NO311983B1 - Forbedret rotor anpasset for injeksjon av spylegass i smeltet aluminium i et raffineringskammer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret bevinget rotor for samvirke i en roterende dyseinnretning, anpasset for injeksjon av spylegass i smeltet aluminium som er tilstede i et raffineringskammer ved aluminiumsraffinerings-operasjoner i dette.

Smeltet aluminium, slik det frembringes fra de vanligste kildene som for eksempel primært metall, skrap og omsmeltede barrer, må vanligvis renses før det støpes til barrer, plater eller stenger. Dette kan gjøres ved å koble en inertgass, for eksempel nitrogen eller argon, gjennom det smeltede aluminiumet. I enkelte tilfeller tilsettes en halogengass, vanligvis klor, eller halogengassen kan brukes alene for rensing. Denne behandlingstypen kan fjerne oppløst hydrogen, alkalimetaller som for eksempel natrium og litium, og små faste partikler som for eksempel aluminiumoksyd. Effektiviteten til- et gitt gassvolum ved en slik behandling, økes ved å redusere gassens boblestørrelse i det smeltede aluminiumet og derved øke det totale gass/metall-overflatearealet. Effektiviteten til gassboblene økes også ved å dispergere gassboblene gjennom hele det smeltede alu-miniumslegemet som skal behandles. En meget effektiv måte å fremstille både små bobler og dispergere dem, er ved å bruke en roterende dyse plassert i det smeltede aluminiumet. Det er kommersielle systemer tilgjengelig for å gjøre dette, inkludert SNIF<®> systemene til Union Carbide Industrial Gases Inc. for in-line raffinering av metaller som strømmer fra en holder til en støpestasjon. Pelton patentet, US 4.784.374 beskriver og viser en spesiell utførelsesform av dette SNIF® systemet.

Raffineringshastigheten til et slikt roterende dysesystem kan økes ved å øke mengden av prosessgass som anvendes. Det er også vanligvis nødvendig å øke dysens rotasjonshastighet for å opprettholde den ønskede fremstillingen av små bobler og dispergeringen av de små boblene gjennom det smeltede aluminiumet i systemets raffineringssone. En slik økning i gasstrømmen og dysens rotasjonshastighet vil vanligvis medføre en øket turbulens på overflaten til det smeltede aluminiumet. Den maksimale raffineringshastigheten til et gitt raffineringssystem er imidlertid begrenset av maksimum overflateturbulens eller forstyrrelser som kan tolereres.

En stor grad av overf lateturbulens er uønsket i et raffineringssystem av flere årsaker. Det økte overflatearealet av metallet som frembringes, vil føre til høyere reaksjons-hastigheter med enhver reaktiv gass som kan være tilstede. For eksempel vil oksygen fra luften reagere og danne aluminiumoksydfiImer og vanndamp fra luften vil reagere og danne hydrogen i metallet og oksydflimene. Videre, når faste partikler føres til overflaten av metallsmelten av raffi-neringsgassboblene, vil overflateturbulensen kunne innvirke på den ønskede adskillelsen av boblene og deres innblanding i det flytende drosslaget som dannes over aluminiumssmelten. Stor turbulens kan også medføre at flytende dross innblandes i aluminiumssmelten igjen. Selv om de kvantitive effektene av stor overf lateturbulens er vanskelig å måle, er imidlertid fagmenn innen området fullt klar over at en høy overflateturbulens er uønsket og vil derved prøve å begrense overflateturbulensen til nivåer som er' ansett å være akseptable under vanlig kommersiell drift.

Det er et behov og ønske innen området å øke raffineringshastigheten til det roterende dysesystemet. Det er ønskelig å øke gasstrømhastighetene og dysens rotasjonshastighet, for å øke den maksimale anvendbare raffineringshastigheten, uten å skape en stor overflateturbulens, slik det er vanlig i slike roterende dysesystemer.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en forbedret bevinget rotor av den ovenfor beskrevne typen og som inngitt i innledningen til de medfølgende krav 1-7. Den bevingede rotoren er således kjennetegnet ved at den omfatter alternerende vinger og slisser rundt omkretsen, hvis slisser strekker seg kun i en del av lengden nedover fra rotorens topp med begrensede deler derunder. De begrensende delene omfatter åpninger deri for gjennomføring av smeltet aluminium ved anvendelse av rotoren for aluminiumsraffinering. Rotorens begrensede deler og åpningene i denne muliggjør kontroll av den oppadrettede strøm av smeltet aluminium i et raffineringskammer, spesielt i forbindelse med anbringelse av vertikale plateorganer på bunnen av raffineringskammeret og på tvers av raffineringskammeret under dysen. Det er dermed mulig å anvende høyere gasstrømmer og/eller rotasjonshastigheter på dysen, uten at det dannes uønsket overflateturbulens i aluminiumssmelten som raffineres.

En hensikt med oppfinnelsen er derfor å frembringe et forbedret raffineringssystem for fremstilling av aluminium.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å frembringe et aluminium-raffineringssystem som anvender en eller flere roterende dyser og som er istand til å operere ved økte raffineringshastigheter.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å frembringe et aluminiums-raffineringssystem med roterende dyse som er istand til å operere med høyere gasstrømsmengder og dyse-rotasjonshastigheter, uten en medfølgende økning av turbulens på overflaten av metallsmelten.

I henhold til disse og andre hensikter, vil oppfinnelsen i det etterfølgende bli beskrevet mer detaljert, hvor de nye trekk ved oppfinnelsen er spesielt presisert I de medfølgende krav.

Den maksimalt anvendelige raffineringskapasiteten eller hastigheten til et aluminium-raf f ineringssystem ved en roterende dysetype, økes ved å bruke en vertikal plate eller ribbe over bunnen av raffineringskammeret og under midten av rotoren til den roterende dyseanordningen. Videre oppnås en økning av kapasiteten ved anvendelse av en enestående utforming av rotoren i den roterende dysen.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli beskrevet med henvisning til de medfølgende tegninger. Figur 1 viser en roterende dyserotor sett ovenfra som anvendes i SNIF<®> systemet beskrevet over. Figur 2 viser den roterende dyserotoren sett fra siden sammen med statoren som vanligvis brukes med denne. Figur 3 viser en annen type roterende dyse som anvendes uten stator, sett ovenfra. Figur 4 viser den roterende dysen i figur 3 sett fra siden. Figur 5 er et snitt av et in-line raf f ineringssystem for smeltet aluminium med en roterende dysetype og plateorganene som anvendes i henhold til oppfinnelsen. Figur 6 viser det roterende dysesystemet i figur 5 sett ovenfra. Figur 6 viser et tverrsnitt av en spesiell utførelsesform av plateorganene som brukes ved fremgangsmåten i henhold til oppf innelsen. Figur 8 viser et snitt av en spesiell utførelsesform av det roterende dyse-raffineringssystemet I henhold til oppfinnelsen som omfatter en spesiell utforming av plateorganene . Figur 9 er et snitt av et spesielt aluminium-raf f ineringskammer som kan anvendes i henhold til oppfinnelsen. Figur 10 viser aluminium-raffineringskammeret i figur 9 sett ovenfra. Figur 11 viser en spesielt fordelaktig rotor for anvendelse i henhold til oppfinnelsen. Figur 12 er et sidesnitt av rotoren i figur 11 sammen med en stator som brukes i forbindelse med denne i en utførelsesform av oppfinnelsen.

Den roterende dyse i henhold til oppfinnelsen vil omfatte en sylindrisk rotor med utstikkende vinger og organer for innføring av prosessgass i rommet mellom vingene. Rotoren som anvendes i SNIF<®> systemene nevnt over, er vist i figurene 1 og 2, hvor rotoren er angitt ved referansenummer 1 og er montert på en aksel 2 med drivorganer (ikke vist) for rotasjon av rotoren 1. Den viste rotoren har passende vinger 3 som strekker seg fra rotorlegemet 1 i avstand fra hverandre rundt rotorens 1 omkrets. Mellom de individuelle vingene 3 er det slisser 4. Den bevingede rotoren 1 er vist i figur 2 sammen med en stator 5, anordnet rundt akselen 2 over rotoren. Prosessgassen føres nedover i det ringformede rommet mellom akselen 2 og statoren 5 og trenger inn i rotoren 1 fra et rom 6 mellom toppen av rotoren 1 og bunnen av statoren 5.

I utførelsesformen vist i figurene 3 og 4, omfatter den roterende dysen en rotor uten en tilhørende stator. I denne utførelsesformen er rotoren 7 montert på akselen 8 og omfatter vinger 9, anordnet med avstand fra hverandre rundt omkretsen derav med slisser 10 mellom vingene 9. Akselen 8 har hull 11 som strekker seg gjennom denne, slik at prosessgassen kan føres nedover i denne til rotoren 7. For å føre gass inn i rommet mellom vingene, det vil si til slissene 10, har rotoren 7 gassutløpshull 12 som strekker seg fra hullet II i akselen 8 utover til slissene 10 mellom vingene 9.

Et typisk in-line raffineringssystem for smeltet aluminium med en roterende dysetype, er vist i figur 5 med en rotor-statorsammensetning som vist i figurene 1 og 2, er tatt med for illustrative årsaker. I dette systemet er det vist et isolert isolasjonskledd raffineringskammer 13 med et isolerende deksel 14 og med et innløp 15 for aluminiumssmelte og et utløp 16 for raffinert aluminiumssmelte på motsatt side. Under drift vil aluminiumssmelten holdes på et ønsket nivå 17, hvor den roterende dyseanordningen, generelt angitt ved 18, er plassert i smeiten under driftsnivået 17 med stator 19 og aksel 20 omgitt av smeiten, og strekker seg oppover gjennom det isolerte dekslet 14. Rotoren 21 er anordnet under statoren 19 for å redusere størrelsen av gassboblene som er tilstede i rommet 22 mellom statoren 19 og rotoren 21 og for å dispergere gassboblene gjennom hele smeiten som er angitt ved referansenummer 23 som er tilstede i raffineringskammeret 13 under aluminium-raffinerings-operasjonen.

Smeltet aluminium kommer kontinuerlig inn i raffineringskammeret 13 gjennom innløpet 15 og raffineres kontinuerlig under påvirkning av den roterende dysen 18, når den blander aluminiumsmelten 23 og dispergerer gass som føres inn via den roterende dysen I form av små gassbobler og fordeler de små gassboblene i smeiten. Den raffinerte smeiten blir kontinuerlig ført fra raffineringskammeret 13 gjennom utløpet 16. Dross som dannes ved ekstraksjon av faste partikler og alkalimetaller fra smeiten, flyter på overflaten til smeiten og skrapes av fra denne. Hydrogen som fjernes fra smeiten av prosessgassboblene, kommer inn i gassrommet 24 over smelte-nivået 17 og fjernes fra raffineringskammeret 13 sammen med brukt prosessgass.

Ved utførelse av oppfinnelsen, er vertikale plateorganer 25 plassert over bunnen av det indre av raffineringskammeret 13 under rotoren 21, for å øke den maksimalt anvendelige raffineringskapasiteten til raffineringssystemet med roterende dyse. Som vist i figur 6, er plateorganene 25 fordelaktig anordnet under midten av rotoren 21. Plateorganene 25 kan være en enkelt rektangulær plate av refraksjonsmateriale med tilstrekkelig tykkelse til å ha den nødvendige styrke. En fordelaktig form til plateorganene 25 i praktiske driftssystemer, er vist i figur 7, hvor det grovt trekantede tverrsnittet er sterkt nok til å motstå mekanisk skade under renseoperasjonene etter raffineringen og også gi en skrånende overflate som gjør det lettere å rense bunnen av raffineringskammeret 13 enn dersom plateorganet hadde hatt vertikale vegger som vist i utførelsesformen i figur 5.

Utførelsesformen i figur 8, har plateorganer 25 med seksjoner 26 med konstant høyde under midten og i nærheten av rotoren 21 med opphøyde endeseks joner 27 og 28 som strekker seg oppover i retning av raffineringskammerets 13 sidevegger. Dette plateorganet med økt høyde er funnet å gi en liten økning i raffineringseffektiviteten, men er imidlertid ikke et avgjørende trekk ved oppfinnelsen.

Den roterende dysen som brukes ved aluminiumsraffinering blir vanligvis plassert ved midten av et rektangulært raffineringskammer som vist i figur 6. Det bør imidlertid legges merke til at den roterende dysen kan plasseres forksjøvet fra sentrum i raffineringskammeret dersom dette er fordelaktig, for eksempel av konstruksjonsmessige årsaker eller tilgangen til kammeret. I alle tilfeller vil plateorganet i henhold til oppfinnelsen fortrinnsvis bli plassert under midten av rotorelementet til den roterende dysen. Det bør legges merke til at dersom raffineringskammeret er rentangulært med tilnærmet vertikale sider, kan plateorganet plasseres parallelt med enten kortsiden, som figur 6, eller langsiden av rektangelet. Det oppnås imidlertid generelt størst effekt når plateorganet er plassert parallelt med kortsiden, raff ineringskammeret 13 kan også ha en skrånende vegg, som for eksempel veggen 29 i figur 9 ved en ende av raf f ineringskammeret 13 eller en side derav, for å lette rensing og tømming av kammeret. I slike utførelsesformer blir plateorganet 25 fortrinnsvis plassert parallelt med bunnen til skråveggen 29.

Den anvendelig høyden til plateorganet i henhold til oppfinnelsen vil bli forstått å være avhengig av driftsbetingelsene ved enhver spesiell raffineringsanvendelse, for eksempel størrelsen til raffineringskammeret og den roterende dysen som anvendes. Typisk raffineringssystemer som for tiden er i bruk, har roterende dyser med en diameter i størrelsesorden 17 til 15 cm (7 til 10") og en høyde på ca. 6 til 11 cm (2.5 til 4"). Typiske raf f ineringskammere har en bredde på ca. 50 til 76 cm (20 til 30"), en lengde på ca. 76 til 100 cm (30 til 40") med en dybde på metallsmelten på ca. 63 til 90 cm (25 til 35"). For systemer med slike dimensjoner, er høyden til plateorganet i henhold til oppfinnelsen typisk ca. 5 til 20 cm (2 til 8") eller mer, hvor den foretrukne høyden på platen er fra ca. 7.5 til ca. 12.7 cm (3 til 5").

Avstanden mellom toppen av plateorganet i henhold til oppfinnelsen og bunnen av den roterende dyserotoren, kan variere fra noen få cm, for eksempel i størrelsesorden ca. 1.2 cm (1/2") opp til ca. 10 cm (4") eller mer. Det bør legges merke til at en meget liten klaring på for eksempel 1.2 cm vil virke tilfredsstillende i en relativt ren aluminiumsmelte. I praksis kan imidlertid små harde stykker av isolasjonsmateriale fra oppstrømskilder være tilstede i aluminiumsmelten. Slike stykker av isolasjonsmateriale kan bli innfanget mellom plateorganet i henhold til oppfinnelsen og rotoren, og medføre brekkasje av rotoren eller akselen, som typisk er fremstilt av grafitt. Fra et praktisk drifts-synspunkt er det derfor generelt ønskelig å bruke en klaring i området fra ca. 5 til ca. 8 cm (2 til 3") mellom toppen av plateorganet og bunnen av rotoren. En klaring på ca. 5 cm over en plate som for eksempel er 10 cm høy, vil redusere sannsynligheten for skade fra de fleste typer og størrelser av isolasjonsstykker som vanligvis finnes i SNIF<®> systemer for raffinering av aluminium.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er vist i de etterfølgende eksempler, basert på typiske vannmodelltester. Det ble brukt raffineringskammere og roterende dyser av full størrelse. Vannet ble sirkulert gjennom modellen med en volumetrisk strømningshastighet tilsvarende aluminium-metallets strømningshastighet som evalueres. Oksygen oppløses i vannet ved å boble luft gjennom i et separat kammer, og det oppløste oksygeninnholdet til det innkommende og utstrømmende vannet ble målt. Det innstrømmende vannet inneholdt generelt ca. 7 ppm oppløst oksygen. Den roterende dysen ble drevet med nitrogen som prosessgass. Driften av dysen i vannmodellsimuleringen virket til å fjerne oksygen fra vannet på en måte som tilsvarer fjerning av hydrogen fra smeltet aluminium i en aluminiumraffineringsprosess. Systemets ytelser ble funnet ut fra målinger av oksy-genfjerning ved forskjellige væskestrømshastigheter, dysedriftsparametere, for eksempel gasstrøm, rotasjonshastighet og utforming, og raffineringssystemets totale utforming.

Siden prosessgassen i et aluminiumraffineringssystem oppvarmes til en temperatur på ca. 700"C, vil den ekspanderes til ca. 3 ganger sitt opprinnelige volum under vanlige betingelser. For å frembringe det samme volumet av gass i vannet som anvendes ved vannmodelltestene som brukes i det smeltede aluminiumet som raffineres, er gasstrømmen i vannmodellen innstilt ved 3 ganger gasstrømmen som modelleres eller simuleres. Med hensyn til eksemplene under, er henvisningene gjort til gasstrømmen som simuleres, 1 steden for 3 ganger dette volumet som egentlig brukes.

Eksempel 1

Det ble fremstilt en modell av raffineringssystemet vist i figurene 9 og 10. Som vist i figur 10, simulerer modellen en to-dysesystem, hvor raffineringskammeret 30 har en skillevegg 31 som adskiller driftsrommet i to separate raffineringsrom hvor aluminiumsmelten føres inn i det første rommet 32 gjennom innløpet 33 og hvor raffinert aluminiumsmelte føres ut fra systemet gjennom utløpet 34 fra rommet 35. Hullet 36 i skilleveggen 31 gjør at aluminiumsmelten kan passere fra det første rommet 32 til det andre rommet 35. Den roterende dyseanordningen 37 er plassert i rommet 32 og en andre roterende dyseanordning 38 er plassert i rommet 35.

Hvert rom hadde en bredde på 61 cm (24") og en lengde på 76 cm (30") ved bunnen. Den fremre veggen 29 til hvert rom, var avskrådd med en vinkel på 20° , for å forenkle tømming og rensing. Vaeskedybden under drift var ca. 76 cm (30"). Dysene 37 og 38 var sentrert I 60 cm's (24") retningen. Hvert av dysene var passert ca. 30 cm fra den bakre veggen, for å gi tilstrekkelig tilgang for rensing fra fremsiden av modellen. Rotoren og statoren som ble brukt i hvert rom, var av typen vist i figurene 1 og 2, hvor den ytre diameteren til rotoren var 19 cm (7.5") og rotorhøyden var 6.19 cm (2 7/16"). Rotoren var utformet med 8 vinger, som hver hadde en lengde på 3.18 cm (1 1/4") og en bredde på 2.54 cm (1"). Bunnen av rotoren var 11.4 cm (4 1/2") over bunnen av raffineringskammeret i hvert rom. Når et slikt system brukes i et aluminiumsstøperi, er den maksimale raffineringshastigheten vanligvis innstilt på 127.4 liter pr. minutt (4.5 CFM) argon pr. dyse, med en rotasjonshastighet på dysen på ca. 500 RPM. Under slike betingelser, er metalloverflaten for turbulent for de fleste praktiske kommersielle ope-rasjoner. En mye glattere og mer ønskelig overflatetilstand, oppnås ved å operere ved kun 85 liter pr. minutt (3 CFM) argonstrøm og 450 RPM dysehastighet. Disse betingelsene er vanlig brukt under drift, selv om raffineringshastigheten som målt i vannmodelltestene er redusert til ca. 7556 av raffineringshastigheten for den høyere maksimale gasstrømmen og dysehastigheten indikert over. I vannmodelltester som simulerer disse to driftstilstandene, ble det funnet at den resulterende overflateturbulensen meget godt tilsvarte den observerte turbulensen som tilstede i et reelt raffineringssystem.

I henhold til oppfinnelsen ble et plateorgan 39 med en høyde på 8.9 cm og en tykkelse på 1.9 cm, plassert under midten av rotoren til dysene 37 og 38, parallelt til den skrå fremre veggen 29 og til bakveggen i raffineringskammeret 30. Når dette modifiserte systemet ble operert ved 610 RPM og en simulert gasstrømhastighet på 141.6 liter pr. minutt, var overflaten god, d.v.s. fri for uønsket turbulens, slik den var uten plateorganet 39 ved 500 RPM og 127.5 liter pr. minutt, men raffineringshastigheten ble fordelaktig økt med over 50$. Når dette modifiserte systemet ble drevet med en simulert hastighet på 450 RPM og 85 liter pr. minutt, var væskeoverflaten like glatt som den hadde vært uten bruk av plateorganet 39 i systemet og ved 450 RPM og 85 liter pr. minutt, men raffIneringshastigheten ble økt med ca. 35$.

Eksempel 2

En rotor av typen vist i figurene 3 og 4 ble plassert under midten av et rektangulært raf f ineringskammer på 61 x 76 cm. Væskedybden under forsøket, ble holdt ved ca. 76 cm. Rotoren 7 hadde en diameter på 25.4 cm og en høyde på 10.16 cm, med 8 vinger med en lengde på ca. 3.2 cm. Prosessgassen ble injesert gjennom hullene 12 i rotoren mellom vingene 9 for utløp i slissene 10 mellom vingene. Bunnen av rotoren 7 var ca. 7.5 cm over bunnen av kammeret. De maksimale driftsbetingelsene for en relativt glatt overflate, var med en simulert gasstrøm på ca. 85 liter pr. minutt og 200 RPM rotorhastighet. Under disse betingelsene skjedde av og til uønskede utbrudd fra væskeoverflaten på grunn av et ikke ønsket nærvær av store gassbobler.

Dysen ble deretter hevet 5 cm for å gi en bunnklaring på 12.7 cm og plateorganet i henhold til oppfinnelsen med en høyde på 8.9 cm og en tykkelse på 1.9 cm, ble plassert under senter av rotoren og anordnet parallelt med kammerets kortvegg. Ved denne utførelsesformen kunne dysen opereres med en simulert mengde på 141.6 liter pr. minutt gasstrøm og en hastighet på 250 RPM, hvor overflaten til væsken var så glatt som det som oppnås ved lavere maksimale operasjonsbetingelser ved konvensjonell drift. Faktisk var væskeoverflaten til og med bedre ved utførelse av oppfinnelsen enn tidligere ved at det ikke skjedde noen uønskede utbrudd på væskeoverflaten som nevnt over. Videre hadde raffineringshastigheten økt ca. 70$ ved anvendelse av oppfinnelsen.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen ble det oppnådd enda bedre raffineringshastigheter ved en gitt overflateruhet ved bruk av en spesiell rotor i forbindelse med anvendelse av plateorganene i henhold til oppfinnelsen. Denne rotoren er vist i figur 11 og vist fra siden i forbindelse med en ønsket statorform I figur 12. Hoved-forskjellen mellom den spesiell rotoren og en konvensjonell vingerotor som vist i figurene 1 og 2, er at væskeinn-strømningen fra bunnen av rotoren delvis er begrenset, mens væskeinnstrømningen fra toppen av rotoren ikke er begrenset. Den spesielle rotorutformingen retter også væskestrømmen fra bunnen inn til bunnen av rotorsl issene og i en hovedsaklig oppovervendt retning. I tillegg vil denne spesielle rotorutformingen gi en kontinuerlig sirkulær form på sin nedre ytterkant. Denne formen er mye mindre utsatt for skade fra harde, faste stykker av fremmed materiale som kan trekkes opp og inn i rotoren under vanlig drift.

Den spesielle rotoren angitt ved referansenummer 40 og montert på en rotordrivaksel 41 i figur 11, har vinger 42 plassert rundt rotoromkretsen med slisser 43 anordnet mellom nærliggende vinger. Som vist i figur 12 og i motsetning til rotoren i figurene 1 til 4, strekker ikke slissene 43 seg i den fulle høyden av nærliggende vinger 42, men kun en slissedel 44 derav. Mellom slissedelen 44 er det en begrensende del 45 som danner, sammen med nærliggende vinger 42, en sylindrisk bunndel 46 til rotoren 40, som vist i figur 11. For å gi en kanal for smeltet aluminium fra området under rotoren til slissedelen 44, er det anordnet åpninger eller huller 47 i hver av de begrensede delene 45. Åpningene 47 er fortrinnsvis anordnet hovedsaklig ved den innerste enden av den begrensende delen 45 og gir tilgang for aluminiumsmelten til slissedelen 44 til hver slisse 43, fortrinnsvis mot den innerste delen derav for forbedret strømningseffekt på smeiten.

Ved utførelse av oppfinnelsen, er det ønskelig at prosessgassen trenger inn i rotoren kontinuerlig og jevnt i alle rotorslissene 44. Imidlertid vil den turbulente bevegelsen til væsken, når den nærmer seg rotoren ovenfra, ha en tendens til å gi en ujevn gasstrøm til rotoren. Dersom for eksempel væsken i et øyeblikk strømmer raskere mot rotoren fra den ene siden, vil den ha en tendens til å stenge av gassen som kommer ut på den andre siden, og øke strømmen til andre deler av rotoren. Denne tendensen kan reduseres ved å gjøre åpningen 49 mellom toppen av rotoren 50 og bunnen av statoren 48, meget liten, slik at det dannes et passende trykkfall ved dette punktet. Av praktiske årsaker, er det imidlertid nødvendig å redusere denne åpningen til ca. 0.051 cm (0.020") eller mindre i de fleste utførelsesformer. Siden åpningen innstilles under sammensetning av rotor-statorenheten i et sted i fabrikken, er det å oppnå en slik meget liten åpning, avhengig av forsiktighet og dyktighet ved sammensetningen. I tillegg kan åpningen endres under drift på grunn av tempe-raturendringer og lignende. En mer passende innretning for å oppnå en slik gasstrømkontroll, er derfor ønskelig for praktisk kommersiell bruk.

Som vist i figur 12, oppnås en foretrukket innretning for å oppnå den ønskede gasstrømskontrollen ved ganske enkelt å tilføye et statorboss og tilsvarende rotorutsparing. Bossdelen 50 er anordnet ved den nedre enden av statoren 48 og er anpasset til å passe inn i utsparingsdelen 51 ved toppen av rotoren 40. Den lille kanalåpningen som er nødvendig for å frembringe en mer jevn gassfordeling i rotoren, er frembragt av en radiell åpning 52 mellom bossets 50 ytre diameter og den Indre diameteren til utsparingen 51 på siden mot rotorslissen 44. Denne åpningen 52 kan kontrolleres ved fremstillingsstedet og er ikke avhengig av, som ved en konvensjonell liten åpning mellom toppen av rotoren og bunnen av statoren, av forsiktighet og dyktighet ved sammensetning av rotor-statorenheten. Det kan generelt kontrolleres en liten radiell åpning 52 på ca. 0.064 cm (0.024"), selv om det også kan anvendes litt mindre eller større avstander, avhengig av enhetens totale struktur og raff ineringskammerets og anvendelsesområde. I denne foretrukne utførelsesformen kan statorbossdelen 50 og rotorutsparingsdelen 51 begge ha en høyde eller dybde på ca. 0.64 cm ved vanlig bruk. Den vertikale åpningen 59 mellom bunnen av statoren 48 og toppen av rotoren 40 og mellom bunnen av statorbossdelen 50 og toppen av rotorutsparingsdelen 51, kan anvende en større toleranse, for eksempel ca. 0.159 cm, hvor den nøyaktige innstillingen ikke er kritisk for å oppnå den ønskede gasstrømkontrollen. Som vist i utførelsesformen i figur 12, passerer prosessgassen nedover gjennom gassinnløpskanalen 53 ved rotoraksel-statorlager 54 og gjennom gasskanalen 55 til stator-rotoråpningen 49 som omfatter en liten radiell åpning 52 for den ønskede gasstrøm-kontrollen. Gassen strømmer ut fra stator-rotoråpningen 49 og kommer inn i rotorslissene 44 på en kontinuerlig og jevn måte. Statordiameteren er fortrinnsvis litt større enn rotorens rotdiameter, det vil si diameteren ved bunnen av vingene, slik at prosess- eller spillegassen føres nedover inn i rotorslissene ved den nedoverrettede strømmen av aluminiumssmelte og ikke noe av prosessgassen tillates å unnslippe oppover, slik at den ikke blir dispergert ved påvirkning av rotoren. Når det ikke brukes noen stator, føres prosessgassen inn i rotoren via hull som fører til rommet mellom rotorvingene, som vist i figurene 3 og 4. Dersom det ikke brukes en stator, kan det være ønskelig å bruke et sylindrisk feste for å erstatte statorens virkning med å rette prosessgasstrømmen nedover.

Arealet av åpningen 47 i den begrensende delen 45 i bunnen av rotoren i forhold til den totale åpningen, dersom den ikke er begrenset, er generelt i området fra ca. 25% til ca. 75%, hvor det er foretrukket med et åpningsareal på ca. 50%. Høyden av den begrensende delen 45 til rotoren 40, bør generelt være i området fra ca. 20% til ca. 40$ av den totale rotorhøyden, hvor det er foretrukket med en høyde på den begrensende delen på ca. 3056, for anvendelse i typisk dimensjonerte raffineringskammerenheter.

Rotoren vist i figur 11 har avrundede hjørner ved bunnen av vingene og hullene for tilførsel av aluminiumsmelte under rotoren har også avrundede kanter. Selv om radien til disse ikke er avgjørende for rotorens egenskaper, er de resultatet av et passende maskineringsorgan for rotoren ved skjæring av slisser og innløpshuller i denne med en vertikalt orientert endesliper.

Eksempel 3

Systemet beskrevet i eksempel 1 ble brukt for ytterligere tester ved å bruke plateorganet i henhold til oppfinnelsen, bortsett fra at den spesielle rotorutformingen beskrevet over ble brukt, sammen med en stator med passende størrelse. Rotoren hadde de samme generelle dimensjoner som den som ble brukt i eksempel 1, bortsett fra at den begrensende delen 45 ved bunnen av rotoren. Denne begrensende delen hadde en høyde på 1.9 cm og åpningene 47 og hjørneradiene ble fremstilt med en 1.9 cm endesliper. Åpningene 47 var 3.91 cm lange og 1.9 cm brede. Statoren hadde en ytre diameter på 14 cm som resulterte i en ytterkantoverlapping ved bunnen av slissene på 0.64 cm.

I vannmodellforsøkene der det ble anvendt spesielrotor, ble det funnet at rotoren kunne drives ved 600 RPM og en simulert gasstrøm på 141.6 liter pr. minutt, for å gi den samme meget ønskelig glatte væskeoverflaten som tidligere ble oppnåss ved kun 85 liter pr.minutt simulert gasstrøm og 450 RPM. Den raffineringshastigheten som kunne oppnås i denne utførel-sesformen når det ble operert med betingelser med glatt overflate, var 10056 større enn det som kunne oppnås ved å bruke en konvensjonell rotorutforming i et raffineringskammer som ikke var utstyrt med plateorganet i henhold til oppfinnelsen, men opererte med betingelser med glatt overflate som indikert over.

Ved utførelser av oppfinnelsen oppnås en fordelaktig forbedring av aluminiumsraffineringen. Anvendelsen av plateorganet beskrevet over i raffineringskammeret, virker til å endre strømningsmønsteret for aluminiumssmelten inne i kammeret, slik at det kan brukes høye gasstrømmer og/eller rotasjonshastigheter på dysen for å oppnå økt aluminiums-raf f ineringshast igheter , uten å danne en stor overf lateturbulens på aluminiumssmelten som ellers ville begrense den ønskede økningen i gasstrømmer og rotasjonshastigheter til dysen. Plateorganet i henhold til oppfinnelsen er antatt å redusere rotasjonsstrømmen langs bunnen av raffineringskammeret som ellers ville forhindre en ønsket glatt oppover-rettet strøm av aluminiumssmelte inn i rotoren og oppnåelsen av en passende og stabil balanse mellom oppadgående og nedadgående aluminiumsstrømmer inn i rotoren. Utførelses-formen i henhold til oppfinnelsen hvor den spesielle rotorutformingen beskrevet over brukes, er funnet å være spesielt fordelaktig, hvor den kontrollerte oppadrettede strømmen av aluminiumssmelte muliggjør en økt gasstrømhas-tighet og rotasjonshastighet på dysen, uten at det dannes for mye overflateturbulens.

Det bør legges merke til at det kan gjøres forskjellige endringer og modifikasjoner ved detaljer av oppfinnelsen, uten å avvike fra oppfinnelsens beskyttelsesomfang som er definert i de medfølgende krav. Selv om oppfinnelsen er beskrevet med hensyn til aluminiumraffinering generelt, kan oppfinnelsen brukes i forbindelse med aluminium eller forskjellige legeringer derav. Oppfinnelsen kan anvendes i systemer med raffineringskammere som har ett eller flere raffineringsrom eller trinn, som hvert er anpasset for anordning av en roterende dyseinnretning under aluminium-raffineringsoperasjonene. I et typisk to-trinns raffineringssystem føres aluminiumssmelten vanligvis inn i innløpet til det første trinnet og fjernes fra utløpet av det andre trinnet. De separate rommene er adskilt av plate som er anpasset slik at aluminiumssmelten kan strømme fra det første trinnet til det andre trinnet. Andre slike systemer kan omfatte mer enn to slike raffineringstrinn. Bunnplateorganet i henhold til oppfinnelsen vil fortrinnsvis bli anvendt i hvert raffineringsrom. Plateorganet kan være fremstilt av ethvert passende refraksjonsmateriale som kan brukes i raffineringskammeret. Silikonkarbid er et generelt foretrukket konstruksjonsmateriale, selv om andre refraksjons-materialer, for eksempel grafitt, kan brukes. Selv om plateorganet fortrinnsvis er plassert under midten av rotordelen til den roterende dyseinnretningen ved plassering av denne i raffineringskammeret, kan plateorganet også være plassert på annen måte, men bør ikke plasseres utenfor rotorens omkrets.

Oppfinnelsen vil derfor medføre et meget ønskelig og anvendelig fremskritt innen aluminiumsraffineringen, ved at den maksimalt anvendelige raffineringshastigheten i et raffineringskammer kan økes betydelig i forhold til konvensjonell praksis.

Claims (7)

1. Forbedret bevinget rotor (21) for samvirke i en roterende dyseinnretning (18), anpasset for injeksjon av spylegass i smeltet aluminium som er tilstede i et raffineringskammer (13) under aluminiumraffineringsoperasjoner i dette, karakterisert ved at den bevingede rotoren (21) omfatter alternerende vinger (42) og slisser (43) rundt omkretsen derav, hvilke slisser (43) strekker seg i kun en del av lengden nedover fra toppen av rotoren (40) med begrensende deler (45) derunder, hvilke begrensende deler (45) omfatter åpninger (47) deri, for gjennomføring av smeltet aluminium ved anvendelse av rotoren (40) for aluminiumraffinering, hvorved de begrensende deler (45) til rotoren (40) og åpningene (47) i denne, muliggjør kontroll av den oppadrettede strømmen av smeltet aluminium i et raffineringskammer (13), spesielt i forbindelse med anbringelse av vertikale plateorganer (25) på bunnen av raffineringskammeret (13) og på tvers av raff ineringskammeret (13) under dysen (18), slik at det er mulig å anvende høyere gasstrømmer og/eller rotasjonshastigheter på dysen, uten at det dannes uønsket overflateturbulens til aluminiumssmelten som raffineres.

2. Bevinget rotor (40) i henhold til krav 1, karakterisert ved at åpningene (47) er anbragt ved de innerste delene til slissene (43).

3. Bevinget rotor i henhold til krav 1, karakterisert ved at de begrensende delene (45) har en høyde i området fra 20% til 4056 av rotorvingenes (42) totale høyde.

4. Bevinget rotor i henhold til krav 1, karakterisert ved at arealet til åpningene (47) i den begrensende delen (45) i forhold til den totale åpningen, dersom denne ikke er begrenset, er i området fra 25$ til 75$.

5. Bevinget rotor (40) i henhold til krav 1, karakterisert ved at den omfatter statororganer anpasset for gjennomføring av spylegass for tilførsel til den bevingede rotor (40).

6. Bevinget rotor (40) i henhold til krav 5, karakterisert ved at denne vertikale avstanden mellom toppen av rotoren (40) og bunnen av statoren (48) er innstilt med en meget liten avstand i størrelsesorden ca. 0.051 cm (0.02") for å frembringe et trykkfall som muliggjør en hovedsaklig jevn strøm av prosessgass gjennom denne til rotoren (40).

7. Bevinget rotor (40) i henhold til krav 6, karakterisert ved at den omfatter en bossdel (50) til statoren og en tilsvarende utsparingsdel (51) til rotoren, slik at det dannes en liten radiell åpning (49) mellom den ytre diameteren til bossdelen (50) og den indre diameteren til utsparingsdelen (51), for å frembringe et trykkfall for å muliggjøre en hovedsaklig jevn strøm av prosessgass gjennom denne til rotoren (40).