NO155397B - Roterbar gassfordelingsanordning for raffinering av smeltet metall. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en roterbar gassfordelingsanordning for raffinering av smeltet metall som befinner seg i en beholder.

Selv om den heri beskrevne oppfinnelse har generell anvend-else ved raffinering av smeltet metall, er den spesielt relevant med henblikk på raffinering av aluminium, magnesium, kobber, sink, tinn, bly og disses legeringer, og den anses som en forbedring over den apparatur som er beskrevet i NO-PS 134754 (=US-PS 3743263).

Prinsipielt omfatter den prosess som beskrives i referanse-apparaturen dispergering av en spylegass i form av ekstremt små gassbobler i en smelte. Hydrogen fjernes fra smeiten ved desorbsjon inn i gassboblene, mens andre ikke-metalliske urenheter løftes til et drossjikt ved flotasjon. Disperger-ingen av spylegassen gjennomføres ved bruk av roterende gassfordelere som gir en høy grad av turbulens i smeiten. Turbulensen forårsaker at de små ikke-metalliske partikler agglomererer til større partikkelaggregater som floteres til smelteoverflaten ved hjelp av gassboblene. Denne turbulens i metallet sikrer også grundig blanding av spylegassen med smeiten og holder det indre av beholderen fri for avsetninger og oksydoppbygning. Ikke-metalliske urenheter som er flotert ut av metallet trekkes av fra systemet sammen med drosset mens hydrogen som er desorbert fra metallet forlater systemet sammen med brukt spylegass.

Den roterende gassfordeler som er beskrevet i det ovenfor angitte pantet har blant sine andre konstruksjonstrekk en aksel og en med finner utstyrt rotor (forbundet med akselen) og en med finner utstyrt stator, og disse samvirker slik at det oppstår et ønsket boblemønster i smeiten. Når den er i drift, induserer innretningen strømningsmønstret i smeiten i den nærmeste nærhet slik at gassboblene som dannes transporteres langs en resulterende strømningsvektor som er radialt utadrettet med en nedoverrettet komponent i forholdet til innblåsningsanordningens vertikale akse. Disse strømningsmønstre har diverse fordelaktige virkninger.

For det første oppnås det en i det vesentlige vertikal om-røring i smeltelegemet hvorved en nedadrettet strøm langs anordningen, kombinert med de roterende finner, forårsaker en finoppdeling av gassen til små diskrete gassbobler.

For det andre forhindrer den hurtige transport av gassboblene bort fra innføringspunktet inn i smeiten en boblekoali-sens i sonen der gassboblekonsentrasjonen er størst. For det tredje forlenges gassoppholdstiden for de godt disper-gerte gassbobler i smeiten, fordi gassboblene ikke umiddel-bart ved dannelse stiger til overflaten.

I en første utførelsesform av den roterende gassfordelings-anordningen ble akselen hvortil den med finner utstyrte rotor "ble festet, laget av et varmemotstandsdyktig metall, men da det var nødvendig å benytte en prosessgass innehold-ende små mengder halogen ble metallakselen stygt erodert . Den mest praktiske aksel ble derfor fremstilt av grafitt, som ikke er ømfintlig overfor halogen. Under drift brekker imidlertid hyppig den mere sprø grafittaksel, noe som resulterer i økte omkostninger på grunn av behov for reservedeler, stillstand og merarbeid.

Grunnen til dette sammenbrudd synes å skyldes det faktum

at faste partikler av forskjellige former med dimensjoner fra brøkdeler av en cm og opptil et titalls cm ofte finnes i smeiten. Det er antatt av dise partikler leilighetsvis befinner seg på punkter der finnene eller kanalene mellom finnene i stator og rotor stemmer overens i drift, noe som fører til en blokkering og hvorved tilstrekkelig kraft kan oppstå til å ødelegge akselen.

En gjenstand for oppfinnelsen er derfor å frembringe en forbedring av metallraffineringsapparaturer som unngår slike akselbrudd og som likevel gir et gunstig boblemønster med en riktig strømningsvektor.

I- henhold til dette, angår foreliggende oppfinnelse en roterbar gassfordelingsanordning for raffinering av smeltet metall som befinner seg i en beholder, og omfatter: (I) en dreibar aksel som i den øvre ende står i forbindelse med et drivverk og i den nedre ende fast er forbundet med en med finner utstyrt rotor; (II) en hul stasjonær hylse som omgir akselen og i den nedre ende er festet til en hul sikulær stator;

(III) en aksial passasje for transport og utslipp av

gass til klaringen mellom rotor og stator, idet passasjen begrenses av den indre overflate av hylsen og stator og en ytre overflate av akselen; og

(IV) anordninger for transport av gass til den øvre ende av passasjen under tilstrekkelig trykk til å blåses inn i beholderen, og

gassfordelingsanordingen karakteriseres ved at stator har en glatt ytre overflate, og at forholdet mellom den ytre diameter for den stator-ende som er nærmest rotoren og basisdiameteren for rotoren nærmest statoren, er i området 1:1 til ca. 0,8:1. Fig. 1 er et skjematisk diagram av et planriss i snitt av en utførelsesform av foreliggende apparatur; og Fig. 2 er et skjematisk diagram av et sideriss, delvis i snitt, av en utførelsesform av foreliggende apparatur langs linjen 2-2 i fig. 1.

Apparaturer som spesielt kan trekke nytte av forbedringen

er vist i US-PS 4040610 og 4021026. For illustrasjonens skyld er den apparatur som vises i tegningen, bortsett fra oppfinnelsens forbedring, den samme som i US-PS 4040610.

Under henvisning til tegningen, har apparaturen som er vist

i fig. 1 og 2 en enkelt roterende gassfordelingsanordning som skal beskrives nedenfor.

Ytterveggen 2 i ovnen er karakteristisk laget av stål.

Innsiden av veggen 2 er av ildfast materiale 3 med oppmurte Stener med lav termisk ledningsevne som en første isolator og det innvendige av den ildfaste vegg 3 er et ildfast materiale 4, et støpbart aluminiumoksyd som er ugjennomtren-gelig for smeiten. Et typisk slik materiale er 96% A^O^, 0,2% Fe20^ og resten andre stoffer. Det ildfaste materiale 4 har også lav termisk ledningsevne og gir selvfølgelig ytterligere isolasjon. Den ytre konstruksjon gjøres full-stendig av ovnsdekslet eller -taket 5 og en derover liggende konstruksjon som bærer gassfordeleren og en ikke vist elektrisk motor.

Raffineringsoperasjonen begynner med åpning av ikke viste glidedører ved innløpsåpningen 7. Det smeltede metall trer inn i arbeidsrommet 8 (vist med smelte) gjennom innløpsåp-ningen 7 som kan være utformet med silisiumkarbid-blokker. Smeiten blir heftig omrørt og spylt med raffineringsgass gjennom den roterende gassfordeler. Dreiningen av rotoren i fordeleren er motsatt klokken, imidlertid har det sirkulære mønster som oppnås i smeiten på grunn av fordeleren en vertikal komponent. Virveldannelser reduseres ved å gjøre arbeidsrommet 8 usymmetrisk ved hjelp av utløpsrøret 9 og plater 10 og 15.

Det raffinerte metall trer inn i utløpsrøret 9 som befinner seg bak platen 10 og føres til utløpsrommet 11. Dette er separert fra arbeidsrommet 8 ved hjelp av grafittblokk 12 og silisiumkarbid-blokk 13. Det raffinerte metall forlater ovnen gjennom utløpsåpningen 14 og føres f.eks. til støping. Bunnen av ovnen er utforet med grafittplate 6.

Drosset som flyter på metallet fanges av blokken 15 som virker både som ledeplate og en skummekniv og samler drosset på overflaten av smeiten nær innløpsåpningen 7 hvorfra det lett kan fjernes. Den brukte spylegassen forlater systemet under de ikke viste glidedører ved innløpet. Beskyttelse av rommet over smeiten oppnås ved å innføre en inert gass slik som argon gjennom et ikke vist innløpsrør. Atmosfæren i utløpsrommet 11 blir imidlertid ikke kontrollert og derfor benyttes grafittblokker 12 der kun under overflaten av smeiten.

Et tappe- eller utløpshull 16 er anordnet for å tappe ovnen når det skal skje legeringsforandringer. Det kan være an-bragt på innløps- eller utløpssiden av ovnen.'

Varme tilføre i denne utførelsesform til ovnen ved hjelp

av seks nikkel-krom varmeelementer 17, basert på elektrisk motstandsoppvarming, innført i grafittblokkene 18 som ut-fører en dobbeltfunksjon, nemlig utforing og oppvarming,

tre i hver blokk. Blokkene 18 holdes på plass ved hjelp av stålklipsene 19 og ved hjelp av blokkene 12 og 13 som i sin tur holdes ved hjelp av ikke vist not og fjær. Blokkene 18 kan fritt ekspandere mot innløpssiden av ovnen og oppover.

Taket 5 slutter tett mot resten av ovnen ved bruk av flenser 20 og beskyttes fra varmen ved flere isolerende sjikt 21.

Et eksempel på den type isolasjon som benyttes er fibrøs aluminiumsilikat med aluminiumfoliebasis. Et termoelement for badet er utstyrt med et ikke vist beskyttelsesrør.

Hvert varmeelement 17 er glidbart festet til taket 5 slik

at det kan bevege seg etter hvert som blokken 18 ekspanderer. Elementet 17 er innført i et hull boret i blokken 18. Kon-takten mellom element 17 og blokken 18 forhindres ved et avstandsstykke 24 og en varmeskjerm 25. Det hele er glidbart anordnet for tilpasning til den termiske ekspansjon for blokken 18. Når ovnen er bragt til driftstemperatur og blokken 18 er ekspandert, blir elementet 17 festet i stil-ling. Når ovnen avkjøles igjen av en eller annen grunn, løsnes det ikke viste festet av elementet 17 til taket 5 slik at dette fritt kan bevege seg når blokken 18 trekker seg sammen. Elementene 17 er vanligvis loddrett på taket

og bunnen av ovnen og parallelle med hverandre.

Det er foretrukket at materialet som benyttes for de forskjellige blokker og andre stykker er grafitt. Der grafitt befinner seg over nivået for smeiten, er det imidlertid foreslått at grafitten blir dekket med f.eks. en keramisk maling eller at man på annen måte beskytter den fra oksy-dasjonen, selv om forseglinger og en beskyttende atmosfære benyttes, eller man kan eventuelt benytte silisiumkarbid istedet for grafitt.

En ikke vist motor, temperaturkontroll, transformator og annet vanlig utstyr er anordnet for å drive fordelingsanord-ningen og også varmeelementene 17. Tetting av innløp og utløp, rørledninger og annet utstyr som hører med til det lukkede system er også konvensjonelt og ikke vist. Selv om det er vist i den beskrevne apparatur en roterende gassfordelingsanordning (gassfordeler), kan to eller flere benyttes, forutsatt at størrélsen av apparaturen økes propor-sjonalt. Gassfordeleren eller gassinnblåsningsanordningen som er vist, består av en rotor 33 med finner 34 og kanaler 35 mellom finnene. Rotoren 33 drives ved hjelp av en ikke vist motor via akselen 30 til hvilken den er festet. Akselen 30 er beskyttet mot smeiten ved en hul hylse 31 og en hul stator 32 hvortil hylsen er festet. Den ytre overflate av stator er glatt. Det er tilstrekkelig klaring mellom rotoren 33 og statoren 32 til å tillate fri rotasjon av rotoren 33 og til å tillate utoverrettet fri strøm av prosessgassen. Konstruksjonen av anordningen er slik at det er en ikke vist passasje som defineres av akselen 30

og den indre overflate av hylsen 31 og stator 32, gjennom hvilken gassen kan innføres og tvinges ut inn i klaringen mellom rotor 33 og stator 32. Akselen 30 og hylsen 31 og stator 32 kan ha samme akse og således er passasjen paral-lell med og omgir aksen. Anordninger for tilførsel av gass til den øvre ende av passasjen under tilstrekkelig trykk til å kunne blåses inn i beholderen og smeiten er

anordnet men ikke vist.

Det fremgår av fig. 2 at den ytre diameter av den sirkulære stator 32, målt ved bunnen, dvs. den ende av stator som er nærmest rotoren, er den samme som "basisdiameteren" av den sirkulære rotor 33, målt ved enden av eller basis for rotor nærmest stator. "Basis"-diameter er den diameter for rotor som er målt gjennom senterpunktet av denne over en sirkel definert av det dypeste punkt av kanalene 35 mellom finnene 34. Forholdet mellom den ytre diameter for stator og basisdiameter for rotor, begge målt ved bunnen (dvs. den ende som er nærmest hverandre) er i området 1:1 til 0,8:1. Hvis dette forhold reduseres til under 1:1, mister man gi advis det fordelaktige boblemønster som er nevnt ovenfor. En reduksjon av diameteren resulterer blant annet i en ekstrem bobleagglomerering, noe som fører til en uakseptabel overfiateturbulens. En for stor overflate-turbulens er ansvarlig for at urenheter som flyter til overflaten av smeiten begynner å bevege seg inn i smeiten igjen. Det punkt der overfIateturbulens blir uakseptabel etter hvert som det nevnte forhold reduseres, er avhengig av forskjellige faktorer slik som rotorhastighet, gassgjennomløp, klaring mellom rotor og stator og mellom rotor og beholder samt dybden av kanalene 35. Det anses at et forhold på

ca. 0,8:1 er den laveste verdi som tar hensyn til disse faktorer. Det skal forstås av forholdet 1:1 er optimum og et forhold på ca. 0,9:1 er foretrukket som nedre grense.

Stator kan være sylindrisk eller skrådd. En foretrukket skråning er der stators legeme vider seg ut for å gi en diameter større enn diameteren ved endene. Økningen fra endediametrene til denne diameter kan være opptil ca. 30%, basert på diameteren ved enden. Skråingen kan være fra 30-60 grader. Denne konstruksjon gir en noe bedre ytelse hva angår overfIateturbulens ved høye rotorhastigheter og høye gassgjennomløp, kan forhindre bobleagglomerering i større grad enn en sylinderisk stator og gir bedre bæring. Typiske dimensjoner for beholderen (det ytre skall) er: lengde, 140 cm; bredde, 125 cm; og høyde, 145 cm; for stator ytre diameter ved enden: 12,7 cm, med eller uten skråing (hvis skrådd, samme endediameter på 12,7 skrådd ut i 45° vinkel for å gi en største diameter på ca. 15 cm); for rotoren, navvinkel; 12,7 cm og ytre diameter, dvs. målt ved finnenes spisser, 19 cm. Typiske rotorhastigheter for en slik beholder, rotor og stator er 400-600 omdreininger/minutt med et gassgjennomløp på 84-140 liter/minutt.

Claims (4)

1. Roterbar gassfordelingsanordning for raffinering av smeltet metall som befinner seg i en beholder og omfatter (I) en dreibar aksel som i den øvre ende står i forbindelse med et drivverk og i den nedre ende fast er forbundet med en med finner utstyrt rotor; (II) en hul, stasjonær hylse som omgir akselen og i den nedre ende er festet til en hul sirkulær stator; (III) en aksial passasje for transport og utslipp av gass til klaringen mellom rotor og stator, idet passasjen begrenses av den indre overflate av hylsen og stator og den ytre overflate av akselen; og (IV) anordninger for transport av gass til den øvre ende av passasjen under tilstrekkelig trykk til å blåses inn i beholderen, karakterisert ved at stator har en glatt ytre overflate, og forholdet mellom den ytre diameter for den stator-ende som er nærmest rotoren og basisdiameteren for rotoren nærmest statoren er i området 1:1 til ca. 0,8:1.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at stator er skrådd på en slik måte at den største ytre diameter av stator er større enn den ytre diameter av stator målt ved den ende som er nærmest rotor.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet ligger innen området 1:1 til ca. 0,9:1.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet er 1:1.