NO310115B1 - Utstyr for smeltebehandling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører utstyr for behandling av en væske såsom metallsmelte, innbefattende en rotor for tilførsel av gass og/eller partikulært materiale til væsken i et reaksjonskammer med et innløp og utløp for væsken.

Det er kjent fra markedet og litteraturen en rekke løsninger for behandling av væske der det benyttes roterende legemer av forskjellig design og type. Eksempelvis er det fra søkerens egen europeiske patent nr. 0151434 kjent en metode for behandling av væske der det benyttes en hul, sylindrisk rotor der partikulært materiale og/eller gass er innrettet til å tilføres rotorens hulrom gjennom en boring i rotorakslingen og der smeiten ved rotasjon av rotoren trekkes inn gjennom en åpning i bunnen av rotoren og slynges ut gjennom åpninger i siden sammen med den tilførte gass og/eller materiale. Selv om denne løsningen skaper lite turbulens og omrøring i væsken og likevel er meget effektiv og har stor behandlingskapasitet, har det vært et formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe utstyr for behandling av en væske, spesielt aluminium smelte, som har enda høyere effektivitet og behandlingskapasitet. Samtidig har det vært et formål å unngå at væsken som behandles kommer i kontakt med den omkringværende luft, spesielt oksyge-net i denne, for å hindre påvirkning av væsken fra luften.

Ytterligere, hva angår behandling av aluminiumsmelte, har det vært et formål å oppnå øket fjerning av både hydrogen og natrium. Dessuten har det vært et formål kunne tilbakeføre det meste eller all restsmelte til støpeovnen ved avsluttet støping, eller eventuelt fremføre all smelte til støpemaskinen.

Med foreliggende oppfinnelse har man lykkes med å oppnå ovennevnte formål. Oppfinnelsen er karakterisert ved at reaksjonskammeret er lukket og er innrettet til å settes under vakuum, hvorved utløpet kommuniserer med et ytterligere kammer eller utløpspassasje, som angitt i vedføyde krav 1.

Vedføyde uselvstendige krav 2 - 6 angir fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det etterfølgende med henvisning til vedføyde figurer hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse, sett fra a) siden og b) ovenfra, av utstyret i h.h.t.

oppfinnelsen.

Fig. 2 viser en prinsippskisse av en alternativ utførelse med to reaksjonskammer,

sett a) i oppriss og b) ovenfra, av utstyret i h.h.t. oppfinnelsen.

Fig. 3 viser en alternativ utførelse med motordrift anordnet på undersiden, sett

i a) oppriss og b) ovenfra.

Fig. 4 viser en ytterligere utførelse med motordrift anordnet fra siden, sett i a)

oppriss og b) ovenfra.

Fig. 1 viser som nevnt en prinsippskisse av utstyret i h.h.t. oppfinnelse. Utstyret ble i utgangspunktet utviklet med sikte på behandling av metallsmelte av aluminium, men kan i realiteten benyttes til behandling av enhver type væske, f.eks. for fjerning av oksygen fra vann. Utstyret innbefatter et fortrinnsvis sylindrisk, opprettstående reaksjonskammer 1 og utløpspassasje i form av et utløpsrør 2. Væske som skal behandles strømmer inn gjennom en åpning 3 ved reaksjonskammerets 1 nedre ende og løftes opp p.g.a. undertrykk i kammeret som fremskaffes ved hjelp av en vakuumpumpe (ikke vist) tilkoblet en koblings-tuss 4. I kammeret 1 er det anordnet en rotor 5 som drives av en motor 6 anordnet på lokket 11. Rotoren 5 kan f.eks. hensiktsmessig være av den typen som er beskrevet i søkerens europeiske patent nr. 0151434 og som er innrettet til å tilføres gass gjennom rotorakslingen 12 via en svivelkobling 7. Eventuelt kan gass, istedenfor å tilføres gjennom rotoren 5, tilføres gjennom en dyse 8 porøs pluggstein e.l. anordnet i bunnen av beholderen.

De oppstigende gassboblene bevirker at væsken, på grunn av egenvektsendringen, strømmer fra innløpet 3 og inn i reaktoren 1 og derfra ut gjennom utløpsrøret 2 som er sammenkoblet med reaksjonskammeret via en flensforbindelse 15. Utstyret kan hensiktsmessig være anordnet i en renne, fortrinnsvis lukket, eller langstrakt beholder 9 for konti-nuerlig behandling av en væske, f.eks. som nevnt ovenfor, aluminium metall smelte. I så tilfelle vil innløpet 3 kunne befinne seg ved den ene enden og utløpet av røret 2 ved den andre enden av rennen 9.

I tilknytning til utstyret, er det i rennen også anordnet en sluseventil 10 (drift av denne ikke nærmere vist).

Ved starting av renseprosessen for væsken, åpnes sluseventilen 10 slik at væsken renner forbi kammeret 1 og fyller opp rennen til et visst nivå. Sluseventilen kan nå lukkes. Når vakuum påføres fra en vakuumpumpe e.l. (ikke vist) via stussen 4 og det samtidig tilsettes gass i rotoren 5 eller gjennom dysen 8, starter sirkulasjonen av væske gjennom utstyret som nevnt ovenfor. Sluseventilen 10 er ellers innrettet til å åpnes ved gasstilførsel eller vakuumsvikt, eller ved avslutning av behandlingsprosessen, slik at smeiten kan renne tilbake til væskereservoaret, en holdeovn, støpeovn e.l.

Som et alternativ, er det også mulig å tilføre gass i motstrøm i utløpsrøret 2 (ikke nærmere vist) gjennom en gassdyse e.l. Herved kan behandlingseffektiviteten. f.eks. ved fjerning av hydrogen fra en aluminiumssmelte, økes ytterligere ved økt reaksjonstid. Dvs. behand-lingsgassen som tilføres vil "møte" den smeiten som har laveste hydrogenkonsentrasjon ved rørets 2 utløpsende, og gassen vil komme i kontakt med smelte som har større konsentrasjon oppe i røret. En kombinasjon av rotor i reaksjonskammeret 1 og tilførsel av gass motstrøms i utløpsrøret 2 vil øke effektiviteten, men nivåforskjellen for væsken i reaksjonskammeret 1 og utlløpsrøret vil minke.

Fig. 2 viser en alternativ utførelse hvor det benyttes to rotorer 5 og følgelig to reaksjonskammer. De to kammerene 1 og 2 er koblet i serie der kammer 2 tilsvarer utløpsrøret 2 i det forannevnte eksempel vist i Fig. 1.

De to kammerene er som i det foranstående eksempel anordnet i tilknytning til en renne 9 og er slik innrettet at væsken som skal behandles strømmer inn gjennom en sideveis anordnet åpning 3, opp gjennom kammeret 1 og via en åpning 16 inn i kammeret 2 og derfra tilbake til rennen 9 via en åpning 13. I kammeret 1 strømmer væsken medstrøms gassen som tilføres gjennom rotoren 5, mens i kammer 2 vil væsken strømme motstrøms gassen som tilføres en tilsvarende rotor 5.

En ytterligere sluse 14 er anordnet i rennen 9. Ved oppstart holdes slusen 14 åpen slik at væske som skal behandles kan strømme inn i kammerene 1 og 2. Når væskenivået i kammerene har nådd væskenivået i rennen, påføres vakuum via stussen 4 slik at metallnivået i kammerene økes (til 17). Sirkulasjon gjennom kammerene kan nå komme i gang ved å stenge slusen 14, åpne slusen 10, og samtidig tilføre behandlingsgass til de to respektive rotorene 5. Med denne løsningen oppnås ytterligere forbedret effektivitet ved at reaksjonstiden økes og ved at væsken strømmer motstrøms gassen i reaksjonskammer 2 som nevnt under eksempelet i det foranstående.

Det skal i denne forbindelse for øvrig bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til de løsninger som er beskrevet i det foranstående og vist i figurene. Således kan utstyret for behandling av væske bestå av tre, fire eller flere enn fire reaksjonskammer koblet i serie. Videre kan det, i stedet for rotorer med drift ovenfra, benyttes rotorer som drives av motorer anordnet på undersiden som vist i Fig. 3 eller på siden av reaksjonskammeret/ene som vist i Fig. 4, og hvor rotorakslingen/e strekker seg gjennom bunnen eller respektive siden av disse.

Eksempel

Det ble utført sammenlignende forsøk for fjerning av oksygen fra vann ved anvendelse av en rotor anordnet i et åpent kar (standard løsning), respektive en rotor anordnet i en utstyrsløsning som vist i Fig. 1 (oppfinnelsen).

Diameteren for karet i standardløsningen var den samme som for reaksjonskammeret (tilsvarende 1 i Fig. 1) i henhold til oppfinnelsen. Diameteren for rotoren var også den samme. Nitrogen-gass ble tilført gjennom rotoren i begge tilfeller.

For øvrig ble det benyttet følgende forsøksapparater og komponenter

Drivverk

1,5 kw motor med turtall på 1400 °/min. v/SoH2.

Frekvensoriator

Simens Micro Master, 3 kw

Variasjonsområde: 0-650 H2

Nitrogen

Gassen ble tilført fra 200 bars 50 liter flanke via reduksjonsventil. Renhet 99,7 %.

Rotometer

Gasshastigheten ble målt av rotometer av typen Fischer & Porter - Rør FP-1/2-27-G-10/80.

Flyter: 1/2 GNSVT - 48

Vanngjennomstrømninasmåler

SPX (Spanner- Pollux GMBH) med Q, 2,5 m3/h.

Tverrsnittsåpning ca. 25 mm.

Undertrykk ( vacuum)

For å fremskaffe vakuum i reaksjonskammer ble benyttet en industristøvsuger av typen KEW WD 40-11. Effekt 1400 W

Luftmengde: Max 60 l/sek.

Oksvqenmåler:

Oksygenmengden i vannet ble målt med to oksygenmåler av typen Oxi 340.

Tochmeter:

Turtall ble målt med et tochmeter av typen SHIMPO DT-205

Rotor:

Standard Hycast TMrotor- Med hull i side og bunn som vist i EP 0151434.

Resultat av forsøkene fremgår av nedenstående tabell

Som det fremgår av tabellen er det oppnådd en forbedring i oksygenfjerningseffekt, avhen-gig av turtall, på i størrelsesorden 11-15 % for oppfinnelsen sammenholdt med standard type reaktor. Dette representerer en vesentlig forbedring når det gjelder væskebehandlingseffektivitet.

Sammenholdt med tradisjonelle smeltebehandlingsløsninger gir foreliggende oppfinnelse flere fordeler: 1. Undertrykket i reaksjonskammeret/ene medfører et lavere partialtrykk over smeiten av de forurensningselementer som er oppløst i væsken. I en aluminiumssmelte vil dette spesielt gjelde elementene natrium og hydrogen. Det lave damptrykket over smeiten vil påvirke likevekten mellom atmosfæren og væsken, og dermed gi en økt fjerningseffekt av de løste elementer i reaktoren/renseenheten. 2. Ved å løfte væskenivået i reaksjonskammeret/ene til et nivå som er høyere enn nivået i rennesystemet vil kontakttiden mellom prosessgassen og væsken økes betraktelig. Dette medfører at prosessgassen utnyttes optimalt og en vil oppnå en forbedret renseeffekt av en gitt mengde gass. 3. Atmosfæren i reaksjonskammeret/ene vil være tilnærmet upåvirket av atmosfæren i det rommet hvor reaktoren er plassert. Et lavt innhold av hydrogen og vanndamp i reaksjonskammeret/ene reduserer mulighetene for opptak av hydrogen i reaktoren. Et lavt innhold av oksygen og vanndamp vil redusere slaggdannelsen i en reaktor for rensing av aluminium. 4. Støv og gasser som utvikles i reaksjonskammeret/ene under drift fanges effektivt opp av avsugssystemet, og en unngår dermed at slike gasser slipper ut i det rommet hvor reaktoren er plassert. 5. Ved avsluttet behandling (f.eks. ved avslutning av støping av aluminium) dreneres væsken automatisk ut av reaktoren og ut mot f.eks. støpemaskin og/eller ovn. Dette medfører at en unngår uønsket drenering av væske/metall ved skifte av væsken sammensetning (f.eks. ny legering) og at ovnskapasiteten i produksjonslinjen kan utnyttes optimalt til produksjon av salgbare produkter.

Claims (6)

1. Utstyr for behandling av en væske såsom metallsmelte, innbefattende en eller flere rotorer (5) for tilførsel av gass og/eller partikulært materiale til væsken i et reaksjonskammer (1) med et innløp (3) og utløp (13) for væsken, karakterisert ved at reaksjonskammeret (1) er lukket og er innrettet til å settes under undertrykk, hvorved utløpet (13) kommuniserer med et ytterligere kammer eller utløpspas-sasje (2).

2. Utstyr ifølge krav 1, karakterisert ved flere reaksjonskammer (1,2) anordnet i serie etter hverandre, hvorved det første reaksjonskammer (1) kommuniserer med det andre reaksjonskammer (2), det andre reaksjonskammer med det tredje osv. via en åpning (16).

3. Utstyr ifølge kravene 1 eller 2, karakterisert ved at gassen og/eller det partikulære materiale tilføres via rotoren/e (5).

4. Utstyr ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gassen og/eller det partikulære materiale tilføres gjennom en dyse (8) eller lignende anordnet i bunnen av det respektive reaksjonskammer (1,2).

5. Utstyr ifølge de foregående krav, karakterisert ved at undertrykket i det respektive reaksjonskammer er minst 0,2 bar.

6. Utstyr ifølge de foregående kravene 1 -5, karakterisert ved at rotoren(e (5) i det respektive reaksjonskammer (1) drives via en aksling (12) av en motor(6) anordnet på oversiden, undersiden eller siden av raksjonskam-meret (1).