektáló furata az 50 illesztőtag 52 furatának folytatásába esik. Ez utóbbi változat tehát tetszőleges fémolvadék-szivattyúhoz alkalmazható, feltéve, hogy az 50 illesztőtag a szivattyú kivezető furatához csatlakoztatható.

A találmány szerinti berendezés működése során a 24 átmenőfuratban szállított fémolvadékba a gázt a 24 átmenőfurat kerülete mentén egyenletes eloszlásban injektáljuk. A 32 elosztóbetét kicsi nyílásainak köszönhetően a fémolvadékba belépő gázbuborékok már kezdetben is igen kis mérteűek, ami különösen gyors keveredést tesz lehetővé. A tökéletes keveredésnek egyetlen feltétele, hogy a 26 csőtoldat hossza a fémolvadék áramoltatási sebességét is figyelembe véve elegendő legyen ahhoz, hogy a megfelelő keveredés lejátszódjon.

A 32 elosztóbetét anyaga - például kerámia - a fémolvadék korróziós és eróziós hatásaival szemben rendkívül ellenálló. A 26 csőtoldat és a 22 illesztőtag közötti 28 menetes kötés lehetővé teszi a 26 csőtoldat egyszerű leszerelését és a 32 elosztóbetét gyors cseréjét.

Claims (10)

1. Eljárás gáz injektálására fémolvadékba, ahol a fémolvadékot meghatározott áramlási keresztmetszeten áramoltatjuk át, miközben a gázt a fémolvadékba injektáljuk, azzal jellemezve, hogy a gázt a fémolvadék adott áramlási keresztmetszete körül elrendezett nyílások sokaságán átvezetve injektáljuk a fémolvadékba.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzalj ellemezve , hogy a gázt porózus közegen átvezetve injek- %

táljuk a fémolvadékba.

3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzalj ellemezve, hogy a gázt porózus kerámia vagy grafit elosztóbetét (32) nyílásain keresztül vezetjük a fémolvadékba.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gázt a meghatározott áramlási keresztmetszeten túlnyomással áramoltatott fémolvadékba injektáljuk.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gázt az adott áramlási keresztmetszetet meghatározó belső felületű porózus elosztóbetét (32) nyílásain keresztül injektáljuk a fémolvadék ba.

6. Berendezés gáz injektálására fémolvadékba, amelynek fémolvadékszállító pályája és gázinjektáló eszköze van, azzal jellemezve, hogy a fémolvadékszállító pálya adott áramlási keresztmetszete körül elrendezett porózus elosztóbetétje (32) van, és a gázinjektáló eszköz a fémolvadékszállító pályával a porózus elosztóbetéten (32) keresztül van kapcsolatban.

7. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a porózus elosztóbetét (32) gyűrűalakú elem, amelynek befelé néző felülete az adott áramlási keresztmetszetet meghatározza.

8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a porózus elosztóbetét (32) kerámia- vagy grafitgyűrűként van kialakítva.

9. A 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fémolvadékszállító pályára fémolvadék-szivattyú csatlakozik.

10. A 6-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fémolvadékszállító pálya illesztőtag (22, 50) átmenőfurataként (24) van kialakítva, a porózus elosztóbetét (32) az illesztőtag (22, 50) átmenőfuratában (24) van elrendezve, és az illesztőtaghoz (22, 50) csőtoldalék (26) csatlakozik, amely az illesztőtag (22, 50) átmenőfuratához (24) van illesztve, és a porózus el