NO161080B - Anordning ved apparat for raffinering av smeltet metall. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et apparat for raffinering av smeltet metall, som angitt i innledningen til krav 1.

Selv om oppfinnelsen som er beskrevet her spesielt er beregnet på raffinering av smeltede metaller, er den særlig hensiktsmessig ved raffinering av aluminium, magnesium, kobber, sink, tinn, bly og deres legeringer og kan betraktes som en forbedring av apparatet som er beskrevet i US patent nr. 3743263, utstedt 3. Juli 1973, som er innbefattet her som referanse.

I grunnprinsippet innbefatter den fremgangsmåte som gjennom-føres ved referanseapparatet dispersjon av en spredegass i form av ekstremt små gassbobler gjennom en smelte. Hydrogen fjernes fra smeiten ved desorpsjon inn i gassboblene, mens andre ikke-metalliske urenheter løftes inn i et drosslag ved flotasjon. Dispersjonen av spredegass gjennomføres ved bruk av roterende gassfordelere, som danner en stor mengde turbulens i smeiten. Turbulensen bevirker at små ikke-metalliske partikler agglomererer til store partikkel-aggregater flyter opp til smelteflaten ved hjelp av gassboblene. Denne turbulens i metallet sikrer også en omhyggelig sammenblanding av spredegass og smelte. Ikke-metalliske urenheter som flyter ut eller skummes av metallet trekkes ut av systemet med drossen, mens hydrogen som er desorbert fra metallet forlater systemet med brukt spredegass.

Rotasjonsgassfordeleren er bygget opp av et skaft med en rotor på en ende og drivinnretninger ved den andre ende. Dette skaft er over størstedelen av sin lengde omgitt av en hul hylse eller et hus, som kalles en stator, som er festet til apparatet. Som navnet stator antyder, er denne del ikke bevegelig. Prosessgass passerer gjennom rommet mellom den indre statorvegg og skaftet. Statoren omfatter generelt en øvre ståldel og en nedre grafittdel med en mekanisk forbindelse, så som en gjenget forbindelse, som i tillegg til å sammenbinde de to deler danner en gassavtetning. Grafitt benyttes for den nedre del på grunn av at det er et lett fremstillbart materiale som er motstandsdyktig mot smeltet aluminium og mot halogenidgasser og flussmidler som kan benyttes i raffineringssonen. Den øvre del er fremstilt av stål for å gi en konstruktiv understøttelse.

Mens grafitt er motstandsdyktig mot materialer og tempera-turer som foreligger i raffineringssonen, er det ikke motstandsdyktig mot oksydering fra luft ved disse tempera-turer, som generelt er ca.700°C. På den annen side er ståldelen mer motstandsdyktig mot luftoksydering enn grafitt, men er i det hele tatt ikke motstandsdyktig for smeltet aluminium. Disse betingelser tilsier at forbindelsen mellom grafitt og stål ligger i sonen for tildekningen, da dette er hvor betingelsene er egnet : for begge materialer. Dette skyldes at tildekningen er isolert for å redusere varmetap, og isolasjonen gir tildekningen betydelig tykkelse. Stål/- grafittforbindelsen var derfor plassert i denne isolerte sone. Selv om grafitten med sin relativt høye termiske ledningsevne fremdeles vil være ved en tilstrekkelig høy temperatur til å oksydere med stor hastighet i luft, vil luften bli effektivt utelukket ved kombinasjonen av det tette feste av tildekningen rundt forbindelsen og det faktum at den termiske konveksjon bevirker at inert gass fra raffineringssonen vil strømme oppover gjennom eventuelle tilgjengelige rom mellom stator og tildekning. Ståldelen vil ikke bli tilstrekkelig varm hvor den er frilagt for luft til å oksydere alvorlig.

Denne anordning er hensiktsmessig og arbeider godt så lenge prosessgassen inneholder bare inerte gasser. Når imidlertid klor er tilstede, slik det må være i noen raffineringsprose-dyrer, er det et alvorlig angrep på ståldelen av forbindelsen. Temperaturen er tilstrekkelig høy til å flyktiggjøre jernklorid som dannes, og dette flyktige materiale bæres bort. Således vil deler av stålseksjonen, innbefattende gjenger, ganske enkelt forsvinne. Avtetninger for å isolere disse områder fra prosessgassen er blitt funnet ineffektiv, særlig da de i praksis benyttede kvaliteter for grafitt er porøse og små mengder gass som strømmer gjennom grafitten er tilstrekkelig til å ødelegge ståldelen. Når metalldelen er fremstilt av en korrosjonsmotstandsdyktig legering, vil korrosjonsproduktene som dannes i gjengeområdet ikke være flyktige. Således vil deler av stålseksjonen, innbefattende gjenger, ganske enkelt forsvinne. Avtetninger for å isolere disse områder fra prosessgassen er blitt ineffektive, særlig da de i praksis benyttede kvaliteter for grafitt er porøse, og små mengder gass som strømmer gjennom grafitten er tilstrekkelig til å ødelegge ståldelen. Når metalldelen er fremstilt av en korrosjonsmotstandsdyktig legering, vil korrosjonsproduktene som dannes I gjengeområdet ikke være flyktige. Når disse korrosjonsprodukter øker i tykkelse, vil de eventuelt sementere grafitten på plass. I dette tilfelle kan forbindelsen ikke lett tas fra hverandre for å gjen-nomføre den nødvendige grafittutskifting. Dessuten vil anleggsskulderen bli slik hullet på grunn av korrosjon at den ikke vil danne en effektiv gassavtetning.

Fra US-patent nr. 4203581 er det kjent en rotasjonsgass-fordeler som anvender en stator såvel som en rotor og som har en bestemt stator til rotordiameterforhold.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en forbedring av et apparat for raffinering av smeltet metall, særlig i forbindelse med statorforbindelsen, hvorved destruktive krefter fra klor motvirkes.

Andre hensikter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av det følgende.

Foreliggende oppfinnelse er således kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

I henhold til foreliggende oppfinnelse består altså forbedringen ved apparatet for raffinering av smeltet metall i kombinasjon av: a) en beholder med en isolert tildekning, minst en inn-løpssone og minst en utløpssone og minst ett raffineringskammer forbundet dertil, og b) en roterende gassfordelingsinnretning som er plassert i hvert raffineringskammer, hvilken innretning omfatter I)

et skaft som passerer gjennom tildekningen og har drivinnretninger ved sin øvre ende plassert over kammerets tildekning på utsiden og en rotor festet til den nedre ende plassert under kammerets tildekning på innsiden og II) en hul stator som omgir skaftet og som er fast festet til beholderen, hvilken stator og hvilket skaft har en felles hypotetisk akse, hvilken stator har en øvre del og en nedre del, idet den i øvre del omfatter et korro-i

sjonsmotstandsdyktig metall og den nedre del består av grafitt, idet den øvre del er forbundet til den nedre del med en korrosjonsmotstandsdyktig metall/grafittgjenge-forbindelse, og hvorved tildekningen er minst 12,7 cm tykk i nærheten av statoren.

Forbedringen omfatter:

A) Tilveiebringelsen av en forbindelse som omfatter en gjenget han-grafittdel med en skulder foran gjengene og en gjenget korrosjonsmotstandsdyktig metall-hundel, hvilken hundel er lagt mot skulderen til handelen og hvor tverrsnittsflaten for hundelen, målt umiddelbart hosliggende til skulderen, er minst 30%

av tverrsnittsf laten for den ugjengede del av t

grafittdelen, målt umiddelbart ved skulderen,

B) at det er tilveiebrakt en ringformet passasje i den ugjengede seksjon av den korrosjonsmotstandsdyktige metalldel gjennom hvilken en kjølegass kan passere, idet minst en del av passasjen er plassert vinkelrett til aksen og nær forbindelsen i en avstand fra denne omtrent lik tykkelsen for veggen til hundelen i hvilken gjengene er skåret ut, og med en effektiv kjøleflate på minst 70% av tverrsnittsflaten for den ugjengede del av grafittdelen, målt umiddelbart ved skulderen, C) tilveiebringelsen av et forhold av I) avstanden fra siden av tildekningen nær raffineringskammeret til siden av forbindelsen nærmest tildekningen til II) tykkelsen for

tildekningen, hvilket forhold er større enn én, og

D) at det tilveiebringes et forhold mellom I) avstanden mellom den ringformede passasjes flate der den er beliggende nærmest skulderen til skulderen og II) avstanden fra siden av tildekningen hosliggende raffineringskammeret til den side av forbindelsen som er nærmestliggende til tildekningen, hvilket forhold ikke skal være større enn 0,35:1.

Bemerk: "Tverrsnittsflaten for hundelen" og "tykkelsen for veggen til hundelen" er målt eksklusive gjengene. Således vil dimensjon E, vist på fig. 2, løpe fra basis av gjengene utover og angi tykkelsen for veggen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel av oppfinnelsen, som er beskrevet på tegningen, som viser: fig. 1 et skjematisk riss sett fra siden og i tverrsnitt av apparatet uten detaljene til forbindelsen og tildekningen, og fig. 2 et skjematisk riss med detaljer av et sentertverrsnitt av anordningen ifølge oppfinnelsen uten det omgivende apparat eller akselen.

Det vises nå til tegningen:

Fig. 1 viser de fleste deler i en utførelse av selve apparatet, nemlig den ildfaste beholder 1, oppvarmingselementene 2, støpejernskallet 3, grafittplater 4, raffineringskamre 5, ledeplate 6, utløpsrør 7, eri innløpssone (ikke vist) bak utløpssonen 9, roterende gassfordelere 10, rotorer 12, statorer 13, isolerte tildekriingsseksjoner 14 og 15 og en isolert tildekningsseksjon 16. Et skaft (ikke vist) passerer gjennom statoren 13, idet skaftet og statoren 13 har en felles hypotetisk akse 17 og er festet til rotoren 12. Skaftet er også forbundet méd drivinnretninger, så som en motor, (ikke vist), ved sin øvre ende. Statoren 13 er festet til stålkonstruksjonen 18, som på sin side er festet til de isolerte tildekningsseksjoner 14 og 15. Isolerte tildekningsseksjoner 14 og 15 utgjøres av hule stålkonstruksjoner som er fylt med høytemperaturisolasjon og har Isolerende ildfaste materialer festet til bunnen, mens den isolerte tildekningsseksjon 16 er en stålplate med isolerende Ildfast materiale festet til bunnen. Statoren 13 er konstruert av to deler som er forbundet ved forbindelsen 19. Den nedre del av statoren 13 er fremstilt av grafitt, mens den øvre del har en seksjon av mindre korrosjonsmotstandsdyktig metall og en øvre seksjon av vanlig stål. Metallseksjonen med mindre korrosjonsmotstand utgjør hundelen av forbindelsen 19. Materialer som kan benyttes som høytemperaturisolasjon er keramiske fiberemner, og som isolerende ildfast materiale en stiv keramisk flberplate. Tykkelsen for tildekningsseksjonen 16 er minst ca. 12,7 cm. Mens det teknisk ikke er noen øvre grense for tykkelsen, vil man ha en praktisk grense på ca. 25,4 cm.

Fig. 2 viser en del av fig. 1 i detalj. Denne del innbefatter en del av statoren 13 med forbindelsen 19 og en del av den isolerte tildekning 16. Skaftet er utelatt, men den hypo-tetiske akse 17 er vist. Statoren 13 omfatter ståldelen 20, den korrosjonsmotstandsdyktige metalldel 21 og grafittdelen 22. Den gjengede hundel av forbindelsen 19 svarer til den korrosjonsmotstandsdyktlge metalldel 21. Grafittdelen 22 innbefatter den gjengede handel 25 og skulderen 26 mot hvilken den gjengede hundel legges an. Det er et gap mellom toppen av grafittdelen og den indre ende av hundelen for å sikre at kontaktflaten bestandig vil hvile på skulderen 26.

Ringpassasjen 23 følger i rett vinkel, først forbi parallelt til aksen 17 og så vinkelrett til aksen 17 ved et punkt meget nær den gjengede forbindelse. Utløpshull 24 er boret gjennom stålveggen til en forstørret ende av passasjen 23. Kjølegass, så som luft eller nitrogen under trykk, sendes gjennom passasjen 23 for å tilveiebringe det som kalles "effektivt kjølt område", som tjener til å kjøle det gjengede grafitt-handelsstykke 25. Dette effektivt kjølte område er den nedre flate av seksjonen av passasjen 23 som er ført vinkelrett til aksen 17. Denne flate ligger en kort avstand fra den del av den gjengede hundel av forbindelsen 19, som er hosliggende til gapet eller mellomrommet og den øvre ende av den gjengede handel 25. Avstanden er omtrent lik tykkelsen for den gjengede vegg til den korrosjonsmotstandsdyktige metalldel 21,dvs.dimensjon D (tykkelsen for metallet) er ca. lik dimensjon E. Her er det med uttrykket "ca." ment pluss eller minus 25%, men fortrinnsvis er uttrykket begrenset til pluss eller minus 10%.

Rustfritt stål av AISI type 330 er særlig hensiktsmessig for den korrosjonsmotstandsdyktige metalldel 21, fordi den kombinerer egenskapene ved å være mer motstandsdyktig mot høytemperaturklorangrep enn de fleste andre rustfrie stålkvaliteter og har en høyere termisk ledningsevne enn de fleste andre korrosjonsmotstandsdyktige rustfrie ståltyper og reduserer således driftstemperaturen for forbindelsen 19 og det frilagte grafitt under den. Den øvre del av statoren 13 er oppdelt i en vanlig ståldel 20 og en korrosjonsmotstandsdyktig metalldel 21 av økonomiske grunner, dvs. det relativt dyre korrosjonsmotstandsdyktige metall er begrenset til området av forbindelsen 19, hvor sjansen for høytemperatur-frllegging for den korroderende effekt av klor er størst og hvor korrosjonen vil bevirke størst ødeleggelse. Andre vanlig korrosjonsdyktige metaller kan også anvendes, særlig de som er motstandsdyktige mot klor, så som "Hastelloy B". Hvis nødvendig kan den korrosjonsmotstandsdyktige metalldel bli forlenget oppover for å unngå enhver korrosjon. Hvilket som helst vanlig metall med tilstrekkelig styrke til å tåle prosessbetingelsene kan benyttes i stedet for stålet i ståldelen 20.

i

En kort avstand over den isolerte tildekning 16 forandrer grafittdelen 22 dimensjoner for å danne skulderen 26 mot hvilket stykket 21 kan hvile. Gjengene til den gjengede del 25 begynner ved skulderen 2b. Tverrsnittsflaten for den rustfrie ståldel 21, som er, av interesse her, er den som ligger an mot skulderen 18, dvs. det område mellom basisen av gjengene og den ytre kant av delen 21 (en av dens dimensjoner er dimensjon E). Denne tverrsnittsflate utgjør minst ca. 30$ av tverrsnittsflaten for den ugjengede del av grafittdelen 22, som målt umiddelbart hosliggende til skulderen 26. Denne flate vil selvfølgelig ikke innbefatte det hule sentrum av statoren 13. En praktisk tverrsnittsflate for delen 21 ligger i området mellom ca. 30 og 50$.

Det "effektive kjølte område" er den lavere flate av delen på den ringformede passasje 23 som er vinkelrett til aksen 17. Denne del av passasjen 23 kan også beskrives som en radiell horisontal passasje. Det effektive kjølte område bør være minst ca. 70$ av tverrsnittsf laten for den ugjengede del av grafittdelen 22, målt umiddelbart hosliggende til skulderen 26, og fortrinnsvis har et område i størrelsesorden ca. 70% til ca. 100$ av samme. Det skal bemerkes som et forsik-tighetstrekk at vannkjøling ikke kan benyttes istedenfor gasskjøling på grunn av de faremomenter dette vil medføre. En praktisk høyde for delen av ringrommet 23, nevnt i dette avsnitt, er ca. 0,77 til 1,5 cm.

Forholdet mellom avstanden fra siden av tildekningen hosliggende til raffineringskammeret og siden av forbindelsen nærmest tildekningen (dimensjon B) og tykkelsen av tildekningen (dimensjon C) er større enn én. Det er ingen øvre grense med unntak av grensene i praksis, men forholdet er vanligvis ikke større enn 2:1. Forholdet for avstanden fra flaten av den ringformede passasje 23 nærmestbeliggende til skulderen 26 til skulderen 26 (dimensjon A) til avstanden fra siden av tildekningen hosliggende til raffineringskammeret til siden av forbindelsen nærmest tildekningen (dimensjon B) er ikke større enn ca. 0,35:1, og er fortrinnsvis ikke mindre enn 0,2:1.

For et raffineringskammer med omtrentlig dimensjoner på 76 cm i lengde, 61 cm i bredde og 86 cm i høyde vil typisk stator-og tildekningsdimensjoner ligge i følgende område:

Claims (2)

1. Anordning ved apparat for raffinering av smeltet metall, omfattende 1 kombinasjon: a) en beholder (1) med en Isolert tildekning (16), minst en innløpssone og minst en utløpssone (9) og minst ett raffineringskammer (5) forbundet dertil, og b) en roterende gassfordelingsinnretning (10) plassert i hvert raf f ineringskammer, (5), hvilken innretning (10) omfatter 1) et skaft som passerer gjennom tildekningen (16) og har drivinnretningen ved sin øvre ende plassert over kammerets tildekning på utsiden og en rotor (12) fast festet til den nedre ende plassert under kammerets tildekning på utsiden, og II) en hul stator (13) som omgir skaftet og er fast festet til beholderen (1), hvilken stator (13) og hvilket skaft har en felles hypotetisk akse (17) , og hvor statoren har en øvre del (21) og en nedre del (22), hvilken øvre del (21) omfatter et korrosjonsmotstandsdyktig metåll og den nedre del (22) omfatter grafitt, hvor den øvre del (21) er forbundet til den nedre del (22) med en korrosjonsmotstandsdyktig metall/grafltt-gjengeforblndelse (19, 25), hvorved tildekningen (16) er minst 12,7 cm tykk i nærheten av statoren (13), karakterisert vedA) at det tilveiebringes en forbindelse som omfatter en gjenget grafitt-handel (25) med en skulder (26) som rager frem foran gjengene og en gjenget korrosjonsmotstandsdyktig metallisk hundel (19), hvilken hundel (19) ligger i anlegg mot skulderen (26) til handelen (25) og hvor tverrsnittsflaten for hundelen (19), målt umiddelbart hosliggende til skulderen (26), er minst 30% av tverrsnittsflaten for den ugjengede seksjon av grafittdelen (22), målt umiddelbart hosliggende til skulderen (26), B) at det er tilveiebrakt en ringformet passasje (23) i den ugjengede seksjon av den korrosjonsmotstandsdyktige metalldel (19), gjennom hvilken en kjølegass kan føres, idet minst en del av passasjen (23) er plassert vinkelrett til aksen og nær forbindelsen i en avstand fra denne omtrent lik tykkelsen av veggen til hundelen (19) i hvilken gjengene er skåret, og med et effektivt kjølt område på minst 70% av tverrsnittsflaten for den ugjengede seksjon av grafittdelen (22), som målt umiddelbart hosliggende til skulderen (26), C) at det er tilveiebrakt et forhold mellom 1) avstanden (B) fra tildekningens (16) side hosliggende til raffineringskammeret (5) til den side av forbindelsen nærmestliggende tildekningen (16) og II) tykkelsen for tildekningen (16), hvilket forhold er større enn én, og D) at det er tilveiebrakt et forhold mellom I) avstanden (A) fra den ringformede passasjes (23) flate nærmest skulderen (26) til skulderen (26), og II) avstanden (B) fra tildekningens (16) side hosliggende til raffineringskammeret (5) til forbindelsens side nærmest tildekningen (16), hvilket forhold ikke er større enn 0,35:1.

2. Anordning Ifølge krav 1, karakterisert ved at tverrsnittsflaten for hundelen (19), som omtalt i punkt A, ligger i området mellom 30% og 50% av tverrsnittsf laten for den ugjengede seksjon, at det effektivt kjølte område, som omtalt i punkt B, ligger i området mellom 70% og 100% av tverrsnittsflaten for den ugjengede seksjon, at forholdet, som er omtalt i punkt C, ligger i området større enn én til 2:1, og at forholdet som er omtalt i punkt D, ligger i området mellom 0,2:1 og 0,35:1.