NO170496B - Fremgangsmaate ved kjoeling av dross, samt anordning for utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en anordning og en fremgangsmåte

for avkjøling av ikke-jernholdig metalldross. Ovnsskum eller dross er et normalt bi-produkt ved prosesser som omfatter smeltet metall. Drosset som oppstår på overflaten av det smeltede metall, inneholder fritt metall, vanligvis i konsentrasjoner som er tilstrekkelig store til å gjøre det verdt å utvinne. Det er varmt, ofte glødende, og kan være rykende og/eller avgi røk. Det er fordelaktig å behandle slikt dross slik at det avkjøles i på akseptabelt kort tid ned til en temperatur hvor det ikke lenger undergår en selvpropagerende eksoterm reaksjon og kan behandles sikkert og med letthet. Et behandlingssystem bør:

a) stoppe raskt eller kontrollere drossdamper og/eller røk; b) holde tilbake så mye fritt metall som mulig fra det opprinnelige innhold i det varme dross. Hvis det ikke kontrolleres, fortsetter de fine frie metalliske partikler i det varme dross å oksydere, og den resulterede varme propagerer ytterligere metallfor-bruk ; c) ta hånd om de forskjellige mengder av dross som dannes av en enkelt (for eks. et ovn) eller den totale (for eks. et støpesenter) arbeidoperasjon som innebærer smeltet metall; d) frembringe avkjølt dross i en form fra hvilken det resterende metall kan utvinnes med letthet; e) avkøle drosset på sikker måte; f) være enkel i anvendelse og vedlikehold;

g) være rimelig i anskaffelse og drift.

Det har vært anvendt flere fremgangsmåter for drossavkjøl-

ing. Én omfatter spredning av drosset over et metallgulv.

Dette medfører avkjøling av drosset, men det forhindrer ikke fullstendig ødeleggelse av det resterende metall eller dannelse av damp eller røk. På grunn av de økede miljømes-

sige krav må de foreliggende anlegg utstyres med dyre renseanordninger for å behandle emisjonene. Den lave

effektivitet utrykt i metall som gjenvinnes i forhold til de nødvendige utgifter, gjør nye installasjoner av denne art økonomisk lite attraktive.

En annen fremgangsmåte, roterende avkjølere, består av en horisontalt roterende og utvendig avkjølt ståltromme gjennom hvilken drosset føres. På grunn av sin enkle anvendelse og sin effektivitet for å avkjøle drosset raskt, har de roterende avkjølere oppnådd betraktelig suksess. Likevel har de ulemper, særlig for større anlegg. Et reservesystem er nødvendig i tilfelle den roterende avkjøler går i styk-ker eller krever en overhaling. De økonomiske utlegg som dette medfører, er forholdsvis store. Behandling av vått (høyt metallinnhold) dross kan være problematisk fordi det nødvendiggjør drossforbehandlig eller alternative avkjøl-ingssystemer. Endelig forekommer en stor prosentdel av det avkjølte dross i finfordelt form som det kan være vanskelig å utvinne restmetallet fra på en effektiv og økonomisk måte.

Karkjøling i sin enkleste form omfatter helt enkelt å fylle drosset i et stålkar eller et annet kar. I denne form tilfredsstiller ikke avkjølingssystemet mange av den ovenfor oppførte kriterier. Foreliggende oppfinnelse vedrører et forbedret karkjølingssystem.

U.S. Patent 4 097 027 beskriver et karkjølingssystem bestående av en beholder for oppbevaring av drosset plassert på et grunnlag omgitt av en vollgrav som inneholder vann; og en klokke med åpen bunn som skal senkes ned over beholderen inntil skjørtet av klokken er neddykket i vannet i voll-graven. Når oksygenet i rommet mellom beholderen og klokken forbrukes, ved omsetning med det resterende metall i drosset, synker trykket, og vannnet stiger rundt beholderen og virker som en varmeavleder for å avkjøle drosset. En ulempe ved systemet er at det kun er delvis effektivt når det gjelder å redusere tapet av restmetall i drosset; i virkeligheten krever systemet en viss mengde omsatt metall for å frembringe det nødvendige lave trykk. En annen ulempe er at som et resultat at vannforseglingen, foreliggger det vanndamp i atmosfæren inne i klokken og utgjør en potensiell eksplosjonsfare. Vanndamp reduseres ved for eks. metallisk aluminium til hydrogen som kan eksplodere når klokken løftes og luft igjen kommer i kontakt med drosset.

Dette eksplosjonsproblem omtales i tysk utleggningsskrift 3040718, som vedrører hovedsakelig det samme system. For å unngå dette spyles klokken med argon-gass før den løftes ut av vannet.

Den foreliggende oppfinnelse unngår eksplosjonsproblemet på en enklere og mer tilfredsstillende måte ved å unngå anvendelse av vannforsegling. I henhold til oppfinnelsen inneholder et system for avkjøling av dross et kar med åpen topp for å motta drosset og en ytre beholder. Karet er oppdelt med indre skillevegger i avdelinger med åpen topp og er fremstilt av metall med tilstrekkelig varmekapasitet til å virke som en varmeavleder og raskt avkjøle drosset; den ytre beholder er utformet for å passe over og rundt karet når det er fylt med dross for å danne et i det vesentlige lukket hulrom rundt drosset. En inert gass, såsom argon, føres inn i dette hulrom for å fordrive luften og å redusere graden av reaksjon, hovedsaklig oksydasjon, av restmetallet i drosset.

Oppfinnelsen er nyttig ved behandling av dross av ethvert ikke-jernholdig- metall som smelter ved relativt lav temperatur, såsom magnesium eller sink. Det er særlig egnet for behandling av aluminiumdross.

Den totale lengde, bredde og dybde på karene med åpen topp kan med letthet velges for de spesielle behov på det sted der det skal anvendes. Karet er oppdelt med indre skillevegger i avdelinger med åpen topp. Disse skillevegger forbedrer ikke bare den termiske kontakt mellom det varme dross og karet, men de sikrer også at det avkjølte dross gjenvinnes i form av blokker som har en hensiktsmessig håndteringsstør-reise. Karet er fortrinnsvis fremstilt av støpt stål eller støpt jern, mest foretrukket støpt stål, og med tilstrekkelig tykkelse for å ha den ønskede varmekapasitet for å avkjøle drosset. En hensiktsmessig veggtykkelse er sansynligvis i området fra 1 til 5 cm.

Vektforholdet mellom karet med åpen topp og drosset som skal fylle karet, er fortrinnsvis minst 1:1. Dette er tilstrekkelig for å sikre at karet har tilstekkelig varmekapasitet for å virke som en varmeavleder for å absorbere varmen utviklet av drosset når dette avkjøles fra temperaturen det har når det fjernes fra ovnen, ned til en temperatur rett under størkningstemperaturen for det rene metall (659°C i tilfelle aluminium), under antagelse av at dette går uten tap. I praksis er en sikkerhetsmargin vanligvis påkrevet for å bringe drosset under størkningstemperaturen for de lavtsmeltende faser som foreligger i den spesielle legering, og det er derfor foretrukket at forholdet karvekt til drossvekt ligger mellom 1,5:1 og 2:1.

Hoveddelen, f.eks. 60 til 84%, av avkjølingen av drosset ned til en sikker temperatur ved hvilken det ikke lenger er reaktivt (for aluminiumdross for eks. under 400°C), gjennomføres fortrinnsvis ved varmeutveksling med karet med åpen topp. For dette formål er dimensjonene på avdelingene i karet fortrinnsvis slik at intet dross er mer enn 0,5 m fra den nærmeste overflate i karet. Karet med åpen topp bør generelt ha et overflateareal som vender mot drosset på minst 5,0 m2, fortrinnsvis minst 9,0 m<2>, for hver kubikk-meter av karets kapasitet. Som et resultat gjennomføres kjøling av aluminiumdross til en sikker temperaur generelt innen et maksimalt tidsrom på 12 timer, hvor det aktuelle tidsrom er avhengig av metallinholdet i drosset og de foreliggende hovedbestanddeler i legeringen. Det har vært vist i forsøk at et-tonns partier av delvis glødende (gul varme) aluminiumsdross kan kjøles sikkert til under 400°C på mindre enn 4 timer. Drosset kan fjernes på dette trinn uten nødvendigvis å avvente at det skal nå termisk likevekt med

karet.

En annen del av utstyret er en ytre beholder formet for å passe over og rundt karet når dette er fylt av dross, for å danne et hovedsaklig lukket hulrom rundt karet. En utførel-sesform er en hette med åpen bunn, utformet for å dekke det drossfylte kar og for å bli senket ned over det.

En annen utførelsesform er en frontfyllende beholder utstyrt med en dør, gjennom hvilken et kar fylt med dross kan føres inn.

En hette er utformet for å dekke karet og danne et hovedsaklig lukket hulrom rundt det drossfylte kar. For å redusere anvendelsen av inert gass, bør den fortrinnsvis ikke være større enn det som er nødvendig for dette formål. Den kan være fremstilt av stål eller et annet metall med tilstrekkelig vekt og styrke for å motvirke forvridninger på grunn av varmen fra drosset. Hvis karet er plassert i et bed med sand (eller et annet partikkelformet materiale) eller på et gulv omgitt av en ring med sand, kan hetten senkes slik at den nedre kant av skjørtet neddykkes i sanden for å forsegle hulrommet mellom hetten og karet fra atmosfæren. Med en sandforseglelse av denne type unngås ikke bare farene ved vannseglet som anvendes i teknikkens stand, men den tjener også til å sikre at løst rusk rundt hettens nedre kant ikke forhindrer en skikkelig forsegling.

Alternativt kan en tetningsring, for eks. av tungtsmeltelig ull eller høytemperaturgummi, anvendes for å danne for-seglingen. Det partikkelformede materiale eller tetnings-ringen kan plasseres i en nedsenkning i gulvet. Eller hetten kan helt enkelt anordnes så det hviler på et fast gulv, for eks. av tungtsmeltelig sement eller metall. Et metallgulv kan avkjøles kunstig for å trekke varme via hetten fra drosset.

En frontfyllende beholder kan utstyres med en forseglbar dør gjennom hvilken et kar fylt med dross kan føres inn og ut. Beholderne kan utstyres med forsterkede vegger slik at flere kan stables over hverandre når gulvplass er mangel-vare. I det minste deler av veggene og taket på beholderen kan gjøres dobbelte, og utstyr kan anordnes for å føre en kjølevæske (for eks. luft) mellom dem. Dette kan være spesielt ønskelig når taket utsettes for strålevarme fra drosset.

Det ytre kar er utstyrt med en ventil ved hvilken en inert gass kan innføres inn i det i det vesentlige lukkede hulrom. Inertgassen er fortrinnsvis argon, men andre gasser såsom nitrogen kan anvendes når metalldrossets natur tillater det. Nitrogen reagerer med smeltet aluminiummetall og er derfor ikke foretrukket for anvendelse med aluminiumdross. Hvis det er nødvendig å fjerne oksygenet raskt fra hulrommet, kan en innledende bølge av inert gass anvendés etterfulgt av en langsommere stabil strømningshastighet. Den optimale strømningshastighet vil avhenge av hvor godt hetten sitter under anvendelse. Hvis drosset kun er delvis svakt glødende, har en begynnende og steady-state strømning på 14 til 28 standard liter/minutt vært anvendt med fordel.

Som bemerket ovenfor vil hoveddelen av den utviklede varme fra drosset absorberes av karet. Resten avgis til det ytre kar, til grunnen, og til den inerte gass. En liten ytterligere fordel kan oppnås ved å sirkulere den inerte gass mellom det lukkede hulrom og en varmeutveksler. Dog betra-ktes dette arrangement som relativt dyrt og er sansynligvis lite fordelaktige kostnadsmessig i de fleste tilfeller.

Etter avkjøling fjernes drosset fra karet og behandles på konvensjonell måte for å utvinne det resterende metall eller kun for fjerning. Størrelsen på avdelingene i karet med åpen topp har vært valgt for å frembringe blokker av dross av en hensiktsmessig størrelse for den videre behandling. Da drosset ikke utsettes for mekanisk påvirkning under avkjølingen, inneholder det relativt små mengder av fingods, slik at gjenvinning av hovedmengden av det uomsatte metall er teknisk enkelt og økonomisk. I forsøk har det vært gjenvunnet mer en 80 % av det uomsatte aluminiummetall fra dross avkjølt i henhold til denne oppfinnelse. I motsetning til dette er det vanligvis økonomisk mulig rent generelt å gjenvinne bare 65 til 75 % av det uomsatte metall når drosset spres utover et metallgulv i et drossrom eller av-kjøles ved hjelp av en roterende kjøler. Videre forblir generelt en høyere andel av aluminiummetallet uomsatt når dross avkjøles i henhold til denne oppfinnelse, enn det som er tilfelle når dross avkjøles i et drossrom.

Det henvises til de medfølgende tegninger hvor:

Fig 1 er en plan skisse av et kar med åpen topp som kan oppta dross; Fig 2 er et sideriss av karet med hetten plassert over den. Fig 3a, 3b og 3c er detaljer fra Fig 2 som viser de ulike anordninger for å forsegle hettens skjørt. Fig 4 viser en frontfyllende beholder som kan oppta et kar ladet med dross sett i perspektiv; og Fig 5 viser en stabel av tre beholdere med drosskar sett forfra.

På Figur 1, er et kar 10 for avkjøling av dross utformet av støpt stål med en tykkelse på 3,75 cm, oppdelt av indre skillevegger 12 i fire avdelinger 14, hver avdeling er 100 cm lang, 42 cm bred og 42 cm dyp. Den øvre kant av avdelingene 12 er i hovedsaklig samme høyde som kanten 16 av karet. Langs den ene langside, har karet en leppe 18 for å lette overførsel av dross fra overflaten av det smeltede metall.

På Figur 2, vises karet plassert på et betonggulv 20 og omgitt av en ring med sand 22. En hette er vist bestående av en hvelvet topp 24 og et nedhengende skjørt 26, hvis nedre kant er plassert i ringen av sand 22. Hetten som er utformet av 4,5 mm stålark, er utstyrt med to luftehåndtak 28 og er 2,5 m lang, 1,4 m bred og 1 m høy. Hetten er utstyrt med en ventil 30 ved hjelp av hvilken en inert gass såsom argon kan innføres i det i det vesentlige lukkede hulrom 32 mellom karet og hetten. En trykkavlastningsventil 33 er også

anordnet.

Figurene 3A, 3B og 3C viser i detaljforseglingene dannet mellom skjørtet 26 av hetten og betonggulvet 20 i kjøle-

rommet.

På Figur 3A er et sandbed 22 plassert i en kanal 44 i gulvet utformet for å oppta den nedre kant av skjørtet. På Figur 3B er en pute av tungtsmeltelig ull plassert i en kanal 48

for å oppta den nedre kant av skjørtet. På Figur 3C bærer den nedre kant av skjørtet 26 en tettningsring 50 av ild-

faste fibre som hviler på den hellende overflate 52 av en tannformet kant 54 på gulvet for å hindre oppsamling av bruddstykker.

Figur 4 viser en frontfyllende beholder som har et gulv 34, sidevegger 36 og et tak 38, og en hengslet dør 40 forseglet med en tettningsring 42. Dørhullrommet er stort nok for å

oppta et åpent kar helt fylt med dross. Som bemerket overfor, kan veggene være forsterket for å muliggjøre at flere beholdere kan stables på hverandre. Sideveggene 3 6 og særlig taket 38 på beholderen kan være doble for å tillate pressluftavkjøling av veggene. Beholderen kan være utstyrt med en ventil (ikke vist) ved hjelp av hvilken en inert gass såsom-argon kan innføres i det hovedsaklig lukkede indre rom av beholderen.

Figur 5 viser en stabel av tre beholdere 56, som hver inneholder et åpent drosskar 58. Beholderne er plassert i av-

stand fra hverandre og fra gulvet 20, og en pumpe 60 frem-bringer trykkluftkjøling rundt og under hver beholder.

Claims (11)

1. Anordning for avkjøling av ikke-jernholdig metalldross karakterisert ved et kar (10, 58) med åpen topp for å oppta drosset og en ytre beholder (24), hvilket kar er oppdelt ved indre skillevegger (12) i avdelinger (14) med åpen topp og er formet i metall med tilstrekkelig varmekapasitet for å virke som en varmeavleder for å absorbere varme fra drosset, og den ytre beholder (24) er utformet for å passe over og rundt karet når dette er fylt med dross for å danne et i det vesentlige lukket hulrom (32) rundt karet med utstyr (3 0) anordnet for innføring av en inert gass i nevnte hulrom (32) for å redusere omfanget av omsettningen av fritt metall i drosset.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at karet er utformet av støpt stål eller støpt jern.

3. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at stålet har en tykkelse på fra 1 - 5 cm.

4. Anordning i henhold til et av kravene 1 - 3, karakterisert ved at den ytre beholder (24) er en hette som har et nedhengende skjørt (26), hvis nedre kant er utformet for å sitte på en bærer (22) for. i det vesentlige å forsegle hulrommet rundt karet.

5. Anordning i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at den ytre beholder (24) er en frontfyllende beholder.

6. Anordning i henhold til krav 5, karakterisert ved at minst deler av veggene og taket i beholderen er doble, og at det er anordnet utstyr for å føre en avkjølingsvæske mellom dem.

7. Anordning i henhold til et av kravene 1-6 karakterisert ved at vektforholdet av det nevnte åpne kar til drosset som er nødvendig for å fylle den, er minst 1:1.

8. Anordning i henhold til et av kravene 1-7 karakterisert ved at det nevnte åpne kar har et overflateareal, som vender mot drosset, på minst 5,0 m<2> for hver kubikmeter av karet.

9. Fremgangsmåte for å avkjøle ikke-jernholdig metalldross, såsom aluminiumdross, karakterisert ved å frembringe et åpent metallkar for å oppta drosset, hvilket kar er oppdelt ved indre skillevegger i åpne avdelinger, og en ytre beholder, og innføre dross i karet hvorved karet virker som en varmeavleder for å absorbere varme fra drosset, og plasssere den ytre beholder over og rundt det fylte kar for å danne et i det vesentlige lukket hulrom rundt karet, og å innføre en inert gass i hulrommet for å redusere graden av oksydasjon av fritt metall i drosset.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved at drosset avkjøles hovedsakelig ved varmeutveksling med karet.

11... Fremgangsmåte i henhold til krav 9 eller 10, karakterisert ved at argon anvendes som inert gass.