NO168778B - Anordning for utgassing av smeltet metall. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anordning for utgassing av smeltet metall, og som inneholder et kammer med et indre langstrakt sideveggavsnitt samt et ytre langstrakt sideveggavsnitt, et innløp for smeltet metall anordnet i et første høydenivå i forhold til kammeret, for derved å lede smeltet metall inn i kammeret på sådan måte at det smeltede metall strømmer nedover i kammeret fra metallinnløpet, et utløp for det smeltede metall anordnet i et annet høydenivå under det første høydenivå, for å føre det smeltede metall ut av kammeret, og minst et spylegassinnløp anbragt på det indre langstrakte sideveggavsnitt på undersiden av det første høydenivå for å føre spylegass inn i kammeret.

En fremgangsmåte og en anordning for utgassing av smeltet metall er kjent fra US-patent nr. 4.177.066. Dette patentskrift angir utgassing av smeltet metall ved hjelp av en hvirveltankreaktor hvor det smeltede metall innføres tangentialt i reaktoren, således at det smeltede metall strømmer i en hvirvelform fra reaktorens innløp til dens utløp. For å oppnå den ønskede hvirvelformede strømning av det smeltede metall fra metallinnløpet til reaktorens metallutløp, er det nødvendig at metallinnløpet er anordnet slik i forhold til reaktorens kammervegg at det flytende material føres tangentialt inn i reaktoren.

I en foretrukket utførelsesform omfatter denne hvirveltankreaktor en første langstrakt, hovedsakelig sylinderformet sideveggdel samt en annen, underliggende, avsmalnende sideveggdel under den første, hovedsakelig sylinderformede veggdel. Innløpsdyser for spylegass er ført i forskjellig høyde gjennom den konvergerende veggdel for derved å opti-malisere boblefordelingen av spylegassen over hele smeiten mens den strømmer fra reaktorens innløp til dens utløp. Ved anordning av spylegassdysene i forskjellig høyde på den konvergerende veggdel, befinner de seg avvekslende i forskjellig avstand fra hvirveltankreaktorens midtakse, således at spylegassens bobler blir fordelt over et størst mulig område. De spesielle detaljer ved de forskjellige utførelsesformer av hvirveltankreaktoren og dyseanordningene vil fremgå av det ovenfor nevnte patentskrift.

Ytterligere utførelsesformer, og særlig ytterligere dyseutfør-elser er vist i US-patent nr. 4.392.636 og 4.494.735, samt i US-patentsøknad nr. 833.172 (av 26. februar 1986).

En ulempe ved de kjente utførelsesformer er at anordningene må tømmes etter hver anvendelse ved at det smeltede metall slippes ut. Hvis ikke, vil det gjenværende metall raskt avkjøles og hele utgasningssystemet "nedfryses", hvilket vil si at det gjenværende metall vil størkne og ikke lenger kan tas ut.

Det er da et hovedformål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret anordning for utgassing av smeltet metall, og som ikke behøver å tømmes ved driftsavbrudd og etter fullført utgasningsprosess.

Et ytterligere formål for foreliggende oppfinnelse er å frembringe en anordning av ovenfor angitt art og som kan drives med nedsatt plassbehov og lave omkostninger.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette i en anordning av innledningsvis angitt art ved at det indre og ytre sideveggavsnitt er anordnet i romlig avstand fra hverandre, og at varmeinnretninger, en isolasjon mellom varmeinnretningene og det ytre sideveggavsnitt samt et luftrom mellom varmeinnretningene og det indre langstrakte sideveggavsnitt er anbragt i det derved dannede mellomrom.

I en foretrukket utførelse av anordningen i henhold til oppfinnelsen strekker isolasjonen seg fra varmeinnretningene til det ytre langstrakte sideveggavsnitt, idet varmeinnretningene fortrinnsvis er anordnet i høydenivå mellom innløpet og utløpet for metallet. Et tømningsrør, som kan oppvise to adskilte tømningsåpninger med hver sin lukkeinnretning, er fortrinnsvis anordnet på undersiden av utløpet for det smeltede metall, mens utløpet på sin side kan ha strømnings-forbindelse med et stigerør for metallet.

Dette stigerør oppviser da fortrinnsvis et indre langstrakt stigerørveggavsnitt og i romlig avstand fra dette et ytre langstrakt stigerørsideveggavsnitt, samt i mellomrommet mellom indre og ytre langstrakte veggavsnitt av stigerøret, varmeinnretninger som befinner seg i romlig avstand fra såvel det indre som det ytre veggavsnitt av stigerøret.

Utover dette er innløpet for metallet fortrinnsvis anordnet tangentialt i forhold til kammeret på sådan måte at det smeltede metall strømmer i hvirvelformet bevegelse fra nevnte innløp nedover gjennom kammeret.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen er i stand til å holde behandlingstemperaturen innenfor trange grenser og er funnet særlig fordelaktig for utgassing av aluminium, men kan også anvendes ved andre metaller for samme formål. Når den er fylt med smeltet metall kan anordningen lett holdes på ønsket temperatur under nøyaktig og effektiv kontroll, og det er da ikke nødvendig å tømme anordningen etter hver driftsperiode.

Ved hjelp av foreliggende anordning oppnås også ytterligere, betydelige fremskritt. For eksempel kan det første metall som tas ut av anordningen ha høyere temperatur enn metallet i holdeovnen, således at hurtig nedstrøms avkjøling unngås. Anordningen utgjør altså en effektiv, kostnadsbesparende enhet med moderat energibehov. Dessuten kan det ved anvendelse av den foreliggende anordning oppnås betydelig forbedret produk-tivitet uten nedsatt produktkvalitet.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er et skjematisk oppriss av anordningen i henhold til

foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser skjematisk anordningen i fig. 1, sett fra siden,

fig. 3 er et skjematisk, oppriss av en del av anordningen i fig. 1, og som ikke viser detaljer ved sidevegg-konstruksjonen, men derimot et innsatt filterelement, fig. 4 viser en del av anordningen i henhold til foreliggende

oppfinnelse, sett fra siden, og

fig. 5 viser anordningen i fig. 4, sett forfra og delvis i

snitt.

Forskjellige utførelsesformer av foreliggende anordning er anskueliggjort i figurene og kan anordnes på forskjellige steder, som i overføringssystemer for smeltede metaller ved støpedigler, støpekar, overføringskar, metallbehandlingskar og lignende. Fig. 1-3 viser en hvirveltankreaktor med en første, hovedsakelig sylinderformet sideveggdel 12 og en annen underliggende sideveggdel 14 som smalner av i retning nedover, idet disse sideveggdeler sammen danner et utgasningskammer 16. Den første sideveggdel 12 er her vist med hovedsakelig sylinderform. Det bør imidlertid være klart at denne del også kan foreligge i åttekantform eller hvilken som helst annen form som tillater strømning av metallet i hvirvlende rota-sjonsbevegelse mens metallet passerer utgasningskammeret 16.

Smeltet metall løper inn gjennom et innløp 18 for smeltet metall i den øvre del av utgasningskammeret 16, og dette innløp er anordnet tangentialt i forhold til kammeret. Det smeltede metall forlater kammeret 16 gjennom et utløp 20 for det smeltede metall og som er anordnet i bunnen av kammeret 16. Det smeltede metall løper således tangentialt inn i utgasningskammeret 16 og strømmer så i hvirvelbevegelse gjennom kammeret 16 for deretter å løpe ut gjennom utløpet 20.

Som vist i fig. 1 - 3, og etter ønske, kan et hovedsakelig sylinderformet sideveggavsnitt 22 være anordnet på undersiden av det nedoverskrånende og avsmalnende sideveggavsnitt 14 for opptak av et egnet filtermedium. Dette vil best fremgå av fig. 3, hvor det sylinderformede sideveggavsnitt 22 innvendig er forsynt med en omkretskant 24 eller et fremspring som er anbragt på oppstrømssiden av utløpet 20 og i umiddelbar nærhet av dette. Som vist danner denne omkretskant 24 en nedoverskrånende og avsmalnende flate som tillater innlegg og utskiftning av et passende utformet filterlignende medium 26. Dette filterlignende medium 26 har da en tilsvarende avskrånet omkretsflate 28 utstyrt med en elastisk pakning 30 som er festet ved trykktilpasning for å ligge tettende an mot omkretskanten 24 i sideveggdelen 22. Det bør imidlertid være klart at filterelementet ikke nødvendigvis må være innebygget i sideveggavsnittet 22, men kan være anordnet som separat monteringsenhet videre nedstrøms fra hvirveltankreaktoren 10, og denne sistnevnte utførelsesform er faktisk også å fore-trekke. I tillegg kan et inertgasslag (ikke vist) av argon, nitrogen eller lignende være anordnet på oversiden av den øverste del av kammeret 16, for å nedsette eventuell readsorp-sjon av forurensninger i gassform på metalloverflaten, til et minimum.

Hvirveltankreaktoren 10 er utført med et første, hovedsakelig sylinderformet sideveggavsnitt 12 samt, på undersiden av dette, et annet sideveggavsnitt 14 som smalner av nedover, for derved å danne utgasningskammeret 16. Det avsmalnende sideveggavsnitt 14 er på sin omkretsoverflate utstyrt med flere innløpsdyser 32 for innføring av spylegassen i det smeltede metall mens metallet i kammeret 16 passerer fra det tangentiale innløp 18 til utløpet 20. For å oppnå en optimalisert boblefordeling over hele smeiten når den strømmer fra innløpet til utløpet, er det anbragt dyser 32 i forskjellig høyde på overflaten av sideveggavsnittet 14. Ved således å anordne spylegassdysene i forskjellig avstand fra hvirveltankreaktorens midtakse oppnås best mulig fordeling av spylegassen. Det bør imidlertid være klart at ytterendene av spylegassdysene ikke bare kan være anordnet på vist måte i det avsmalnende sideveggavsnitt 14, men at like gode resultater kan oppnås ved å anbringe et første sett dysespisser i sideveggavsnittet 12 og et annet sett dysespisser i sideveggavsnittet 14.

Anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan utnytte en spylegass i form av en inert gass, fortrinnsvis med en mindre mengde av en aktiv bestanddel, slik som klor eller en fullstendig halogenisert karbonkomponent. Den anvendte gass kan være en hvilken som helst av nitrogen, argon, klor, karbonmonooksyd, freon 12 osv., eller en blanding av slike gasser, som i og for seg er kjent og egnet for utgassing.

Ved en foretrukket utførelsesform for utgassing av smeltet aluminium, kan blandinger av henholdsvis nitrogen og diklordifluormetan, argon og diklordifluormetan, nitrogen og klor eller argon og klor anvendes.

Ved den utførelsesform som er detaljert vist i fig. 4 og 5, er utgasningskammeret 16 utført med et indre langstrakt sideveggavsnitt 40 og et ytre langstrakt sideveggavsnitt 41 i romlig avstand fra den indre sidevegg. Innløpet 18 for smeltet metall er anordnet tangentialt i et første høydenivå i forhold til kammeret 16, for å kunne føre inn det smeltede metall i kammeret 16 på sådan måte at det strømmer i hvirvelformet omkretsbevegelse nedover gjennom kammeret. Metallutløpet 20 er anordnet i et annet høydenivå under det første høydenivå for å føre smeltet metall ut av kammeret 16. Riktig nok omfatter den viste utførelsesform i fig. 4 og 5 intet filtermedium som imidlertid, i tilfelle det anvendes, fortrinnsvis kan være anordnet nedstrøms for reaktoren i metallets strømningsretning.

Flere spylegassdyser 32 er anbragt på det indre sideveggavsnitt 40 under metallinnløpet 18 og over metallutløpet 20, for å innføre spylegass i kammeret 16 i motstrømsforhold til strømningen av smeltet metall som forløper i hvirvelform nedover fra innløpet 18 til utløpet 20. Antall dyser er avhengig av enhetens størrelse og det tilsiktede gjennomløp, og et dyseantall på 2 - 30 er i høy grad egnet. Det er fastlagt at 6 eller 8 spylegassdyser gir utmerkede resultater.

Det indre sideveggavsnitt 40 bør være bygget opp av passende material som kan motstå angrep fra det smeltede metall, og kan således utgjøres av et ildfast material, slik som alumi-niumoksyd eller silisiumkarbid. Det ytre sideveggavsnitt 41 bør være utført i et egnet, meget fast material slik som stål. Indre og ytre sidevegg er romlig skilt fra hverandre og mellom veggene er det anordnet isolasjonsmaterial 42.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er også varmeinnretninger 43 anbragt i mellomrommet mellom indre og ytre sidevegg samt i avstand fra såvel indre som ytre sidevegg, slik det tydelig fremgår av fig. 4 og 5. Isolasjonsmaterial 42 er da anordnet mellom varmeinnretningen 43 og den ytre sidevegg 41, og utfyller fortrinnsvis hele mellomrommet mellom disse, mens et luft- eller oppvarmingsrom 44 foreligger mellom varmeinnretningene 43 og den indre vegg 40. Flere varmeinnretninger 43 foreligger i et antall som er avhengig av enhetens størr-else. Det er funnet at adskillelsen av varmeinnretningen 43 fra innerveggen 40 ved hjelp av et mellomliggende luftrom gir en overraskende effektiv og jevnt fordelt oppvarming, på tross av de vanskelige forhold i selve utgasningsinnretningen.

Varmeinnretningen 43 er anordnet mellom innløpet 18 og utløpet 20.

I samsvar med dette kan et hvilket som helst egnet varme-element anvendes, og et typisk sådant element er et nikkel/- krom-element med stort tverrsnitt, som drives med høyst 45 V trefaset 60 Hz vekselstrøm. Varmeelementenes strømtilførsel (ikke vist) finner sted over en ringledning 45 forbundet med en typisk strømforsyning for trefaset 480 V, 60 Hz, over reduksjonstransformatorer for å oppnå lav spenning og høy strøm for varmeelementene.

Utløpet 20 er over et integrert stigerør 46 forbundet med en støpestasjon, og om nødvendig, er det mellom disse anordnet et filter. Ved en foretrukket utførelsesform i henhold til fig.

4 og 5 er det integrerte stigerør på motsatt side i forhold til kammeret 16 utført med en indre stigerørvegg 47 og en ytre stigerørvegg 48, med varmeelementet 43 i romlig avstand fra begge disse vegger. En isolasjon 42 befinner seg mellom varmeelementet 43 og den ytre stigerørvegg, og over et luftrom 44 mellom varmeelementet 43 og den indre stigerørvegg 47 dannes et oppvarmet stigerør. Avløpsrøret 52 med avløpsåpnin-gen 53 og en lukkeinnretning 54 som kan åpnes, er anordnet på undersiden av utløpet 20, fortrinnsvis med to avløpsåpninger og to lukkeinnretninger som kan åpnes, slik som angitt i fig. 4, for derved å lette rengjøring.

Anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse oppviser betydelige fordeler. Denne anordning er kompakt med hensyn til sin størrelse og mangesidig i sin utførelse. Utover dette holder det oppvarmede kammer i anordningen vedlikeholdsomkost-ningene på et lavt nivå, samt forenkler driften og forbedrer produktiviteten. Dessuten er det funnet at driftsenergi-omkostningene ligger overraskende lavt.

I bruk kan anordningen lett holde metalltemperaturen på 690 til 704°C mens temperaturen på utsiden er ca. 93°C. Når anordningen tas i bruk stabiliseres først temperaturen av det tomme kammer før det smeltede metall tilføres. Når først kammeret er fylt, kan temperaturen av det fylte kammer innstilles på den temperatur som er nødvendig for å innlede støpningen. Når støpeprosessen innledes forhøyes gasstrømmen fra en grunn-innstilling til en spyleinnstilling. Ved slutten av utstøp-ningen reguleres gasstrømmen atter tilbake til grunninnstil-lingen. Hvis det skulle være nødvendig å skifte ut en dyse, kan dette normalt finne sted i løpet av noen minutter etter tømningen av systemet. I denne tid kan temperaturen kan opprettholdes, hvilket tillater dyseutskiftning under enhver planmessig tømning av systemet.

Utprøvning av anordningen viste at den var enkel og sikker å drive, således at det på dette grunnlag oppnås en betraktelig produktivitetsforbedring, samtidig som en jevn temperatur-regulering sikres. Betraktelige produksjonsvirkningsgrader ble også oppnådd. I tillegg viste "telegass"-data under utgassing av en 7050-legering at hydrogeninnholdet ble redusert fra 0,15 cm<2>/100 g i innstrømmende aluminium til ca. 0,05 cm<2>/100 g på reaktorens utgangsside ved anvendelse av argon alene, hvilket tilsvarer en fjerningsvirkningsgrad på 62%. Argonstrømmen beløp seg da til 1,63 l/kg aluminium. Dette viser at en høy prosentandel av hydrogeninnholdet fjernes, særlig når hydrogeninnhold i det innstrømmende metall er lavt, hvilket innebærer et overraskende virknings-fullt resultat.

Claims (8)

1. Anordning for utgassing av smeltet metall og som inneholder et kammer (16) med et indre langstrakt sideveggavsnitt (40) samt et ytre langstrakt sideveggavsnitt (41), et innløp (18) for smeltet metall anordnet i et første høydenivå i forhold til kammeret, for derved å lede smeltet metall inn i kammeret på sådan måte at det smeltede metall strømmer nedover i kammeret fra metallinnløpet, et utløp (20) for det smeltede metall anordnet i et annet høydenivå under det første høyde-nivå, for å føre det smeltede metall ut av kammeret, og minst et spylegassinnløp (32) anbragt på det indre langstrakte sideveggavsnitt (40) på undersiden av det første høydenivå for å føre spylegass inn i kammeret, karakterisert ved at det indre (40) og ytre sideveggavsnitt (41) er anordnet i romlig avstand fra hverandre, og at varmeinnretninger (43), en isolasjon (42) mellom varmeinnretningene og det ytre sideveggavsnitt, samt et luftrom (44) mellom varmeinnretningene og det indre langstrakte sideveggavsnitt er anbragt i det derved dannede mellomrom.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at isolasjonen (42) strekker seg fra varmeinnretningene (43) til det ytre langstrakte sideveggavsnitt (41).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at varmeinnretningene (43) er anordnet i høydenivå mellom innløpet (18) for metallet og utløpet (20) for metallet.

4. Anordning som angitt i krav 1 - 3, karakterisert ved at et tømningsrør (52) er anordnet på undersiden av utløpet (20) for metallet.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved' at tømningsrøret (52) oppviser to adskilte tømningsåpninger (53) med hver sin lukkeinnretning (54).

6. Anordning som angitt i krav 1 - 5, karakterisert vec" at utløpet (20) for det smeltede metall er anordnet i strømningsforbindelse med et stigerør (46) for metallet.

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at stigerøret (46) oppviser et indre langstrakt stigerørveggavsnitt (47) og i romlig avstand fra dette et ytre langstrakt stigerørsideveggavsnitt (48), samt i mellomrommet (44) mellom indre og ytre langstrakte veggavsnitt (47, 48) av stigerøret, varmeinnretninger (43) som befinner seg i romlig avstand fra såvel det indre som det ytre veggavsnitt av stigerøret.

8. Anordning som angitt i krav 1 - 7, karakterisert ved at innløpet (18) for metallet er anordnet tangentialt i forhold til kammeret (16) på sådan måte at det smeltede metall strømmer i hvirvelformet bevegelse fra nevnte innløp nedover gjennom kammeret.