NL1001800C2

NL1001800C2 - Werkwijze en inrichting voor het continu raffineren van een smelt.

Info

Publication number: NL1001800C2
Application number: NL1001800A
Authority: NL
Inventors: Henricus Matheus Van Der Donk; Gerrit Hein Nijhof
Original assignee: Hoogovens Aluminium Bv
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 1997-06-04

Description

... 1 ...

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET CONTINU RAFFINEREN

VAN EEN SMELT

! ; De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een raffina ge- inrichting voor het continu raffineren van een smelt waarbij door toevoegen van additieven afscheidbare intermetallische verbindingen worden gevormd, omvattende een oven en een scheidingsinrichting.

5 Een werkwijze waarbij een smelt, bijvoorbeeld een smelt van aluminiumschroot, door het doen vormen van afscheidbare intermetallische verbindingen geraffineerd wordt is uit de praktijk wel bekend.

Een bekende werkwijze omvat de stappen van (i) het insmelten van 10 de smelt tezamen met de eventueel toe te voegen additieven voor het doen vormen van de intermetallische verbindingen in een oven en de smelt op een temperatuur (Ti) te brengen en (ii) het vervolgens terugbrengen van de oventemperatuur tot juist onder een temperatuur (T2) waarop de intermetallische verbindingen worden gevormd. Vervol-15 gens (iii) wordt de smelt uitgegoten over een filter-inrichting om de intermetallische verbindingen van het vloeibare metaal te scheiden.

Een bezwaar van de bekende werkwijze is dat deze ladingsgewijs wordt uitgevoerd, waardoor de gevormde intermetallische verbindin-20 gen, welke doorgaans zwaarder zijn dan het vloeibare metaal, zich gedeeltelijk onder invloed van de zwaartekracht afzetten op de bodem en op de wanden van de gebruikte oven. Na scheiding van de intermetallische verbindingen van het vloeibare metaal, blijft er een restant van de intermetallische verbindingen achter op de bodem en 25 op de wanden van de oven. Voordat een volgende lading behandeld kan worden, moeten de achtergebleven intermetallische verbindingen verwijderd worden. Deze verwijdering is tijdrovend en het vuurvast materiaal van de oven kan worden beschadigd, waardoor de levensduur van dit vuurvast materiaal aanzienlijk wordt verkort. Een ander na-30 deel van de bekende werkwijze is, dat bij de behandeling van grote 1001800 - 2 - hoeveelheden materiaal er problemen kunnen optreden bij de scheiding van het vloeibare metaal van de intermetallische verbindingen als wordt gewerkt met behulp van filtratie-technieken. Door de grote hoeveelheid deeltjes in het vloeibare metaal en de relatief lage 5 temperatuur van het vloeibare metaal kan de filter-eenheid snel blokkeren.

Deze bezwaren worden ondervangen bij raffinage volgens de uitvinding waarbij tussen stap (i) en (ii) een processtap wordt toegevoegd waarbij de smelt vanuit de oven wordt overgebracht via 10 een transportinrichting naar de scheidingsinrichting en dat de temperatuur van de smelt in de transportinrichting een traject doorloopt, waarbij deze afkoelt tot juist onder T2.

Het blijkt dat bij werken volgens de uitvinding er geen afzetting van intermetallische verbindingen op de bodem en op de wanden 15 van de oven plaatsvindt. De intermetallische verbindingen worden pas in de smelt gevormd tijdens het transport van de smelt door de transportinrichting naar de scheidingsinrichting, bijvoorbeeld een filter-eenheid of een centrifugaalinrichting.

Door volgens de uitvinding te werken kunnen verschillende 20 soorten smelten worden geraffineerd onder eventuele toevoeging van additieven waardoor in het juiste temperatuurbereik de smelt wordt geraffineerd door de vorming van intermetallische verbindingen welke kunnen worden afgescheiden. De uitvinding is in het bijzonder geschikt voor het verwijderen van Fe uit diverse soorten aluminium-25 schroot onder toevoeging van met name de juiste hoeveelheden Mn. Het is bijzonder voordelig om in een aluminiumlegeringssysteem te werken waar Si of Mg als hoofdlegeringselement aanwezig zijn. Si en Mg verlagen de oplosbaarheid van Fe in aluminium significant, zodat na toevoeging van additieven en afkoeling van de smelt tot onder T2 er 30 meer ijzer-rijke intermetallische verbindingen kunnen worden gevormd en daarmee het ijzergehalte in de smelt na raffinage verder kan worden verlaagd dan het geval zou zijn in een Al-Fe-Mn-systeem zonder de aanwezigheid van Si of Mg als hoofdlegeringselement. Is er in de smelt tevens Ti als legeringselement aanwezig in een bereik 35 groter dan 0.1 gewichtsprocent, dan wordt althans een gedeelte van het Ti opgenomen in de te vormen ijzer-rijke intermetallische verbindingen. De aanwezigheid van Ti in de smelt draagt bij tot een verlaging van het Fe in aluminium. Tevens kunnen tin-lood smelten worden geraffineerd als wordt gewerkt volgens de uitvinding.

40 De temperatuurverdeling in de transportinrichting is zodanig 1001800 - 3 -

Ingesteld dat de temperatuur aan de uittree-zijde lager is dan aan de intree-zijde, welke intree-zijde in verbinding staat met de oven. De temperatuur van het vloeibare metaal aan de intree-zijde is boven de vormingstemperatuur (T2) van de intensetallische verbindingen. De 5 intensetallische verbindingen zullen zich gaande weg tijdens het transport vormen en uitscheiden. Doordat de smelt in beweging blijft in de transportinrichting wordt voorkomen dat de gevormde interme-tallische verbindingen onder invloed van de zwaartekracht uitzakken en in de oven terecht komen.

10 Het temperatuur-plaats-verloop in de transportinrichting en de volume-stroom per tijdseenheid zijn zodanig ingesteld dat de inter-metallische verbindingen zich kunnen vormen en uitscheiden waardoor het gehalte aan verontreinigingen in het vloeibare metaal afneemt, zodanig dat van raffinage kan worden gesproken.

15 Een zeer belangrijk voordeel bij werken volgens de uitvinding is dat de dimensies van de scheidingsinrichting aanzienlijk kleiner gekozen kunnen worden. Het aanbod van te scheiden vloeibaar metaal en intermetallische verbindingen is per tijdseenheid kleiner geworden waardoor bijvoorbeeld kleinere filtereenheden kunnen worden 20 gebruikt en de gebruikte filters minder snel zullen blokkeren.

Door volgens de uitvinding te werken is het nu mogelijk om een continu-raffinageproces te bedrijven als de oven periodiek wordt bijgevuld met nieuw schrootmateriaal. Tevens blijft het mogelijk om volgens de uitvinding te werken door eerst de oven te ledigen, 25 alvorens opnieuw een lading te behandelen.

Aldus is de uitvinding tevens belichaamd in een inrichting waarbij de oven voor het vloeibaar houden van de smelt en de scheidingsinrichting voor het afscheiden van vaste deeltjes uit de smelt met elkaar zijn gekoppeld door een transportinrichting voor het 30 transporteren van de smelt van de oven naar de scheidingsinrichting en dat de transportinrichting is voorzien van middelen om tijdens bedrijf de smelt in de transportinrichting op gecontroleerde wijze een afkoeltrajeet te laten doorlopen. Doordat de volume-stroom van de smelt per tijdseenheid beperkt is, is ook de hoeveelheid gevormde 35 intermetallische verbindingen per tijdseenheid beperkt. Als gezegd kunnen daardoor de dimensies van de scheidingsinrichting klein worden gehouden.

Voor het handhaven van een zo constant mogelijk afkoeltrajeet is het bijzonder voordelig als de middelen van de raffinage-inrichting 40 omvatten opnemers geschikt voor het genereren van signalen waarmee 1001800 - 4 - een gewenst afkoeltraject kan worden geregeld. Deze opnemers zijn bijvoorbeeld temperatuurdetectiemiddelen welke op gunstig gekozen lokaties zijn aangebracht.

Het gewenste afkoeltraject is onder andere afhankelijk van het 5 type smelt dat geraffineerd wordt en van het gewenste Fe-eindniveau in het geval dat aluminium wordt behandeld.

De raffinage-inrichting is er ook door gekenmerkt dat het transport op velerlei wijze kan geschieden, bijvoorbeeld via een transportschroef of een electro-magnetische pomp.

10 Bij voorkeur is de raffinage-inrichting erdoor gekenmerkt dat het transport geschiedt via een transportschroef. Het voordeel van een transportschroef is de relatief eenvoudige engineering van de transportinrichting.

Als bijvoorbeeld wordt gewerkt met een transportschroef is het 15 mogelijk om afzetting van intermetallische verbindingen op de schroeven of bladen van de transportschroef te voorkomen door het plaatsen van een electro-magnetische roerinrichting op een gunstig gekozen lokatie rondom de transportinrichting.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van enige, de 20 uitvinding niet beperkende, voorbeelden.

Voorbeeld 1

In dit experiment bestond de opstelling uit een oven met een aluminiumsmelt van 500 kg, welke op een constante temperatuur (Ti) 25 van 705 °C werd gehouden.

De transportinrichting bestond uit een holle cilinder met een lengte van 150 cm, aan de binnenkant voorzien van een vuurvaste bekleding en in deze vuurvaste bekleding waren koelelementen en thermokoppels voor temperatuurregistratie aangebracht. In de cilin-30 der bevond zich een elektrisch aangedreven transportschroef die nauwpassend in de cilinder was aangebracht. De transportschroef was gemaakt van een austenitisch roestvast staal voorzien van een keramische coating. De hoek (a) van de cilinder ten opzichte van het horizontale vlak is instelbaar en was in dit experiment 7°. De 35 scheidingsinrichting bestond uit een filterbox met een voorverwarmde CFF-filter (CFF - Ceramic Foam Filter) met een filterporositeit van 20 ppi (ppi - pores per square inch). De transportschroef reikte tot in de aluminiumsmelt. Gedurende de stationaire bedrijfsvoering was het debiet (Q) van de transportinrichting 2 1/min en de gemiddelde 40 verblijftijd (t) van het vloeibaar aluminium in de transportinrich- 1001800 - 5 - ting bedroeg 10 min. Tijdens dit experiment werd de CFF-filter driemaal vervangen om blokkage te voorkomen. Na het einde van de proef werd het filtraat omgesmolten en gehomogeniseerd op 850 °C.

De samenstelling (in gewichtsprocenten) van de smelt aan het 5 begin van de proef en het omgesmolten filtraat zijn geanalyseerd; de resultaten zijn weergegeven in Tabel 1.

Het filterresidu bestond uit de aluminiumlegering en Fe- en Mn· rijke internetallische verbindingen. De vormingstemperatuur (T2) van deze intermetallische verbindingen ligt rond de 690 °C.

10 De gemiddelde temperatuurverdeling van het metaal in de trans- portinrichting tijdens de stationaire bedrijfsvoering is weergegeven in Tabel 2.

Tabel 1 De samenstelling (in gewichtsprocenten) van de legering 15 voor het begin van de proef en van het filtraat van expe riment 1 (balans Aluminium).

Element Begin Filtraat_I

Si 11,2 11,4 20 Fe 1,58 0,69

Mn__1^89__0,57_

Tabel 2 De gemiddelde temperatuur van het metaal in de transportinrichting tijdens de stationaire bedrijfsvoering van 25 experiment 1 (x - 0 is de intree-zijde van de cilinder).

Locatie Temperatuur _(cm)__(°C)_ x - 0 705 30 x - 50 657 x - 100 624 x - 150__605_

Voorbeeld 2 35

Op een analoge wijze als in voorbeeld 1 is een smelt gemaakt met een samenstelling van (in gewichtsprocenten): 2.93X Mg, 0,89X Fe, 1,46X Mn, balans Aluminium. Met de procesparameters (Q - 1,8 1/min, t - 12 min, a - 7°, 20 ppi CFF-filter) bestond de smelt na filtratie 40 uit: 2,91X Mg, 0,56% Fe, 0,93X Mn, balans Aluminium. De gemiddelde 1001800 - 6 - temperatuurverdeling van het metaal en de transportinrichting tijdens de stationaire bedrijfsvoering is weergegeven in Tabel 3.

Tabel 3 De gemiddelde temperatuur van het metaal in de transport-5 inrichting tijdens de stationaire bedrijfsvoering van experiment 2.

II Locatie Temperatuur I_(cm)__TC)_ x - 0 715 10 x - 50 687 x - 100 668 x - 150__655_ 15 Voorbeeld 3

Experiment 1 is herhaald met een opstelling waarbij de trans -portinrichting los stond van de oven. Via een voorverwarmde doseer-bak geplaatst op de transportinrichting werd de transportinrichting 20 voorzien van vloeibare aluminium met een temperatuur van 705 °C vanuit de oven.

De transportinrichting stond onder een hoek van 6° ten opzichte van het horizontale vlak en de intree-zijde stond hoger ten opzichte van de grond dan de uittree-zijde. De procesparameters waren verder 25 identiek aan die van voorbeeld 1.

De samenstelling (in gewichtsprocenten) van de smelt aan het begin van de proef en het omgesmolten filtraat zijn geanalyseerd; de resultaten zijn weergegeven in Tabel 4. De gemiddelde temperatuurverdeling van het metaal in de transportinrichting tijdens de 30 stationaire bedrijfsvoering is weergegeven in Tabel 5.

Tabel 4 De samenstelling (in gewichtsprocenten) van de legering voor het begin van de proef en van het filtraat van experiment 3 (balans Aluminium).

35 1001800 - 7 -

Element Begin Filtraat

Si 11,5 11,6

Fe 1,62 0,79

Mn 1,90 0,66 5

Tabel 5 De gemiddelde temperatuur van het metaal in de transportinrichting tijdens de stationaire bedrijfsvoering van experiment 3 (x - 0 is de intree-zijde van de cilinder).

10 Locatie Temperatuur _(cm)__(°C)_ x - 0 705 x - 50 661 x - 100 621 15 x - 150 610 1001800

Claims

1. Werkwijze voor het continu raffineren van een smelt waarbij door toevoegen van additieven afscheidbare intermetallische verbin- 5 dingen worden gevormd en waarbij het raffineren omvat de stappen van (a) het Insmelten van de smelt, respectievelijk de additieven, in een oven door de smelt op een temperatuur Tx te brengen, en (b) het afscheiden in een scheidingsinrichting van de intermetallische verbindingen die ontstaan uit de smelt bij afkoeling 10 van de smelt tezamen met de additieven tot een temperatuur onder T2, met het kenmerk, dat tussen stap (a) en (b) een processtap wordt toegevoegd waarbij de smelt vanuit de oven wordt overgebracht via een transportinrichting naar de scheidingsinrichting en dat de temperatuur van de smelt in de transportinrichting een 15 traject doorloopt, waarbij deze afkoelt tot juist onder T2.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de smelt hoofdzakelijk gesmolten aluminium omvat en verder verontreinigingen zoals ijzer. 20

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de smelt een Al-Si-Fe-Mn-systeem is.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de 25 smelt een Al-Mg-Fe-Mn-systeem is.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de smelt een Al-Fe-Mn-systeem is.

6. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de smelt een Al-Si-Fe-Mn-Ti-systeem is.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de smelt een Sn-Pb-systeem is. 35

8. Raffinage-inrichting geschikt voor het raffineren van een smelt omvattende een oven voor het vloeibaar houden van de smelt en een scheidingsinrichting voor het afscheiden van vaste deeltjes uit de smelt, met het kenmerk, dat de oven en de scheidingsin- 40 richting met elkaar zijn gekoppeld door een transportinrichting 1001800 - 9 - voor het transporteren van de smelt van de oven naar de schei-dingsinrichting en dat de transportinrichting is voorzien van -middelen om tijdens bedrijf de smelt in de transportinrichting op gecontroleerde wijze een afkoeltraject te laten doorlopen. 5

9. Raffinage-inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de transportinrichting omvat opnemers geschikt voor het genereren van signalen waarmee een gewenst afkoeltraject kan worden geregeld. 10

10. Raffinage-inrichting volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat de transportinrichting een transportschroef omvat.

11. Raffinage-inrichting volgens een der conclusies 8-10, met het 15 kenmerk, dat rondom de transportinrichting een electro-magne- tische roerinrichting is aangebracht. 1001800