NO135711B

NO135711B -

Info

Publication number: NO135711B
Application number: NO754108A
Authority: NO
Inventors: J A Bolstad; K Lovold
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1975-12-05
Filing date: 1975-12-05
Publication date: 1977-02-07
Also published as: NO754108L; NO135711C

Description

Oppfinnelsen vedrører en innblandingsmekanisme for metallsmelter for innlegering av tilsatselementer eller for til-setning av raffineringsfluks. The invention relates to a mixing mechanism for metal melts for alloying additive elements or for adding refining flux.

I metallurgisk industri står man overfor spesifikke problemer når det gjelder omrøring og homogenisering av tungt-flytende metallsmelter av høy temperatur. Disse problemer er i den senere tid blitt aksentuert fordi det i større ut-strekning blir benyttet pulverformede tilsatselementer som blir liggende å flyte på overflaten av metallet pga. overflatehinnen. In the metallurgical industry, specific problems are faced when it comes to stirring and homogenizing heavy-flowing high-temperature metal melts. These problems have in recent times been accentuated because powdery additive elements are used to a greater extent, which remain floating on the surface of the metal due to the surface membrane.

Innlegering av tungt oppløselige elementer som f.eks. Si og Mn, i flytende magnesium, er tradisjonelt vanskelig. Høye temperaturer og lang innlegeringstid er nødvendig for å få akseptable virkningsgrader. Ved å benytte finkornet materiale ville innlegeringsbetingelsene kunne forbedres betraktelig og føre til lavere innlegeringstemperaturer, kortere innlegeringstid og bedre virkningsgrad. Alloying of poorly soluble elements such as e.g. Si and Mn, in liquid magnesium, are traditionally difficult. High temperatures and a long alloying time are necessary to obtain acceptable levels of effectiveness. By using fine-grained material, the alloying conditions could be improved considerably and lead to lower alloying temperatures, shorter alloying time and better efficiency.

Hvis imidlertid et slikt finkornet materiale helles ned på overflaten til flytende magnesium, vil størstedelen av materialet bli liggende å flyte på toppen av overflaten på grunn av overflatehinnen på metallet og det sjikt av be-skyttelsesfluks som tildekker metallets overflate. However, if such a fine-grained material is poured onto the surface of liquid magnesium, the majority of the material will remain floating on top of the surface due to the surface film on the metal and the layer of protective flux covering the surface of the metal.

Spesielt når det er ønskelig med høye reaksjonshastigheter og fullstendig oppnåelse av termodynamiske likevekter i løpet av kort tid, er det nødvendig med en rask utjevning Especially when high reaction rates and complete achievement of thermodynamic equilibria within a short time are desired, a rapid equalization is necessary

av de temperatur- og faseforskjeller som foreligger. of the temperature and phase differences that exist.

Hittil har den vanligste form for innlegering gått ut på å plassere forlegeringer og tilsatselementer m.v. i en åpen kurv som senkes ned i metallsmelten. Omrøring er blitt ut-ført manuelt ved å benytte et enkelt håndverktøy, etter at forlegeringen er oppløst og kurven heist opp av smeiten. Når det dreier seg om store metallmengder og det dessuten benyttes finkornet tilsatsmeteriale, vil det ved manuell innrøring, foruten å føre til et betraktelig ubehag for operatøren, være vanskelig å få en tilfredsstillende inn-røring. Det finkornede materialet vil klumpe seg sammen og en vil kunne få så sterk lokal avkjøling av smeiten i disse områdene, at klumper bestående av finkornet innlegerings-metall innfUtrert med magnesium, vil synke til bunns og bli liggende i bunnfallet i digelen og følgelig ikke bli oppløst i det flytende metallet, noe som igjen medfører at virkningsgraden ved innlegering avtar sterkt. Until now, the most common form of alloying has consisted of placing pre-alloys and additive elements etc. in an open basket that is lowered into the molten metal. Stirring has been carried out manually by using a simple hand tool, after the pre-alloy has dissolved and the basket has been lifted from the smelter. When large amounts of metal are involved and fine-grained additive material is also used, manual mixing will, in addition to causing considerable discomfort for the operator, make it difficult to achieve a satisfactory mixing. The fine-grained material will clump together and you will be able to get such a strong local cooling of the smelting in these areas that lumps consisting of fine-grained alloy metal infused with magnesium will sink to the bottom and remain in the sediment in the crucible and consequently not be dissolved in the liquid metal, which in turn means that the efficiency of alloying decreases greatly.

Det har ikke manglet forslag til å løse disse problemer ved hjelp av mer eller mindre kompliserte maskinelt drevne an-ordninger . There has been no shortage of proposals to solve these problems using more or less complicated machine-driven devices.

Såkalte elektrodynamiske omrørere er også blitt benyttet, men slike elektromagnetiske røreorganer blir forholdsvis kostbare og har begrenset anvendelse. So-called electrodynamic stirrers have also been used, but such electromagnetic stirrers are relatively expensive and have limited application.

For å unngå bruk av bevegelige deler nede i smeiten med der-av følgende slitasje og korrosjonsproblemer, er det videre foreslått å benytte en røreinnretning bestående av et lodd-rett roterende hovedrør, som er lukket i sin øvre ende og står i forbindelse med et eller flere grenrør, jfr. norsk patent 106350. In order to avoid the use of moving parts down in the forge with the resulting wear and corrosion problems, it is further proposed to use a stirring device consisting of a perpendicular rotating main pipe, which is closed at its upper end and is connected to a or several manifolds, cf. Norwegian patent 106350.

Pumpevirkning oppnås når hovedrøret roterer sammen med grenrørene, idet sentrifugalvirkningen i grenrørene sørger for at smeiten aksellerer ut til siden, idet grenrøret er anordnet i en vinkel i forhold til hovedrørets omdreinings-akse. Ulempen ved en slik konstruksjon er imidlertid at omrøring bare skjer i et relativt .tynt overflatesjikt og i smeltens ytre omkretssone, noe som medfører at lettere tilsatselementer blir revet med og samler seg på eller ved smeltedigelens yttervegger. Dette er videre en innretning som kun er egnet for omrøring av smeiten etter at lege-ringselementene er tilsatt. A pumping effect is achieved when the main pipe rotates together with the branch pipes, as the centrifugal action in the branch pipes ensures that the melt accelerates to the side, as the branch pipe is arranged at an angle in relation to the main pipe's axis of rotation. The disadvantage of such a construction, however, is that stirring only takes place in a relatively thin surface layer and in the outer peripheral zone of the melt, which means that lighter additive elements are carried along and accumulate on or near the outer walls of the crucible. This is also a device which is only suitable for stirring the melt after the alloying elements have been added.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tas sikte på å skaffe til veie en enkel, men samtidig effektiv innblandingsmekanisme som også bevirker omrøring, idet den etablerer en konsen-trert og avgrenset blandesone til hvilken legeringselemen-tene hhv. raffineringsfluksen lett kan tilsettes og hvor det foregår en kraftig sammenblanding, samtidig som hele digel-volumet settes i strømninger og nytt ulegert metall hele tiden strømmer til blandesonen. According to the present invention, the aim is to provide a simple but at the same time effective mixing mechanism which also causes stirring, as it establishes a concentrated and defined mixing zone to which the alloy elements or the refining flux can easily be added and where vigorous mixing takes place, at the same time that the entire crucible volume is put into flows and new unalloyed metal constantly flows to the mixing zone.

Innblandingsmekanismen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av patentkravene. The mixing mechanism according to the invention is characterized by the features that appear in the patent claims.

Videre spesielle kjennetegn og fordeler med den angjeldende mekanisme vil fremgå i forbindelse med den etterfølgende beskrivelse, hvor en utførelsesform av mekanismen er de-taljert beskrevet under henvisning til de medfølgende teg-ninger. Furthermore, special characteristics and advantages of the mechanism in question will appear in connection with the following description, where an embodiment of the mechanism is described in detail with reference to the accompanying drawings.

Figuren viser innrøringsmekanismen sett fra siden og delvis i snitt og anordnet i den tilhørende digel. The figure shows the stirring mechanism seen from the side and partially in section and arranged in the associated crucible.

Innrøringsmekanismen består av en i begge ender åpen konisk beholder 1 med en rett, nedre flens 2. Beholderen henger i The mixing mechanism consists of a conical container 1 open at both ends with a straight, lower flange 2. The container hangs in

en kran e.l. og kan senkes ned i en metallsmelte, som befin-ner seg i en digel 7. En impeller i form av en propell 4 med en aksel 5 er forbundet med en motor 3, som kan drives elektrisk eller pneumatisk. Propellen 4 er anordnet i beholderens nedre parti, mens drivakselen 5 forløper vertikalt og er forbundet med motoren 3 i passe avstand over smeltens nivå 9. Beholderens øvre omkretsparti er forsynt med et antall gjennomgående åpninger 8, i form av langstrakte, relativt smale slisser eller spalter. Ved overgangen mellom beholderens koniske del og det nedre flensparti er anbragt en rist 6. a crane etc. and can be lowered into a metal melt, which is in a crucible 7. An impeller in the form of a propeller 4 with a shaft 5 is connected to a motor 3, which can be driven electrically or pneumatically. The propeller 4 is arranged in the lower part of the container, while the drive shaft 5 runs vertically and is connected to the motor 3 at a suitable distance above the level of the melt 9. The upper peripheral part of the container is provided with a number of continuous openings 8, in the form of elongated, relatively narrow slits or slits . At the transition between the conical part of the container and the lower flange part, a grate 6 is placed.

Virkningsmåten for innrøringsmekanismen er som følger. Den konisk formede beholder 1, senkes ned i metallsmelten til nivået 9 vist på figuren. Motoren settes i gang med passe hastighet og propellen 4 begynner å rotere slik at metall The operation of the mixing mechanism is as follows. The conically shaped container 1 is lowered into the molten metal to the level 9 shown in the figure. The engine is started at the right speed and the propeller 4 starts to rotate so that metal

i form av adskilte stråler eller "fossefall" strømmer inn i beholderen gjennom åpningene 8 og ned gjennom beholderen og ut gjennom flenspartiet med strømningsretning mot dige-lens bunn. Finkornet tilsatsmateriale doseres deretter jevnt i den koniske beholder. På grunn av den gode omrøringen i en avgrenset effektiv blandesone inne i beholderen vil klump-dannelse unngås, hvert korn vil ha et visst fallvolum til rådighet og rask oppløsning uten stort temperaturfall vil finne sted. Den jevne dosering av det finkornede materialet kan foregå manuelt eller fortrinnsvis f.eks. ved hjelp av en ejektor som vist på figuren. in the form of separate jets or "waterfalls" flows into the container through the openings 8 and down through the container and out through the flange section with the direction of flow towards the bottom of the crucible. Fine-grained additive material is then dosed evenly into the conical container. Due to the good stirring in a limited effective mixing zone inside the container, lump formation will be avoided, each grain will have a certain fall volume available and rapid dissolution without a large drop in temperature will take place. The even dosing of the fine-grained material can be done manually or preferably e.g. using an ejector as shown in the figure.

Metallet som tilføres beholderen for innlegering vil alltid være rent og oksydfritt da beholderens og spalteåpningens konstruksjon er utført på en slik måte at det øvre metallag med fluksdekke ikke blir berørt av metallgjennomgangen. Fluksdekket består nemlig av en sammenhengende hinne som legger seg inn mot spalteåpningene uten å gå gjennom dem. The metal that is supplied to the container for alloying will always be clean and oxide-free as the construction of the container and the slot opening is carried out in such a way that the upper metal layer with flux cover is not affected by the metal passage. The flux cover consists of a continuous membrane that fits into the slot openings without going through them.

Ved hjelp av denne innrøringsmekanisme vil innlegeringen kunne foretas ved normal smeltetemperatur. Innlegeringstiden vil kunne forkortes betraktelig og innlegeringsutbyt-tet vil kunne økes sterkt. By means of this stirring mechanism, the alloying can be carried out at normal melting temperature. The alloying time will be able to be shortened considerably and the alloying yield will be able to be greatly increased.

Beholdningsåpningene vil også kunne være utformet som sir-kulære hull e.l. som i sin helhet er anordnet under fluksdekket. Utformingen med langstrakte spalter representerer imidlertid den foretrukne utførselsform. The storage openings can also be designed as circular holes or the like. which is arranged in its entirety under the flux deck. However, the design with elongated slits represents the preferred embodiment.

Innlegeringsmekanismen vil også kunne benyttes ved innlegering av metall i barreform f.eks. forlegeringer. Barrene legges da ned i beholderen slik at de hviler mot risten 6. Når motoren settes i gang vil den sterke metallflyten gjennom beholderen gjøre at barrene oppløser seg meget raskere enn ved konvensjonell nedsenking ved hjelp av åpne kurver. Nedsenkningsdybden av beholderen og motorens 3 hastighet blir gjensidig avpasset slik at metallet strømmer "foss-liknende" inn i beholderen. Metallstrømmene river med seg innlegeringselementer og - partikler ned til selve blandesonen i området rundt den roterende impeller. Den kraftige strøm som oppstår forhindrer derved at finkornet materiale forblir flytende i overflatesjiktet. Den enkleste måte å sikre at denne strømningen hele tiden foregår, er å regulere beholderens høyde i digelen slik at en passende mengde metall hele tiden strømmer gjennom slissene 8. Slissen sikrer også at metallet som strømmer inn i beholderen hele tiden tas fra overflatens nivå. Dette medfører at så lenge det finnes rent ulegert metall, vil dette tvinges til å strømme inn i beholderen. Herved oppnås en meget høy virkningsgrad ved innlegering. The alloying mechanism will also be able to be used when alloying metal in bar form, e.g. prealloys. The ingots are then placed in the container so that they rest against the grate 6. When the motor is started, the strong flow of metal through the container will cause the ingots to dissolve much faster than with conventional immersion using open baskets. The immersion depth of the container and the speed of the motor 3 are mutually adjusted so that the metal flows "waterfall-like" into the container. The metal flows drag alloying elements and particles down to the mixing zone itself in the area around the rotating impeller. The strong current that occurs thereby prevents fine-grained material from remaining liquid in the surface layer. The easiest way to ensure that this flow takes place all the time is to regulate the height of the container in the crucible so that an appropriate amount of metal constantly flows through the slots 8. The slot also ensures that the metal flowing into the container is constantly taken from the level of the surface. This means that as long as there is pure unalloyed metal, this will be forced to flow into the container. This achieves a very high degree of efficiency when alloying.

Den ovenfor beskrevne mekanisme er benyttet for utførelse av to innlegeringsprosedyrer med tilførsel av finkornet silisium henholdsvis manganklorid i form av MnC^-prills til en 2-tonns magnesiumsmelte. The mechanism described above is used to carry out two alloying procedures with the supply of fine-grained silicon and manganese chloride respectively in the form of MnC^-prills to a 2-tonne magnesium melt.

Eksempel 1 Example 1

Innlegering av 1% silisium i en 2 tonn magnesiumsmelte. Alloying of 1% silicon in a 2 tonne magnesium melt.

Av tabellen kan en se at sammenlignet med den konvensjonelle bruk av innlegeringskurv ved innlegering av Si-metall blir innlegeringstiden mer enn halvert og virkningsgraden Øker når innrøringsmekanismen benyttes. From the table, one can see that compared to the conventional use of an alloying basket when alloying Si metal, the alloying time is more than halved and the efficiency increases when the stirring mechanism is used.

Når det gjelder innlegering av kornformet silisium, Silgrain, ser en at mye lavere, dvs. ordinære temperaturer kan benyttes ved siden av at innlegeringstiden er meget rask og virkningsgraden er meget høy. På grunn av arbeidshygieniske år-saker og lav virkningsgrad er det utenkelig å innlegere Silgrain manuelt uten bruk av innlegeringsmekanismen. When it comes to the alloying of granular silicon, Silgrain, one sees that much lower, i.e. ordinary, temperatures can be used in addition to the fact that the alloying time is very fast and the efficiency is very high. Due to occupational hygiene issues and low efficiency, it is unthinkable to embed Silgrain manually without using the embedding mechanism.

Eksempel 2 Example 2

Innlegering av 0,4% mangan i form av MnC^-prills i en Alloying of 0.4% manganese in the form of MnC^-prills in a

2 tonn magnesiumsmelte. 2 tons of magnesium melt.

Av tabellen kan en se at med innrøringsmekanismen kan normal innlegeringstemperatur benyttes, innlegeringstiden er meget rask og virkningsgraden er svært høy. From the table it can be seen that with the stirring mechanism, a normal alloying temperature can be used, the alloying time is very fast and the efficiency is very high.

Claims

1. Mixing mechanism for use when adding additive elements and for supplying refining flux etc. in metal smelters in the form of a machine-driven stirring device or impeller intended for immersion in the metal melt, characterized in that the impeller (4), which is arranged for downward movement of the melt, is arranged in the lower end part of a container (1) open at both ends , which have wall sections that seal against the melt, the container's upper end part being provided with a number of slots or openings (8) designed for the flow of molten metal.

2. Mechanism according to claim 1, characterized in that the container's slots (8) are elongated and extend essentially vertically in relation to the horizontal plane.

3. Mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the container (1) is designed with a conical upper part and a straight cylindrical lower end flange (2).

4. Mechanism according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the impeller is connected to a vertical shaft (5) which is rotatably connected to an electric or hydraulic motor (3) arranged above the conical container (1).

5. Mechanism according to claim 3, characterized in that the container is provided with an internal grate (6) arranged below the elongated slots (8) and immediately above the rotating impeller (4).