NL2000461C2 - Inrichting en werkwijze voor het reinigen van een metaalstroom. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het reinigen van een metaalstroom.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het reinigen van een metaalstroom, omvattende een inlaatleiding, een scheidingsvat verbonden met die 5 leiding, waarbij dat scheidingsvat een uitlaat heeft voor een gereinigde metaalstroom. Een dergelijke inrichting is bekend uit PCT/NL03/00459 ten name van het Netherlands Institute for Metal Research. Uit deze PCT aanvrage is een cycloon bekend met een inlaatleiding met een niet in het hart liggende opening in de cycloon. Een werveling wordt opgewekt voor het scheiden van verontreinigingen uit de metaalstroom.

10

Het niveau van verontreinigingen bij het gieten is van groot belang voor bepaalde gegoten produkten, bijvoorbeeld voor het vervaardigen van folie, en bepaalt de kwaliteit daarvan. Op het moment dat het gesmolten metaal dat een hoge fractie insluitingen omvat, het gietstadium bereikt, bijvoorbeeld de warme bovenzijde tijdens 15 DC(direct koelen) gieten, wordt het verwijderen van insluitingen onmogelijk, in het bijzonder in het geval van grote dichtheid van de smelt en deeltjes.

De opgesloten oxiden in de vorm van folies en bolvormige deeltjes worden het meest aangetroffen in het gestolde metaal. Oxiden kunnen veroorzaakt worden door het 20 hanteren van de oven, metaalverdeelstelsel en oppervlakteverstoringen in de metaalstroming met het vrije oppervlak (aluminiumoxiden).

De verontreinigingen in het gestolde metaal bepalen de minimaal mogelijke dikte van het eindproduct en de vorming van de poreusheid, hetgeen tot verdere defecten kan 25 leiden, zoals warm scheuren, koud barsten enz. Eveneens is gebleken dat voor de meeste metallische stelsels de mechanische eigenschappen dramatisch afnemen indien een hoge fractie insluitingen in de metallische matrix aanwezig is.

Het niveau van oxiden en insluitingen in het gesmolten metaal in de huidige 30 giettechniek wordt geregeld door filterkasten en ontgassingseenheden. Het toepassen van dergelijke stelsels, bijv. filterkasten, kan echter beperkt worden omdat gedurende de overdracht van het gesmolten metaal door deze stelsels opname van eerder verwijderde verontreinigingen plaats kan vinden door wijzigende doelmatigheid van 200 0461- 2 het filter (“filterveroudering”) of fluctuatie in de stromende smelt. Bovendien moeten de kostbare filters regelmatig vervangen worden.

De economische en milieutechnische aspecten van de metaalindustrie vereisen het 5 toenemend recyclen van schrot. Vanzelfsprekend omvat het schrot hoge fracties onoplosbare verontreinigingen, die bij de eerste stap van de productieketen verwijderd moeten worden.

Thans is het ontwerp van de scheidingsorganen en inrichting voor de 10 deeltjesverwijdering aangepast aan de verschillende media en gebaseerd op het tangentieel inbrengen van de media verrijkt met verontreinigingen en insluitingen bij hoge snelheid in de kamer die als conus geconstrueerd is. Bij gevolg wordt het medium naar beneden gedreven onder invloed van zwaartekracht en centrifugaalkracht. De verontreinigingen worden in het toelopende deel opgevangen. Het algemeen bekende 15 voorbeeld in de stand der techniek is een cycloon voor het verwijderen van stofdeeltjes of andere verontreinigingen uit gassen (US 3790143 A). In dit geval worden de centrifugaalkrachten opgewekt door het niet axiaal inbrengen van gas in de cycloon.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding in een werkwijze en inrichting te 20 voorzien voor het verwijderen van onoplosbare verontreinigingen uit de stroom gesmolten metaal in een breed bereik stroomsnelheden en deeltjesgrootten. Deze verontreinigingen kunnen omvatten vaste metaaloxidedeeltjes, intermetallische verbindingen gevormd in de bulkstroming of vaste deeltjes opgesloten in de stroming tijdens het transport van de smelt enz.

25

Dit doel wordt verwezenlijkt met een inrichting zoals hierboven beschreven doordat die inlaatleiding een spiraalachtig deel omvat met een in hoofdzaak verticale as, welke een boog ontspant van ten minste 180° en een spoed van 0,8-1,2 van de gemiddelde diameter van die spiraal. Via de spiraalvormige inlaatleiding wordt een spiraalvormige 30 stroming opgewekt, welke een verbeterde spiraalbeweging van de stroming geeft. De filterdeeltjes worden gemakkelijker gescheiden. De gefilterde media kunnen enige vloeistoffen zijn, in het bijzonder maar niet noodzakelijkerwijs gesmolten metalen. Dergelijke metalen kunnen een enkel smeltpunt hebben of een smeltbereik met een 3 breed temperatuurbereik. De uitvinding kan toegepast worden bij semi- of vol continue metaalgiethandelingen. Verontreinigingen, zoals oxiden, slakinsluitingen e.d. kunnen met de onderhavige inrichting verwijderd worden. Door de spiraalvormige gedaante van de inlaatleiding zal de metaalstroming zowel een cirkelvormige beweging als een 5 verticale beweging krijgen met voldoende snelheid bij het binnentreden van het scheidingsvat. Op deze wijze wordt een centrifugaaleffect voor het scheiden van verontreinigingen geoptimaliseerd.

Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding is de hoogte van de spiraalvormige 10 leiding 'A - 'A van de totale hoogte van de inrichting.

Het vat is bij voorkeur een cycloonreinigingsinrichting en volgens een voorkeursuitvoering wordt de uitlaatopening daarvan in het benedendeel begrensd door een opstaande rand of huls. Tussen deze opstaande rand en het binnenoppervlak van het 15 vat is een holte begrensd. Metaal, dat langs de binnenwand van het vat circuleert, zal in stroomrichting omgekeerd worden waarbij het benedendeel van de holte en een inwendige opwaartse stroming langs de buitenwand van de opstaande rand of huls wordt verkregen, waarbij het vloeibare metaal over de rand in de uitlaatopening stroomt.

20

Om de scheiding van verontreinigingen verder te optimaliseren, is volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding een zich naar beneden uitstrekkende kern aanwezig, bij voorkeur in neerwaartse richting toelopend. Bij voorkeur strekt deze kern zich uit in het gebied van de opening begrensd door de opstaande rand, waarbij een 25 spleet overblijft tussen de bovenzijde van de rand en het betreffende kerngebied, waardoor metaal door de uitlaatopening stroomt.

De hierboven beschreven holte kan voorzien worden van een afvoer voor het afvoeren van verontreinigingen. Verdere doelmatigheid kan verkregen worden indien deze 30 afvoer verbonden is via de inlaat van de inrichting, waardoor recirculatie van metaal of andere vloeistof, die gereinigd moet worden, verkregen wordt. Een deel van de afvoer zal vanzelfsprekend verwijderd worden.

4

De inrichting is bij voorkeur uitgevoerd als een kast met een inlaatvenster verbonden met de spiraalvormige leiding. Door het spiraalvormig inbrengen van gesmolten metaal in de holte wordt een voldoende mate van spiraalbeweging gegenereerd in de holte om de gecentreerde kern ten opzichte van het gesmolten metaal, dat reeds ingebracht is. De 5 holte heeft een cilindrische vorm met een bepaalde lengte. Bovendien heeft de gecenterde kem bepaalde afmetingen, die variabel zijn ten opzichte van de inwendige diameter van de holte en die van het uitlaatvenster en afhankelijk van de aan de inrichting gestelde eisen. De lengte van de kem is bij voorkeur % de lengte van de holte. De verhouding van de minimum tot maximum diameter van de kem is bij 10 voorkeur V*. De kem is bevestigd aan de wand van de holte aan een einde en heeft aan het andere eind een convex punt, waarbij de afrondingsstraal bij voorkeur twee maal kleiner is dan de minimum diameter van de kem. De diameterverhouding van de kem is verantwoordelijk voor de drukverandering bij het uitlaatvenster en het ontstane stroompatroon in de onderhavige inrichting. De lengte van de huls is bij voorkeur % de 15 lengte van de holte. Door het specifieke stroompatroon in de inrichting worden de deeltjes hetzij in de hoek bij de bodem van de holte gedreven of daarin gesuspendeerd.

Bij voorkeur liggen de assen van het blok, de holte, de spiraalhartlijn van het spiraalvormige kanaal, kem en kamer en uitlaatbuis tijdens bedrijf in lijn en parallel 20 aan de richting van de zwaartekracht.

De druk is van groot belang voor alle filter- en scheidingsstelsels. De hoofdstroomrichting bij de onderhavige inrichting is in principe de richting van de zwaartekracht, verticaal naar beneden en de snelheid bij de uitlaatvensters kan geregeld 25 worden verandering van de uitlaatpijpdiameter binnen een redelijk bereik zonder wezenlijke beperking in het rendement.

De stroom van het gesmolten metaal is, afhankelijk van de inlaatgrenstoestanden, hetzij laminair, hetzij turbulent. Het stroompatroon in de inrichting, bijvoorbeeld de snelheid 30 daarvan, kan op verschillende wijzen geregeld worden, zoals de steeklengte van het spiraalvormige kanaal, afmetingen en vorm van de kem en de kamer tussen de uitlaatpijp en de binnenwand van de holte.

5

De constructie volgens het inventieve ontwerp heeft geen bewegende delen.

Een voor de hand liggende uitvoering is de mogelijkheid de inrichting te gebruiken voor het verwijderen van deeltjes uit het gesmolten metaal in een breed bereik 5 stroomsnelheden (> 0,1 mm/s) en deeltjesgrootten (< 0,01 m).

Een voordeel van de onderhavige uitvinding is het verwijderen van deeltjes met verschillende dichtheid en afmetingen, het gebruik van een gestuurde en voorspelde stroombaan bepaald door de inlaatsnelheid en de tijd berekend om de doelmatigheid te 10 voorspellen.

Een ander voordeel van de onderhavige uitvinding is het vaste spiraalvormige kanaal met een bepaalde afmeting en het ontbreken van bewegende delen, waardoor de bepaalde procesomstandigheden gebruikt kunnen worden om de mate van 15 doelmatigheid te voorspellen.

Bovendien is het voordeel van de uitvinding het gebrek van vrij oppervlak en contact met de atmosfeer tijdens handelingen aan gesmolten metaal en voor legeringen het beter mengen van het gesmolten metaal door zwaartekracht en centrifugaalkrachten.

20

Een verder voordeel van de onderhavige uitvinding is de mogelijkheid deze toe te passen bij veel gietprocessen, zoals direct koelend gieten, zand gieten, continu gieten enz.

25 De voordelen van de uitvinding zullen onderkend en begrepen worden door verwijzing naar een illustratieve uitvoering getoond in de tekening. Fig. 1 toont een tekening van een gietinstallatie met opgenomen inrichting volgens de onderhavige uitvinding.

Fig. 1 toont de inrichting voor het verwijderen uit het gesmolten metaal omvattende het 30 blok 1 vervaardigd van vuurvast materiaal met de cilindrische holte en met de spiraalvormige leiding 3. Bovendien heeft de cilindrische holte een massieve langwerpige kern 4. Bij de onderzijde van de inrichting is een kamer aanwezig, die vanaf de onderzijde gesloten is en vanaf de bovenzijde open is, zoals aangegeven in fig.

6 1 met 5. De kamer 5 wordt gevormd door de bus 6 en een ring 7. De ring is bedoeld voor het bevestigen van de bus 6 aan de kast in de holte 2 met behulp van bevestigende schroefbouten. Het gereinigde metaal wordt afgevoerd door de uitlaatbuis 8. De te verwijderen deeltjes worden verzameld in de kamer 5 tussen de binnenwand van de 5 holte 2 en de buitenwand van de bus 6. De hartlijn 9 van het blok 1, de holte 2 en de hartlijn van het spiraalkanaal 3, kem 4, kamer 5, de bus 6 en de ring 7 en uitlaatbuis 8 is verticaal en evenwijdig aan de zwaartekrachtrichting (g) afgebeeld in fig. 1.

De stroming 10 gesmolten metaal treedt het inlaatvenster 11 van het spiraalvormige 10 kanaal 3 binnen. Door de leiding stromend verkrijgt de stroom gesmolten metaal de spiraalvormige beweging om de kem 4. De ontstane stroming onder stationaire toestand bestaan uit een traagheidsstroming, een spiraalvormige omtrekstroming (streeplijn) 12, waarbij de stroming 13 verontreinigingen in de uitlaatpijp 8 beweegt en de circulerende potientiaal stroom 14 in de tegenover gestelde richting vanaf kamer 5 in 15 uitlaatpijp 8.

De uitvinding zal verder verduidelijkt worden met verwijzing naar de bijgesloten tekeningen, waarin: 20 Fig. 1 schematisch de inrichting volgens de uitvinding toont,

Fig. 2 een dwarsdoorsnede volgens lijn II-II uit fig. 1 toont, en

Fig. 3 een samenstel van inrichtingen volgens de uitvinding toont.

25

In fig. 1 is de inrichting volgens de uitvinding in het geheel met 1 aangegeven. In deze uitvoering is deze verwezenlijkt door het vormen van een blok keramisch materiaal en begrepen zal worden dat de constructie vervaardigd kan worden uit enig niet-keramisch materiaal dat bij de inrichting verkregen kan worden door het samenvoegen van 30 afzonderlijke onderdelen. De filterinrichting omvat een inlaatleiding 3, die uitmondt in een scheidingsvat 2 met een uitlaat 8. Een verticale as heeft verwijzingscijfer 9. Een kem 4 is aanwezig, die in neerwaartse richting in scheidingsvat 2 toeloopt. Bij de bodem van het scheidingsvat 2 is een opstaande rand of huls (bus (6)) aanwezig, die 7 een holte 5 vrij laat tussen het buitenoppervlak van de huls en het binnenoppervlak van het scheidingsvat (zie ook fig. 2). Bij het benedeneinde van de holte 5 is een afvoer 16 aanwezig. Het bovendeel van de huls 6 functioneert als overstroomdeel. Uit de figuren is het duidelijk dat de kern 4 zich binnen dit overstroomdeel uitstrekt, waarbij een 5 spleet 15 achterblijft voor de af te voeren vloeistof. De inlaatleiding 3 heeft een bijzondere vorm volgens de uitvinding. Deze is uitgevoerd op spiraalvormige of spiraalachtige wijze, zich uitstrekkend om verticale hartlijn 9. De hoogte h van de spiraal is % - lA van de totale hoogte H van de inrichting. De spiraal ontspant een boog van ten minste 180° om de verticale as en de spoed (volledige omwentelingen) van de 10 spiraal is ongeveer 0,8-1,2 van de gemiddelde diameter 2R van de spiraal. Op deze wijze kunnen optimale stroomomstandigheden verkregen worden voor het metaal dat uit de inlaatleiding in het vat stroomt. Deze stroming is een spiraalvormige stroming en is in de tekening met stippellijn 12 aangegeven. Door het verschil in hoogte over de inlaatleiding en de tangentiële beweging, opgelegd door de spiraalvoimige gedaante 15 van de leiding 3, zal het metaal met hoge snelheid langs de binnenwand van het vat 2 stromen, waardoor scheiding van verontreiniging bevorderd wordt. Zoals in fig. 2 getoond is, zal de draaiende spiraalachtige beweging voortgezet worden totdat de stroming de bodem van de holte 5 bereikt. Daar wordt omkering van de stroming op zodanige wijze verwezenlijkt, dat binnen de spiraal vormige stroming van het 20 neerwaarts bewegende metaal een inwaartse stroming van gereinigd metaal langs het buitenoppervlak van de huls 6 verkregen wordt. Dit wordt aangegeven met de lijn 14. Met betrekking tot het overstromen zal het metaal in de spleet 15 tussen de inlaatleiding 3 en het binnenoppervlak van de huls 6 stromen en in neerwaartse richting bewegen. Deze gezuiverde metaalstroming of andere stroming kan verder behandeld 25 worden. Verontreinigingen zullen neerslaan in het benedendeel van de holte 5 en kunnen periodiek ontladen worden via afvoer 16.

In fig. 3 is een samenstel 17 bestaande uit drie inrichtingen 1 volgens de onderhavige uitvinding afgebeeld. De uitlaten 8 zijn verbonden met de gemeenschappelijke uitlaat 30 19. De afvoeren 16 kunnen eveneens verbonden worden met een gemeenschappelijke afvoer en een leiding 20 is aanwezig voor een eventuele recirculatie van de afgevoerde vloeistof in de inlaatleidingen 3. Het is ook mogelijk een aantal inrichtingen 1 volgens 8 de uitvinding in serie aan te brengen, hetgeen betekent dat de uitlaat 8 van een inrichting verbonden is met de inlaat 3 van de volgende inrichting.

De bovenstaande beschrijving toont en beschrijft een voorkeursuitvoering van de 5 onderhavige uitvinding. Vanzelfsprekend kunnen wijzigingen en ontwerpvariaties van de onderhavige uitvinding verwezenlijkt worden, afhankelijk van het metaal, gietproces en procesomstandigheden. Daarom moet begrepen worden dat degene bekwaam in de stand der techniek uit deze beschrijving en bijgaande tekeningen en conclusies zal begrijpen dat de varianten van de onderhavige uitvinding uitgevoerd kunnen worden 10 zonder buiten de gedachte van de uitvinding te geraken zoals beschreven in de onderstaande conclusies.

Meer in het bijzonder worden rechten gevraagd voor de volgconclusies als zodanig, dat wil zeggen zonder de combinatie met een of meer van de voorgaande conclusies en/of 15 de hoofdconclusie.

200 0461-,

Claims (14)

1. Inrichting (1) voor het reinigen van een metaalstroom omvattende een inlaatleiding (3), een scheidingsvat (2) verbonden met die leiding (3), waarbij dat scheidingsvat een 5 uitlaat (8) heeft voor een gereinigde metaalstroom, waarbij die inlaatleiding omvat een spiraalvormig deel met een in hoofdzaak verticale hartlijn (9), welke een boog van ten minste 180° omspant en een spoed (P) van 0,8-1,2 van de gemiddelde diameter (2R) van de spiraal.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de hoogte (h) van die spiraalvormige leiding % - Vi van de totale hoogte (H) van de inrichting is.

3. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij dat vat een cycloonreinigingsinrichting is. 15

4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het vat (2) nabij de uitlaatopening (8) een opstaande rand (6) omvat, die zich uitstrekt vanaf die uitlaatopening en waarbij een holte (5) begrensd is tussen die opstaande rand (6) en het binnenoppervlak van dat vat (2). 20

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij die holte voorzien is van een afvoer (16) voor verontreinigingen.

6. Inrichting volgens conclusie 5, waarbij die afvoer (16) verbonden is met die 25 inlaatleiding (3).

7. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies in combinatie met conclusie 4, waarbij de opstaande rand (6) zich over ten minste 50% van de totale hoogte (H) van het vat uitstrekt. 30

8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het vat bij het benedeneinde voorzien is van een centrale kem (4), waarbij een spleet (15) overblijft tussen die opstaande rand (6) en het binnenoppervlak van dat vat (2). 200 0461-,

9. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de kern (4) in neerwaartse richting toeloopt.

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9 in combinatie met conclusie 4, waarbij die kern 5 zich binnen die opstaande rand (6) uitstrekt, waarbij een spleet (15) overblijft tussen de kern en het binnenoppervlak van de opstaande rand (6).

11. Werkwijze voor het reinigen van een vloeistofstroom van een metaal, omvattende het in een scheidingsvat laten binnentreden van die stroming bij het opleggen van een 10 neerwaarts gerichte spiraalbeweging daarop, het doen treffen van die stroming op het benedeneinde van dat vat en het omkeren van de stroming daarvan in opwaartse richting.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij die opwaarts gerichte stroming zich 15 binnen die neerwaartse spiraalbeweging bevindt.

13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, waarbij die opwaarts omgekeerde stroming (14) via een overstroomdeel afgevoerd wordt.

14. Werkwijze volgens conclusie 11-13, waarbij het metaal aluminium bevat. 2000461-