NO813447L - Apparatur for behandling av flytende metall ved innblaasing av gass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en apparatur for behandling

av et bad av flytende metall og spesielt aluminium eller legeringer derav, ved innblåsing av gass.

Fagmannen^twet at før man kommer frem til forming av metall-urgiske halvfabrikata må basismetallet som er produsert underkastes en behandling for derfra å fjerne oppløste gass-

er og ikke-metalliske urenheter inneholdt i metallet og hvis nærvær ugunstig vil påvirke de ønskede egenskaper og den lette størkning av de fremstilte gjenstander.

To hovedbehandlingsprosesser er på det nuværende tidspunkt kjent, den første omfatter å føre flytende metall gjennom inerter eller aktive filtreringshjelpemidler som holder til-bake urenhetene, enten mekanisk eller som et resultat av kjemiske reaksjoner eller begge deler, mens den andre metode medfører å benytte inerte eller reaktive gasser eller blandinger derav som blandes ved omrøring nier eller mindre intenst med det flytende metall, med eller uten stoffer slik som flussmidler tilstede. Videre kan disse to hovedmetoder benyttes i kombinasjon.

I den andre metode er mange alternative former foreslått, interalia i forbindelse med den måte på hvilken gassen føres inn i badet av flytende metall og den måte man oppnår større eller mindre diversjon av gassene i metallet. I Fr Ps 1 555

953 innføres således gassen i badet ved hjelp av en neddukket anordning hvis nedre del er utstyrt med en roterende anord-

ning for å tilveiebringe rørevirkningen og fordeling av gass-

en over et stort areale i badet.

I Fr Ps 206 916 blåses gassen inn i det smeltede metall ved hjelp av en lanse med en vannkjølt dobbelkappe.

I Fr Ps 2 166 014 injiseres gasser i form av små diskrete bobler ved hjelp av en anordning omfattende en roterende aksel som er fast med en med vinge utstyrt rotor og fast hylse anordnet rundt akselen og som i den nedre ende er forbundet med en med vinger utstyrt stator; akselen og hylsen er separert ved en aksialpassasje hvori hvori gassene føres og tilføres til nivået for vingene der de oppdeles i små bobler og bringes i intimkontakt med metallet som omrøres av rotor.

I FR Ps 220 364 blir gassen tilført til rotasjonssenteret for en turbinrører og bragt i kontakt med flytende metall under omrøringsbetingelser som er slike at emulgering unngås.

Mange løsninger er foreslått. Imidlertid lider hver av disse under mangler. Således må apparaturet som medfører innblåsing av gass ved hjelp av en rører ty til bruk av gassfordel-ingskanaler som er anbragt inne i røreren, noe som kompli-serer konstruksjonen og resulterer i delikate systemer som er kostbare å opprettholde; videre er slike kanaler grunnen til vesentlige uttrykk tap som begrenser innblåsingshastig-heten for gassen i badet. I tillegg er rotasjonshastigheten for slike arrangementer og som et resultat derav deres evne for dispergering av gassene og omrøring av badet, begrenset på grunn av at det opptrår problemer med slitasje og dårlig balanse. Visstnok er det mulig å foreta seg ting mot slike fenomener ved å støtte opp rørakslingene i den nedre ende men i dette tilfelle er det nødvendig enten å tilveiebringe lagre som arbeider i kontakt med flytende metall med relativ høy temperatur eller å forlenge akslingen til det ytre av metallbeholderen og utstyre dem med rotasjonspakninger. Dette er alt løsninger som gir grunn til tekniske vanskelig-heter som det ofte er umulig å overvinne.

Det er av denne grunn at søkerne har forsøkt å fremstille og utvikle apparaturer for behandling av et bad av flytende metall ved innblåsing av gass hvorved tilførselen av gass via røreverkets aksel og alle konstruksjonskomplikasjoner som oppstår på grunn av dette er eliminert; problemene med slitasje og ubalanse er begrenset; og det oppstår en gass-boblelaminering og dispergering slik at behandlingseffektiviteten for metallet vesentlig økes.

Apparaturen for behandling av et bad av flytende metall i

en beholder ved å innblåse gass karakteriseres således ved at den omfatter en roterende rører hvis nedre ende i ro hviler på en gassinnblåsningsplugg anordnet ved bunnen av badet og som under påvirkning av trykket av gassen som slippes ut av pluggen stiger, og således bæres av en fluidpakning, og som under påvirkning av et ytre moment kan rotere fritt rundt sin akse og tillate et stort antall av regulære dispergerte gassbobler og slippe ut gjennom rommet som skiller røreren fra pluggen.

Apparaturen ifølge oppfinnelsen er derfor utformet ved en kombinasjon av to ting; en roterende rører på den ene side og en gassinjeksjonsplugg på den andre.

Den roterende rører omfatter en fast del av sylindrisk-frustokonisk form hvis øvre del er utstyrt med en sylindrisk åpning inn i hvilket man fører akslingen det utøves et ytre moment på. Den nedre del av røreren kan ha en glatt overflate eller ha et antall radialspor eller utsparinger hvis dybde øker mot periferien for å lette nedriving av innblåste gasser. Sporene strekker seg for eksempel hva angår lengden og ved omtrent.1/3 av diameteren av røreren og kan være ut-videt på den ene sideflate og danne en slags venstredreiet eller høyredreiet skruevikling som har større eller mindre stigning i henhold til driftsbetingelsene ved behandlingen. Røreakselen er utstyrt med et antivirvelsystem som er anbragt på bad-atmosfære grenseflaten for å begrense bevegelse i det flytende metall som på ugunstig måte kunne påvirke den tilfredsstillende diversjon av gassene.

Ytre moment legges fortrinnsvis på ved hjelp av en motor med variabel hastighet som er festet på en bærer anbragt i den øvre del av smeltekaret.

Motorakselen er fast med henblikk på røreakslingen ved hjelp av et hvilket som helst forbindelsessystem som tillater at røreren kan beskrive en vertikal translasjonsbevegelse over en avstand på flere mm.

Gassinjeksjonspluggen omfatter en sylindrisk del hvis øvre flate er gjennomhullet av hull med liten diameter som kan være anordnet i ringer og som er forbundet i pluggen med kanaler som samles i en sentralkanal som åpner seg til et ekspansjonskammer som mates med gass via en rørledning uten-for karet.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan pluggmassen som er anbragt over ekspansjonskammeret være av porøst materiale.

Røreren og pluggen er slik anbragt i forhold til hverandre at de vertikale symmetriakser faller sammen.

Den nedre flate av røreren og den øvre flate av pluggen er tilpasset hverandre slik at, i hvilestilling, de er i kontakt med hverandre og blokkerer gassinnblåsningsåpningene.

Denne tilpassede konfigurasjon kan for eksempel oppnås ved at pluggens flate har en konisk konfigurasjon og ved at det er en tilsvarende invers form på røreren.

Ved drift av apparaturen hever gasstrykket som oppstår på pluggnivået røreren og gir et fluidlager slik at når driv-motoren settes i drift kan røreren dreie seg fritt uten kontakt med pluggen.

På denne måte er det mulig å oppnå høye rotasjonshastig-heter uten fare for slitasje-på lageret, i tillegg sikrer en tilpassende konfigurasjon som oppnås spesielt med de koniske overflater, kombinert med gassinnblåsninger, at røreren er riktig sentrert og ubalansen holdes innen grenser. Under slike betingelser tilveiebringes det en robust apparatur som gir intens omrøring i badet og laminering av gassen i rommet mellom pluggen og røreren slik at gass slipper inn i metallet i form av et stort antall regulært dispergerte bobler. Dette resulterer i intimkontakt mellom gass og metall og gir et bemerkelsesverdig effektivitetsnivå ved behandlingen.

Røreren og pluggen er fortrinnsvis av grafitt men et hvilket som helst annet materiale som har tilstrekkelig motstands-evne overfor flytende metall er også egnet.

Gassen som innføres ved hjelp av pluggen er en nøytralgass slik som argon eller nitrogen eller en ren aktivgass slik som klor eller blandinger derav, eller en hvilken som helst annen gass egnet for behandling av materialet.

Et arrangement av denne type bringes i posisjon i et kar inneholdende det smeltede metallbad som skal behandles. Karet kan for eksempel være en smelteøse gjennom hvilken materialet føres kontinuerlig før det støpes. Karet kan hensiktsmessig omfatte en skillevegg og idet tilfelle an-ordnes apparaturen i oppstrømsrommet. Bunnen i smelteøsen kan eventuelt være utstyrt med et filtersjikt. Smelteøsen er utstyrt med midler som tillater at en nøytral atmosfære kan opprettholdes ved overflaten av det smeltede metall for således å unngå oksyderende påvirkning av utvendig luft.

Karet kan også være utstyrt med oppvarmingsmidler for å opprettholde badet i flytende tilstand.

Foreliggende oppfinnelse skal forstås bedre ut fra de led-sagende tegninger som viser en spesiell og ikkebegrensende type av apparaturen der;

figur 1 viser et vertikalriss av en apparatur med rører og plugg,

figur 2 viser i snitt røreren sett nedenfra og figur 3 viser et vertikalriss av apparaturen innarbeidet i et kontinuerlig arbeidende smeltekar.

Under henvisning til figur 1 vises der;

Røreren (1) som holdes av en skruegjenge (2) og akslingen (3) hvis nedre del har en konisk overflate (4) utstyrt med spor eller fordypninger (5); innblåsningspluggen (6) med en konisk overflate med åpne kanaler (7) fra en sentral kanal (8) som strekker seg fra et ekspansjonskammer (9) som mates med gass via rørledningen (10). Pluggen er innført i foringen (11) i smeltekaret ved hjelp av en isolerende pakning (12) og holdes på plass av en plate (13) som er boltet slik som ved (14) til metall-strukturen (15) i smeltekaret.

Figur 2 viser arrangementet av spor eller hakket (5) på den koniske flate (4) av den nedre del av røreren.

J

I

Under henvisning til figur 3 vises der en apparatur ifølge oppfinnelsen, smeltekar (16) som er delt i to rom, ett opp-strømsrom (17) og ett nedstrømsrom (18), ved hjelp av en skillevegg (19). En motor (21) hviler på en bærer (20) som er anbragt i den øvre del av smeltekaret. Den roterende aksel (22) på motoren (21) er' forbundet med akselen (3) på rørere via et system (23) ved hjelp av hvilken akselen (3) kan beveges vertikalt. Akselen kan være utstyrt med et antivirvelsystem (24).

Smeltekaret mates med flytende metall via tilløpskanalen (25) og dette strømmer mot bunnen av oppstrømsrommet, deretter under skilleveggene (19) til nedstrømsrommet før metallet forlater smeltekaret via utløpskanalen (27).

Når metallet passerer gjennom oppstrømsrommet blir metall-badet som er avgrenset av veggene i smeltekaret og overflaten (28) intimt omrørt av røreren under dannelse av et stort antall finfordelte gassbobler som via rommet (29) som dannes på grunn av gasstrykket mellom den nedre del av røreren og den øvre del av pluggen slipper ut.

Oppfinnelsen illustreres ved de resultater som oppnås under prøver ved bruk av den ovenfor beskrevne apparatur; disse resultater er ment å være illustrerende og slett ikke å v være begrensende for oppfinnelsen.

Metallet som skulle -behandles var en legering av aluminum fra serie 6000 som ble tilført til et smeltekar i flytende tilstand ved en temperatur nær 720°C i en strømningshastig-het på 5 tonn pr. time; badhøyden i smeltekaret var 8 0 cm.

Pluggen av den type som omfattet kanaler ble matet med

argon i en mengde av ca. 2 m 3/t i et trykk mellom 1,2 og 1,4 bar.

Røreren ble dreiet ved 400 omdreininger pr/min.

Ved innløp til smeltekaret hadde legeringen 10 bobler i vakumstørkningsprøven mens legeringen etter gjennomgang i gjennom smeltekaret hadde et antall bobler lik 0. Dette viser behandlingseffektiviteten som oppnås ved hjelp av apparaturen ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen benyttes ved behandling av flytende metaller med gass og spesielt ved behandling av aluminium eller legeringer derav for å fjerne hydrogen og ikke-metalliske urenheter.

Claims (15)

1. Apparatur for behandling av et bad av smeltet metall i en beholder, ved innblåsing av gass, karakterisert ved at den omfatter en roterende rører hvis nedre ende i hvilestilling hviler på en gassinnblåsningsplugg anbragt på bunnen av badet og som under påvirkning av trykk av gass som slippes ut fra pluggen heves og således bæres av et fluidlager og som under påvirkning av et utvendig moment kan dreies fritt rundt sin akse og tillate et stort antall regulært dispergerte gassbobler og slippe ut gjennom rommet som skiller rører-en fra pluggen.

2. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at beholderen er et to roms smeltekar.

3. Apparatur ifølge krav 1 , karakterisert ved at pluggen er fast med henblikk på beholder-bunnen.

4. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at røreren og pluggen er av materiale som ikke korroderes av flytende aluminium.

5. Apparatur ifølge krav 4, karakterisert ved at materiale som ikke korroderer av flytende aluminium er grafitt.

6. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at den vertikale symmetriakse gjennom plugg og rører er sammenfallende.

7. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at det ytre moment legges på via en motor med variabel hastighet.

8. Apparatur ifølge krav 1 , karakterisert ved at det ytre moment legges på røreren ved hjelp av et system som tilfører en vertikal translasjonsbevegelse.

9. Apparatur ifølge krav 1 , karakterisert ved at den øvre flate av pluggen og den nedre flate av røreren har konisk form.

10. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at akslingen i røreren er utstyrt med et antivirvelsystem anbragt i en metall-atmosfære grenseflaten.

11. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at den nedre del av røreren har et antall radi-elle spor.

12. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert ved at sporene strekker seg langs sideflaten av rør-eren og danner en form for skrulinjer.

13. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre flate av pluggen er utstyrt med hull som inne i pluggen er forbundet med kanaler.

14. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at pluggen innvendig er utstyrt med et ekspansjonskammer i gass-strømningsveien.

15. Apparatur ifølge krav 14, karakterisert ved åt pluggens masse som befinner seg over ekspansjonskammeret består av et porøst materiale.