NO160529B - Innretning for behandling av en stroem av aluminium- ellermagnesiumbasert flytende metall eller legering. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en innretning for behandling av en strøm av aluminium- eller magnesiumbasert flytende metall eller legering.

Uttrykket "behandling" er generelt benyttet for å beskrive alle de trinn en råsmeltet flytende metall eller legering underkastes før den videre behandling i støperiet, og som tar sikte på å eliminere urenheter og spesielt oppløste gasser og inklusjoner som ville forringe egenskapene for de støpte produkter. Disse arbeidstrinn kan være av rent fysikalsk natur slik som filtrering, eller fysiskokjemiske slik som kontakt med flussmidler eller med inerte eller aktive gasser oppdelt i meget fine bobler.

I dag tvinger behovene i flyindustrien for tynne bånd for hylstre, tynne folier for elektrolytisk kapasitet, fine tråder for telefoni og viklinger, produsentene av halv-fabrikat bestående av lettmetaller og legeringer, til kontinuerlig å forbedre kvaliteten, spesielt fordi forbedrede analysemetoder har vist at mikroskopiske inklusjoner, hittil ansett neglisjerbare, kan ha en ugunstig virkning på visse mekaniske karakteristika og derved øke kasseringsandelen.

Heretter blir uttrykket "metall" eller "flytende metall" benyttet for å beskrive ikke-legert aluminium, ikke-legert magnesium samt leggeringer basert på et hvilket som helst av disse to metaller.

De innretninger som hyppigst benyttes for behandling av en flytende metallstrøm under dens gjennomløp er såkalte "øser" eller raffineringskar som generelt er tildannet av en metallbeholder med en ildfast utforing som eventuelt kan være utstyrt med oppvarmingsmidler som er eksterne eller integrert med utforingen, og som i de fleste tilfeller er oppdelt i to rom ved en flat eller sirkulær skillevegg. Et eller begge kan være fylt med en f iltreringssubstans, ofte bestående av aluminiumdioksydgranulat. Ett av rommene kan inneholde midler for injisering av en gass eller en blanding av inertgass (nitrogen, argon) og/eller aktivgass (klor).

US-PS 2 840 463, 2 863 558, 3 010 712, 3 025 155, 3 039 864, GB-PS 1 266 500 og 1 367 069 samt US-PS 3 870 511, 4 040 610 og 4 047 938 kan anføres som typiske eksempler på den kjente teknikk.

Imidlertid har de innretninger som til nu har vært benyttet ikke vært helt ut tilfredsstillende, hverken med henblikk på endelig renhet i det fremstilte metall (innhold av hydrogen og av såkalte "ultimaf-inklusjoner av størrelsesorden 5 pm eller mindre), eller med henblikk på den endelige bruk og behandling: oppvarming, rensing, hurtig overføring fra legering til ikke-legert metall eller fra legering til enn annen type legering, tømming av raffineringkarsumpen og forandring av filtersjiktet.

Foreliggende oppfinnelse angår i henhold til dette en innretning for behandling av en strøm av aluminium- eller magnesiumbasert flytende metall eller legering under gjennomløp, omfattende et raffineringskar bestående av et ytre metallhus, en indre ildfast utforing, en kanal for tilførsel av urent flytende metall i oppstrømsenden, en dyse for støping av behandlet flytende metall i nedstrømsenden og minst en indre skillevegg som sammen med bunnen i karet danner et rom for sirkulering av flytende metall og definerer et første oppstrømsrom og minst ett andre nedstrømsrom som åpnes mot støpedysen, og denne innretning karakteriseres ved at raffineringskaret er festet på en bærevugge forbundet med en bevegelig ramme i forhold til hvilken vuggen kan tippe forover rundt den første horisontale akse igjennom støpedysen hvorved den bevegelige ramme selv er forbundet med en fast ramme i forhold til hvilken den kan vippe rundt den andre horisontale akse.

Den første horisontale akse er omtrent loddrett på strøm-ningsretningen for det flytende metall i karet.

Den andre horisontale akse kan være parallel med eller loddrett på den første og tillater bakoverrettet eller lateralvugging.

Innretningen omfatter også oppvarminginnretninger inne i karet og som er fjernbare og uavhengige av den ildfaste utfor ing. Den kan også være utstyrt med midler for injisering av væske, faststoffer, gass eller dampformige behandlingsmidler og midler for alternativ innføring og avtrekking av de indre oppvarmingsmidler og midlene for injisering av behandlingsmidlene.

På konvensjonell måte omfatter den indre utforing et første isolerende sjikt med lav termisk ledningsevne i kontakt med det ytre metalliske hus samt et ildfast sjikt som er kjemisk inert ovenfor metallet og behandlingsmidlene.

Karet kan være utstyrt med filtreringsanordninger for flytende metall i det andre rom.

Den omfatter også et tett fjernbart lokk av hvilket en del kan separeres eller fjernes for fjerning av belegg og lignende.

Figurene 1-6 viser på ikke-begrensende måte innretningen som utgjør oppfinnelsens gjenstad idet: figur 1 er et 3/4 frontriss i perspektiv hvorfra en kolonne delvis er bortskåret for tydelighetens skyld;

figur 2 er et vertikalsnitt av den doble vuggeinnretning;

figur 3 er et planriss av raf f ineringskaret og den doble vuggeinnretning;

figur 4 er et lateralriss, delvis gjennomskåret; og

figur 5 og 6 viser en roterende injektor som kan benyttes som middel for injisering av behandlingsmiddel.

figur 1 viser de forskjellige elementer som utgjør hele innretningen. De etterfølgende tall gjør konstruksjons-detaljene klare.

Basis for innretningen er et stivt element i form av en fast ramme (1). Den har ett sett justeringsskruer (2) for justering til horisontalplanet. Det egentlige raffineringskar (3) bæres av vuggen (4) som i det vesentlige er dannet av to armer på hvilket karet (3) hviler via støtter (5). Den er festet ved hjelp av fjernbare midler slik som bolter. To stoppeskruer (6) tillater justering av horisontalplanet for karet i arbeidsstilling. Vuggen (4) er bevegelig I forhold til den bevegelige ramme (7) på de to lågere (8) der en førstehorisontal akse (9) omtrent går gjennom støpedysen (10).

Rammen (7) er bevegelig med to lågere (11) på to bæreele-menter (12), fast forbundet med rammen (1).

En andre horisontal akse (13), nemlig rotasjonsaksen for den bevegelige ramme (7) i forhold til bæreelementene (12), er parallel med rotasjonsaksen for karet. Dette arrangement er ikke obligatorisk og rotasjonsaksen (13) for den bevegelige ramme kan også være loddrett på rotasjonsaksen (9) for karet fordi de to rotasjonsbevegelser uavhengig kontrolleres ved hjelp av et dobbelsystem av stempler (14) og (15).

Det første par stempler (14) som virker på vuggen (4) tillater en foroverrettet vugging av karet ved 3' (antydet med stiplede linjer i figur 2) rundt en akse som går gjennom støpedysen (ljO). På denne måte kan, alt metall i karet fjernes meget hurtig. Skråstillingen av frontdelen (16) av den ildfaste utforing (17) tillater denne totale tømming uten å sette karet vertikalt og reduserer således den arbeidsvei som er nødvendig for stemplet (14). Det andre par stempler (15) som virker på den bevegelige ramme tillater bakover-vugging av karet til en omtrent vertikal posisjon 3'' (prikk-strek-strek-linjer i figur 2). En arbeidssone er således tilgjengelig for omhyggelig rensing av karet når dette er nødvendig ved suksesiv behandling av to uforenelige metaller eller legeringer som ikke skal blandes, og ved slutten av støpingen, noe som i alle tilfeller sikrer den best mulige kvalitet for behandlet metall. Denne vugging tillater også Inspeksjon og reparasjon av den indre utforing (17) og den indre skillevegg (18).

Vugging av den bevegelige ramme (7) kan også skje rundt den horisontale akse loddrett på den fremre vuggeakse (9) som antydet ovenfor. Lateralvugging vil så skje og fullføre den samme funksjon og dette kan være fordelaktig, avhengig av arrangementet i støperiet, hvis den laterale sone er mere tilgjengelig enn frontsonen for behandlinginnretningen.

Den indre utforing (17) som bæres av metallhuset (19) er fortrinnsvis utformet i to deler, nemlig en ytre del i kontakt med metallhuset med lav termisk konduktivitet som virker som isolator; og en indre del i kontakt med det flytende metall og som er ildfast og kjemisk inært ovenfor det flytende metall og de forskjellige behandlingsmidler. Den Indre skillevegg (18) definerer et første rom (20) som befinner seg oppstrøms i raffineringskaret og et andre rom (21) som befinner seg nedstrøms, idet disse uttrykk sees i forhold til sirkuleringsretningen for flytende metall som kommer inn i karet via kanalen (22) og strømmer ut via støpedysen (10). I det viste tilfellet er innløpskanalen (22) arangert på en side av oppstrømsrommet. Hvis man velger den løsning som omfatter lateralvugging av karet, kan kanalen arrangeres enten lateral og på den side som er motsatt tippingen, eller oppstrøm i karet.

Forbindelsen mellom støpedysen (10) og utløpskanalen (23) skjer ved konvensjonelle midler.

Den indre skillevegg (18) er fortrinnsvis laget av et materiale som er en god varmeleder som forklart nedenfor. Den er fortrinnsvis fjernbar uten å skade utforingen (17).

I det viste tilfelle er det kun en enkelt indre skillevegg. Imidlertid kan raffineringskaret som er gjenstanden for oppfinnelsen også omfatte flere skillevegger anordnet etter hverandre slik at de definerer flere rom gjennom hvilke det flytende materiale passerer suksesivt der hvert rom tillater den samme eller en annen behandling slik som filtrering, injisering av inert- eller aktivgass, blanding med fluss-mlddel osv.

Raf f ineringskaret (3) omfatter også et lokk (4) bestående av en metallramme med en ildfast og isolerende utforing.

Delen (25) av lokket over oppstrømsenden av karet kan fortrinnsvis fjernes eller heves, f. eks. ved dreining rundt en aksel (26). For å lette samling av materiale som dannes under behandlingen er oppstrømsdelen (27) av utforingen (17) lett skrådd slik at dette materiale, når den bevegelige del (25) av lokket er hevet, lett fjernes ved enkle manuelle skrapeverktøy uten å avbryte behandlingen.

Dekslet hviler på raffineringskaret på I det vesentlige tett måte på grunn av pakningen (28). På denne måte kan gass-formige produkter som injiseres i metallet evakueres kun via innløpskanalen (22), noe som gjør det lettere å samle dem.

Lokket (24) er utstyrt med en åpning (29) for tilførsel til karet, enten! av oppvarmingsmidler, eller av midler for injisering aV et behandlingsmiddel tildet flytende metall, idet uttrykket "middel" beskriver et hvilket som helst fast, flytende, gassformig eller dampformlg produkt som benyttes for å behandle metallet i den ovenfor angitte betydning.

Når det gjelder raffineringskar med stor kapasitet kan lokket (24) ha to eller flere munninger (29); for alternerende innføring av forskjellige oppvarmings- eller injeksjons-midler.

Under vuggingen av karet løsnes lokket (24), for eksempel ved å heve det til stilling (24').

I det viste tilfellet er dekslet utstyrt med en bjelke (30a) forbundet med en mekanisk eller hydraulisk heveanordning av en hvilken som helst kjent type, anordnet på løftesøylen (31) og fast med (1).

På grunn av de velkjente mangler ved oppvarmingsinnretninger av ekstern type, eller integrert med den indre utforing, er oppfinnelsens gjenstand utstyrt med en indre neddyppingsvarmer som er fjernbar og uavhengig av den indre utforing, noe som ennu ikke har vært benyttet i støperiraffineringskar. Det aktive element ved neddyppingsvarmeren (32) er for eksempel en elektrisk motstand som beskyttes av en hylse som er en god varmeleder, motstandsdyktig ovenfor termiske støt, tett og kjemisk resistent overfor smeltet metall.

Hvis det dreier seg om et raffineringskar med en kapasitet på 600 kg flytende aluminium kan en 20 kV neddyppingsvarmer forvarme det tomme raffineringskar fra 20 til 700°C i løpet av ca. 30 timeer og å holde temperaturen i et full eller tomt kar ved ca. 750°C med riktig regulering. Den muliggjør også oppvarming av metallet i en hastighet på ca. 60° pr. time. På grunn av god termisk ledningsevne i rom 18 virker varmeren like effektivt på det andre rom 21.

Bæreren for neddyppingvarmeren (32) tilhørende utstyr tillater gjennomføring og beskyttelse av mate- og temperatur-følekabler som kan omfatte en konisk mansjett (33) hvis koniske form samarbeider med den koniske form for munningen (29) av dekslet for å tillate nøyaktig possisjonering såvel som tett lukning.

På samme måte omfatter innretninge en injektor (34) behandlingsmiddel, uansett hva dette er, en konisk (35) som oppfyller de samme funksjoner.

For å tillate hurtig utveksling mellom neddyppingsvarmeren (32) og injektoren (34) er disse to deler anordnet på en manipulatorlnnretning (36) i form av en båret søyle (37). I det viste tilfelle som kun gis som Illustrasjon er manipulatoren forbundet med en mekansik eller hydraulisk løfte-anordning langs søylen (37) som, når manipulatoren befinner seg i hevet stilling (36'), er I stand til dreining rundt sin akse slik at neddyppingsvarmeren (32) eller injektoren (34) kan byttes om og bringes tilbake I arbeidsstilling.

De to søyler (31) og (37) er fortrinnsvis forbundet med en horisontal tverrbjelke (38) som lett kan løsnes slik at raf f lneringkaret (3) hvis nødvendig kan fjernes ved hjelp av ytre behandlingsmidler slik som løpekraner, bommer o.l.

Konstruksjonen av innretningen som utgjør oppfinnelsens gjenstand tillater meget stor fleksibilitet i bruk, noe som tillater anvendelse og kombinasjon av forskjellig kjente prosesser for den siste rensing av aluminium, alumlnium-baserte legeringer, magnesium og magnesiumbaserte legeringer.

Den er perfekt egnet for en hvilken som helst innretning for injeksjon av inert- eller aktivgasser, som kan festes (porøse eller perforerte injeksjonsstaver) eller dreies, slik som de som er beskrevet for eksempel i FR-PS 2 491 954 som krevver en rotasjonsrører hvis nedre ende under stopp hviler på en gassinjekjsohstopper, som er anbragt i bunnen av karet og som stiger under påvirkning av trykket av gassen som slippes ut via stopperen, og som således bæres av et fluldlager og under påvirkning av et ytre dreiemoment kan dreie seg fritt rundt sin akse og tillate et stort antall jevnt dispergerte gassbobler å slippe ut gjennom, rommet som skiller den fra stopperen; eller i FR-PS 8 116 735, som krever en roterende gassdlspergeringsinnretning (figurene 5 og 6) for behandling av et flytende metallbad i en beholder omfattende en sylindrisk rotor (39) utstyrt med blad (40) neddyppet i badet, forbundet med en hul drivaksel (41) som tjener for tilførsel av gass. Rotoren er perforert med et par av kanaler der hvert par utgjør en kanal (43) for føring av væske og en annen (44) for føring av gass, idet hvert av parene åpnes separat på det samme punkt (45) på den laterale overflate av sylinderen for på dette punkt å danne en fin væske- gassdispersjon som deretter fordeles i badet ved hjelp av bladene (40).

På samme måte kan injektoren mates med behandlingsmiddel fra den innretning som er krevet i FR-PS 8 106 134 og som omfatter en tank av halogenert produkt som er flytende ved omgivelsestemperatur og som er forbundet med innløpet for en doseringsmikropumpe der utløpet går inn i en fordamper utstyrt med en oppvarmings innretning, og er forbundet med en kilde for inertgass med en trykk- og strømningsregulator, og et forbindelsesrør mellom fordamperen og injektoren (34).

Metallet som behandles i det første rom (20) kan også på i og for seg kjent måte motta et dekke av halogenert flussmiddel som er flytende eller fast ved behandllngstemperaturen.

På samme måte kan det andre rom (21) motta forskjellig filtreringsinnretninger slik som aluminiumoksyd-kuler av forskjellig granulometri eller flussmiddelkorn.

Slike f ilter j sikt basert på korn av fast flussmiddel kan holdes på plass og byttes ut ved den patronutbyttingsmetode som beskrevet i FR-publ. 2 463 816. I et slikt tilfelle kan veggen eller en del av veggen i patronen virke som sepa-reringssklllevegg mellom det første og andre rom.

i

Metallet kan også filtreres ved hjelp av filterblokker bestående av slntret flussmiddel, dette er beskrevet 1 FR-PS 2 446 862.

Utførelse.

Det ble laget to behandlingskar ifølge oppfinnelsen slik som vist i figuren 1-4.

Det første hadde en kapasitet på 600 kg flytende aluminium og er ment for behandling av opptil 10 tonn metall pr. time. Ved denne strømningshastighet er den midlere oppholdstid for metallet i raffineringskaret i størrelsesorden 3 1/2 min. Injektoren som benyttes er rotoren med par-kanaler som er beskrevt ovenfor og som dreies ved 150 omdreiningger pr. minutt. (figurene 5 og 6). En argon- klor-blanding Inneholdende 59é klor ble injisert i en mengde av 4 Nm^/t for en strømningshastighet for 6 tonn metall pr. time.

Den andre hadde en kapasitet på 2400 kg flytende aluminium og kan behandle opptil 400 tonn metall pr. time. Den omfatter to rotasjonsinjektorer med par-kanaler som avgir tilsammen 16 Nm^/t av denne samme argon- klor-blanding inneholdende 5% klor. Prøver ble gjennomført på en 2014 legering ("Aluminium Association"- angivelse og AFNOR Standard A 02104) med følgende sammensetning:

Beregning med henblikk på hydrogen i dette metall ga følgende resultater: j

før behandling :0.87 cm<3>/100 g

etter behandling :0.10 cm<3>/100 g

Dette nivå på 0.10 cm<3>/100 g er på det nuværende tidspunkt ansett som den ønskelige grense for spesielt krevende bruk slik som i flykonstruksjoner.

Fordeler som oppnås ved oppfinnelsen.

Behandlingkaret som utgjør oppfinnelsens innretning har et antall avgjørende fordeler i forhold til de som vanligvis benyttes.

Således tilbys følgende muligheter:

1. Totaltømming av metallet innehold i raffineringskaret ved kun å bikke det forover etter støping uten tap av metall og uten den minste risiko for blanding med metall fra et etterfølgende trinn; 2. Øyeblikkelig utbytting av metall eller av legering uten noen annen manøver enn foroverklppingen, noe som tillater kontinuerlig eller intermitterende støping, sågar med umiddelbart følgende andre, legeringer, idet disse ikke behøver være forenelige med hverandre; 3. Lett rensing under behandling på grunn av den fjernbare del av lokket, og som er spesielt brukbart under lange kontinuerlige støpearbeider; 4. Lett rensing ved behandlingsslutt ved tilbakekipping (eller eventuelt lateralklpping) av det tomme raffineringskar, noe som tillater fjerning av alle gjenværende rester og størknet metall som kan forurense den påfølgende charge; 5. Et oppvarmingssyem som er uavhengig av karet, noe som tillater utbytting eller reparasjon uten å avbryte driften (utveksling av neddyppingsvarmeren krever mindre enn 1 time). 6. Muligheter for hurtigovervarming av metallet ved begynnel-sen av støpingen; 7. Den interne varme tillater bruk av store tykkelser Ildfast materiale og isolasjon og tillater således utmerket termisk isolasjon av tanken. Energigevinsten er betydelig, spesielt hvis varmeren styres av en nøyaktig regulator; 8. Ingen begrensning av valget av injektortype for behandlingsmiddel: enhver statisk eller roterende type som idag er kjent kan lett benyttes; 9. Hurtig utveksling av injektor og varmer, hoe som tillater at den ønskede funksjon kan tilpasses på det ønskede tidspunkt 10 Hurtig fjerning og erstatning av lokket, enten for visuell inspeksjon, rensing, tilsetning av flussmiddel eller annet; 11 Minimal risiko for korrosjon på grunn av luft og behandlingsmidler på grunn av den enkle konstruksjon og valg av materialer;

12 Lett samling av gassavløpet ved innløskanalen.

Det skal påpekes at innretningen ifølge oppfinnelsen spesielt er egnet for totalautomatisering da det er mulig å program-mere alle manøvre med foroverrettet og bakoverrettet vugging, heving og posisjonering av lokk, heving, utbytting og posisjonering ; av neddyppingsvarmer og injektor, forvarming, temperaturopp^ettholdelse osv., med de nødvendige sikkerhets-faktorer og forholdsregler, og sentralisere disse på en separat konsoll som også styrer den hydrauliske enhet som regulerer de forskjellige stempler for vugging og heving og senking av lokk, neddyppingsvarmer og Injektor.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet som anvendelig på behandling av aluminium, magnesium og legeringer basert på ett av disse metaller, kan den også anvendes på andre metaller eller legeringer med tilsvarende smeltepunkter. Sink, bly, tinn, kobber og kobberlegeringer slik som bronse og messing eller kobber- aluminiumlegeringer kan derfor underkastes rensing og raffinering i inretninger ifølge oppfinnelsen.

Claims (12)

1. Innretning for behandling av en strøm av aluminium- eller magnesiumbasert flytende metall eller legering under gjennomløp, omfattende et raffineringskar (3) bestående av et ytre metallhus (19), en indre ildfast utforing (17), en kanal (22) for tilførsel av urent flytende metall i oppstrømsenden, en dyse (10) for støping av behandlet flytende metall i nedstrømsenden og minst en indre skillevegg (18) som sammen med bunnen i karet danner et rom for sirkulering av flytende metall og definerer et første oppstrømsrom (20) og minst ett andre nedstrømsrom (21) som åpnes mot støpedysen (10), karakterisert ved at raffineringskaret (3) er festet på en bærevugge (4) forbundet med en bevegelig ramme (7) i forhold til hvilken vuggen kan tippe forover rundt den første horisontale akse (9) igjennom støpedysen (10) hvorved den bevegelige ramme (7) selv er forbundet med en fast ramme (1) i forhold til hvilken den kan vippe rundt den andre horisontale akse (13).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den første horisontale akse (9) i det vesentlige er loddrett på strømningsretningen for metallet 1 raffineringskaret (3).

3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre horisontale akse (13) er parallel med den første akse (9).

4. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre horisontale akse (15) er loddrett på den første akse (9).

5. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at den også omfatter en neddyppingsvarmer (32) forindre oppvarming, og som er fjernbar og uavhengig av den indre utforing (17) og festet til en bærer (33).

6. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at den indre skillevegg (18) er laget av et materiale med god varmelednlngsevne.

7. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at den også omfatter minst en injektor (34) for minst et flytende, gassformig eller dampformig behandlingsmiddel og midler for under-støtting av injektoren.

8. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at den omfatter en innretning (36) for alternativt innføring og tilbaketrekking av neddyppingsvarmeren og injektoren.

9. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at den omfatter et i det vesentlige tett lokk (24) utstyrt med minst en munning (29) der form og dimensjoner er tilpasset formen og dimensjonene for bæreren (33) for neddyppingsvarmeren og, en bærer (35) for injektoren for å tillate nøyaktig posisjonering og god tetning.

10. Innretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert ved at den omfatter midler for frigjøring av lokk«t (24).

11. Innretning for et av kravene 9 eller 10, karakterisert ved at lokket (24) over bakstrømsdel (27) av det første rom (20) omfatter en del (25) som kan fjernes eller separeres for fjerning av materiale som dannes under behandlingen.

12. Innretning Ifølge et hvilket som helst av kravene 1 1 - 11, karakterisert ved at det andre rom (21) omfatter en innretning for filtrering av det behandlede flytende metall.