NO329797B1

NO329797B1 - Framgangsmate og anordning for fjerning av elementer som er opplost i metallsmelte

Info

Publication number: NO329797B1
Application number: NO20065893A
Authority: NO
Inventors: Karl Venas
Original assignee: Alu Innovation As
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2010-12-20
Also published as: CA2671529A1; WO2008079015A1; CA2671529C; US20100206128A1; ES2427162T3; EP2102378B1; EP2102378A1; NO20065893L; EP2102378A4

Abstract

Framgangsmåte for fjerning av elementer fra ei metallsmelte i en beholder, som inneholder et basismetall og elementer av uønskete bestanddeler, hvor metallsmelta tilføres varmeenergi til et nivå som holder innholdet flytende. Metallsmelta varmes opp til en temperatur over et nivå som gir fordampning av et element som skal fjernes, men under et nivå som gir damptrykk for basismetallet. Beholderen med metallsmelta settes så under undertrykk gjennom minst ett kammer hvis indre holdes på en temperatur under terskelen for fordampning av elementet som skal fjernes. En anordning for å gjennomføre denne framgangsmåten omfatter en beholder 1 for metallsmelte, hvor det over metallsmeltenivået er et røruttak 5 for damp fra beholderens indre. Røruttaket 5 munner ut i et kammer 27 som holdes på et temperaturnivå under fordampningstemperaturen, for kondensering av fordampet metall.

Description

Framgangsmåte og anordning for fjerning av elementer som er oppløst i metallsmelte

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en framgangsmåte som angitt i innledningen til patentkrav 1, for fjerning av elementer som er oppløste i metallsmelter, samt en anordning for å gjennomføre denne framgangsmåten.. Den gjelder særlig fjerning av løste metaller, så som magnesium, fra aluminiumsmelter.

Bakgrunn

Ved bearbeidelse av metaller forekommer det at et metall skal renses for et annet metall. Dette gjelder særlig ved omsmelting av metaller hvor det forekommer uønsket innhold av ett eller flere andre metaller.

Et eksempel på dette foreligger ved omsmelting av aluminium som inneholder magnesium, Mg. For å gi tilfredsstillende renhet, må i de fleste tilfeller magnesium-fragmentene fjernes. Dette gjøres i dag enten ved:

1. Tilsetting av Cl2(g), som reagerer med Mg etter ligningen: Mg + Cl2= MgCI2.

2. Ved å tilsette aktive salter som reduserer Mg innholdet.

Felles for begge metodene er at det dannes MgCI2, som er et salt, som vil legge seg på smelteoverflaten sammen med Al203slagg som fjernes ved periodisk slagging. Slikt slagg går til verk som gjenvinner aluminium, mens resten som inneholder oksider, klorider med mer går tradisjonelt til landdeponi eller dumpes i havet. Dette er av miljømessige konsekvenser liteønskelig.

Fra EP- patentskrift 1 225 236 Al er det kjent å bruke lysbue for oppvarming av metallsmelter. Fra norsk patentskrift 318848 er det kjent en prosess og et apparat for kontinuerlig vakuumrensing av smeltet metall. Denne har ikke gitt tilfredsstillende resultat på alle aktuelle bruksområder

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å komme fram til en framgangsmåte og en anordning for rensing av uønsket metall fra metallsmelter, som reduserer disse ulempene. Det er et særlig formål å komme fram til en framgangsmåte og en anordning som kan brukes i forbindelse med omsmelting av aluminium som inneholder magnesium, hvor Mg skal fjernes ved smeltebehandlingen. Det erønskelig å skape en anordning som er gunstig i bygging, drift og vedlikehold.

Oppfinnelsen skal særlig tilpasses anordningen som er kjent fra norsk patentskrift 318.848, hvor den prinsippelle virkemåte er: I et hult roterende legeme, som er nedsenket i en smelte, er det plassert en gassførende elektrode. Mellom elektroden og smelta brenner det en lysbue hvorfra varmeenergien overføres direkte til smelta.

Oppfinnelsen

Framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1 og anordningen er tilsvarende angitt i patentkrav 2.

Oppfinnelsen kan for eksempel brukes for å fjerne magnesium fra aluminiumsmelter. Magnesiumdamp vil blandes med annen gass som tilsettes i rotoren. Gassblandingen føres ut gjennom et vakuumuttak og går til en kondensator for utfelling av flytende magnesium. Avgassen fra kondensatoren, går gjennom ei vakuumpumpe og ut i atmosfæren. Utslippet er fritt for C02gass. Dersom aluminiumsmelta inneholder andre alkalier, vil de fordampe på tilsvarende vis.

Eksempel

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet nærmere under henvisning til figurene, hvor

Figur 1 viser sammenheng mellom damptrykk og temperatur for noen metaller som kan befinne seg i ei smelte, mens Figur 2 viser et skjematisk sideriss av et anlegg som omfatter en anordning i samsvar med oppfinnelsen, hvor det er tilrettelagt for fjerning av uønskete metaller fra ei aluminiumsmelte.

Eksempelet tar utgangspunkt i en anordning som fordamper magnesium direkte fra ei aluminiumsmelte uten oksidering av Al og Mg. Anordningen er tilrettelagt for å tilføre varmeenergi til smelta.

I Figur 1 er det vist et diagram som viser sammenhengen mellom temperatur og damptrykk for aluminium, magnesium og sink i området 700 - 1200 °C. Diagrammet viser at damptrykket for aluminium i dette området er neglisjerbart i forhold damptrykkene for de to andre metallene.

Figur 2 viser ei prinsippskisse av et anlegg med en anordning i samsvar med oppfinnelsen. Den omfatter en sylindrisk eller rektangulær opprettstående beholder 1 med utløp inne i beholderen 1 i form av utløpskanal 2. Smelta som er behandlet strømmer gjennom et rør 3 ved utløpskanal 2 nedre ende. Smelta som skal behandles overføres via ei renne til et reservoar 24 og suges inn gjennom et rør 4 inn i beholderens 1 nedre ende og løftes opp på grunn av undertrykk i beholderen som fremskaffes ved hjelp av ei vakuumpumpe 29.

Vakuumpumpa 29 er tilkoblet en seriekobling av tre kondensator 27 som er forbundet med beholderen 1 via et rør 5.1 beholderen 1 er det anordnet en rotor 6 som drives med en motor 7 via en reimoverføring 8 eller lignende til ei reimskive 9 som er festet til en rørformet aksel 10 som er forbundet med rotoren 6. Motoren 7 er festet til en brakett 11. Braketten 11 kan være festet til beholderen 1 eller til eget stativ. Tettingen mellom rotorakselen 10 og beholderen 1 besørges av pakningen 12. På braketten 11 er det et lager 16 som styrer rotorakselen 10. Sentralt i akselen er det plassert en elektrode 13 hvor i øvre ende strømkabelen er festet med en kabelsko 14. Den elektriske strømmen, som kan være likestrøm eller vekselstrøm, overføres til anordningen via kabelsko 14 for den ene strømpunkt og en elektrode 28 for det andre strømpunkt. Elektroden 28 er festet til beholderen 1.

Med elektroden 13 varmes metallsmelta i eksemplet opp til en temperatur i området 800 til 1200 °C, fortrinnsvis ca. 1000°C.

Gjennom elektroden 13 er det boret et sentralt hull for tilførsel av gass som tilkobles en stuss 15 som er festet i enden av elektroden 13. Gassen som tilføres gjennom elektroden 13 er fortrinnsvis argon eller nitrogen eller blandinger av disse. Men også andre gasser kan benyttes. Gassen over øvre smeltenivå 21, vil bestå av en blanding av gass som er tilsatt rotoren og gasser som avgis fra smelta. Gassene som avgis fra smelta er hydrogen og damper av magnesium, sink og natrium med mer. Gassene over smeltenivå 21 tas ut gjennom røret 5 går videre til kondensatorene 27 hvor magnesium, sink og natrium med mer kondenseres til smelter. Restgassen går videre gjennom vakuumpumpa 29 og ut til atmosfæren via et eventuelt renseanlegg.

Mellom rotorakselen 10 og elektroden 13 ligger det en ring 16 som virker både som tetting og elektrisk isolasjon. Ringen 16 har en gjennomføring for gass og partikler gjennom en rørstuss 17 som er tilknyttet en pulversender 18.1 tilknytting til utstyret er reservoaret 24 forsynt med en skillevegg 20, det er også anordnet en sluseventill9 (driften av denne er ikke vist) slik at smelte kan kontinuerlig behandles, men reservoaret kan også bestå aven digel som er fylt med smelte. I den nedre enden av rotoren 6 er det flere hull 25 som går fra periferien og inn mot smeltespeilet 23. Høydenivået på smeltespeilet 23 bestemmes av gasstrykket inne i rotoren 6.

Ved oppstart er sluseventil 19 stengt og reservoaret 24 fylles til et visst nivå. Når vakuum påføres fra vakuumpumpen 29 via kondensatoren 27 og røret 5 tilsettes samtidig gass gjennom elektroden 13 og/eller ringenl6 til rotoren 6. Metallsmelta suges opp til øvre nivå 21. Rotoren 6 settes i rotasjon og spenning fra likeretter eller transformator settes på. Strømmen er tilkoblet hva kabelskoen 14 til elektroden 13 og til en kontakt 28 som er tilknyttet smelta eller via rotorakslingen 10 vha en slepekontakt (ikke vist). En lysbue 22 dannes mellom elektroden 13 ned mot metallspeilet 23. Rotasjon av rotoren 6 bevirker at den oppvarmede smelta som befinner seg i rotoren 6 pumpes ut gjennom hullene 25 og blandes med smelta i beholderen. Samtidig dannes det gassbobler ved utløpet av hullene 25. Gassboblene, inneholder gassene som avgis fra smelta og inneholder hydrogen og damper av magnesium, sink og natrium med mer. Gassboblene stiger oppover i smelta, gjennom smeltenivå 21 og ut gjennom røret 5, går videre til kondensator 27 hvor magnesium, sink og natrium med mer kondenseres til smelter som kan tappes ut gjennom ventilstussen 30. Hullene 25 i rotoren 6 kan være runde eller mangekantete og være plassert helt nede på rotorens 6 kant, slik at de danner utsparinger i denne.

Når smelta har nådd ønsket temperatur åpnes sluseventil 19 og metallet vil strømme ut fra beholderen 1 for videre behandling.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til utførelseseksemplet som er vist figur 2. Således kan utstyret bestå av to, tre eller flere beholdere koblet i serie. Hver beholder kan ha flere rotorer med lysbue.

Claims

1. Framgangsmåte for fjerning av elementer fra ei metallsmelte i en beholder, som inneholder et basismetall og elementer av uønskete bestanddeler, hvor metallsmelta tilføres varmeenergi til et nivå som holder innholdet flytende, og hvor beholderen med metallsmelta settes under undertrykk gjennom minst ett kammer hvis indre holdes på en temperatur under terskelen for fordampning av elementet som skal fjernes,karakterisert vedat metallsmelta varmes opp med en elektrode som er senket ned i beholderen til en temperatur over et nivå som gir fordampning av et element som skal fjernes, men under et nivå som gir damptrykk for basismetallet, og ved at gassen blir ført gjennom en kaskadekobling med avtakende temperatur i påfølgende kaskadetrinn, idet metallet som har det høyeste kokepunktet kondenseres i det første kammeret (27) og det metallet som har det laveste kokepunkt kondenseres i det siste kammeret.

2. Anordning for fjerning av elementer fra metallsmelter, med en beholder (1) for metallsmelte, hvor det over metallsmeltenivået er et røruttak (5) for damp fra beholderens (1) indre,karakterisertved at beholderen (1) for metallsmelte omfatter en lysbue (22) for tilførsel av varme, idet røruttaket (5) munner ut i et kammer (27) som holdes på et temperaturnivå under fordampningstemperaturen, for kondensering av fordampet metall, og ved at flere kammer (27) med avtakende temperatur er koblet i serie, for kondensering av ulike metalldamper, idet metallet som har det høyeste kokepunktet kondenseres i det første kammeret (27) og det metallet som har det laveste kokepunkt kondenseres i det siste kammeret.