Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do rafinacji cieklego metalu.Znane jest z opisu patentowego St. Zjedn. Am. nr 3 74-3 263 urzadzenie do rafinacji cieklego metalu, zawierajace zbiornik, rynne doprowadzajaca metal, rynne odprowadzajaca metal oraz mieszadlo lopatkowe, skladajace sie z tulei oslonowej i walka wirnika, do którego jest dolaczony lopatkowy wirnik z lopatkami kierujacymi gaz rafinujacego, a po¬ nadto zawierajace elementy sluzace do doprowadzania gazu rafinujacego do przestrzeni pomiedzy zakonczeniem tulei a kolem lopatkowym pod cisnieniem pozwalajacym na.wtloczenie gazu do kapieli metalu.Zasadniczo proces przeprowadzany w tym znanym urzadzeniu dotyczy dyspergowania gazu w postaci niezwykle malych pecherzyków poprzez ciekly metal. Wodór usuwany jest z cieklego metalu przez desorpcje do pecherzyków gazu, natomiast inne zanieczyszczenia niemetaliczne unoszone sa do warstwy kozucha zuzlowego wskutek sily wyporu. Dyspergowa¬ nie gazu realizowane jest przez zastosowanie mieszadel lopatkowych, które powodujeysto- pien turbulencji w cieklym metalu. Turbulencja ta powoduje, ze niewielkie czastki nie¬ metaliczne aglomeruja w duze agregaty czastek, które sa unoszone na powierzchnieciekle¬ go metalu przez pecherzyki gazu. Turbulencja w metalu zapewnia równiez wymieszanie gazu z cieklym metalem oraz powoduje usuniecie z wnetrza zbiornika osadów i narostów tlenkowych. Zanieczyszczenia niemetaliczne, wyplywajace z kapieli metalu, aa odprowa¬ dzane wraz z kozuchem zuzlowym, a wodór desorbowany z kapieli metalu uchodzi wraz z zuzytym gazem.Mieszadlo lopatkowe opisane w wymienionym wyzej opisie patentowym posiada walek i lopatkowy wirnik /sprzezony z walkiem/ oraz tuleje oslonowa walka wraz z wiencem lopa¬ tkowym, kierujacym gaz rafinujacy, stanowiacy zakonczenie tulei oslonowej, które to ele¬ menty wspóldzialaja w wytworzeniu pozadanego rozkladu pecherzyków w cieklym metalu.Urzadzenie takie podczas pracy powoduje w sasiedztwie taki rozklad przeplywu, ze po¬ wstajace pecherzyki gazu przenoszone sa wzdluz wypadkowego wektora przeplywu, który jest zwrócony promieniowo na zewnatrz ze skladowa zwrócona do dolu wzgledem pionowej2 133 429 osi urzadzenia. Takie rozklady przeplywu maja kilka zalet. Po pierwsze w cieklym metalu jest powodowane zasadniczo pionowe mieszanie, przy czym skierowany do dolu przeplyw wzdluz urzadzenia w polaczeniu z wirujacymi lopatkami wirnika powoduje rozbicie gazu na oddzielne, male pecherzyki. Ponadto szybkie unoszenie pecherzyków gazu od punktu wprowadzenia do cieklego metalu zapobiega koagulacji pecherzyków w obszarze, gdzie koncentracja pecherzyków gazu jest najwieksza. Poza tym czas przebywania gazu w kapieli metalu dla dobrze dyspergowanych pecherzyków gazu zo¬ staje przedluzony, poniewaz pecherzyki gazu nie unosza sie natychmiast po powsta¬ niu do powierzchni wskutek sily wyporu.W opisanym powyzej urzadzeniu do rafinowania cieklego metalu, walek mieszadla lopatkowego, do którego jest przymocowane kolo lopatkowe, jest wykonany z zaroodpor¬ nego metalu. Kiedy jednak zastosowano gaz technologiczny, zawierajacy niewielka ilosc halogenu, wówczas taki walek metalowy ulegal silnej erozji. Stwierdzono, ze najpraktyczniejsze jest stosowanie walka grafitowego, który nie podlega dzialaniu halogenu. Podczas pracy bardziej kruchy walek grafitowy ulega jednak czasami pe - knieciu i powoduje kosztowna awarie ze wzgledu na czesci zamienne, czas przestoju i pracochlonnosc.Przyczyna takiej awarii jest prawdopodobnie fakt, ze w wytopie czasami znaj¬ duja sie czastki stale o róznych ksztaltach, majace wymiary od czesci centymetra do kilku centymetrów. Uwaza sie, ze czastki te okresowo gromadza sie w punktach, gdzie spotykaja sie lopatki lub przestrzenie pomiedzy lopatkami wienca i wirnika podczas dzialania i zakleszczaja urzadzenie, przez co powstaje sila wystarczajaca do uszkodzenia walka.Celem wynalazku jest opracowanie ulepszenia w urzadzeniu do rafinacji ciekle¬ go metalu, które pozwoli na unikniecie takich pekniec walka, przy zapewnieniu poza¬ danego rozkladu pecherzyków z wlasciwym wektorem przeplywu.Urzadzenie to rafinacji plynnego metalu zawierajace zbiornik, rynne doprowa¬ dzajaca metal do komory rafinacyjnej i rynne odprowadzajaca metal z komory oczy - azczonego metalu oraz przynajmniej jedno mieszadlo lopatkowe, zawieszone w komorze rafinacyjnej, przy czym mieszadlo to zawiera obrotowy walek, sprzezony górnym kon¬ cem z mechanizmem napedowym i polaczony sztywno z lopatkowym wirnikiem dolnym kon¬ cem, wydrazona tuleje oslonowa walka z wiencem na swym dolnym koncu o wiekszej srednicy wewnetrznej od srednicy walka, przez co powstaje osiowy kanal dla wprowa¬ dzenia gazu rafinujacego w przeswit pomiedzy wirnikiem a wiencem, a takze elemen¬ ty do doprowadzania gazu do górnego konca kanalu pod cisnieniem wystarczajacym dla wtlaozania do kapieli metalu, charakteryzuje sie tym, ze powierzchnia zewnetrzna wienca przy dolnym zakonczeniu tulei oslonowej ma profil kolowy, a stosunek sredni¬ cy na dolnej krawedzi tego wienca do srednicy lopatek wirnika jest zawarty w zakre¬ sie 1:1 do okolo 0,8:1, a korzystnie okolo 0,9:1. Wieniec korzystnie jest stozko¬ wy, przy czym srednica górnej krawedzi wienca jest wieksza niz srednioa jego dolnej krawedzi, lezacej blizej lopatkowego wirnika* Przedmiot wynalazku zostal uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poziomy urzadzenia do rafinacji cieklego me¬ talu, a fig. 2 - przekrój pionowy urzadzenia wzdluz linii 2-2 na fig. 1. Na fig. 1 i 2 jest pokazane urzadzenie, majace pojedyncze mieszadlo lopatkowe, które zo¬ stanie opisane ponizej.Plaszcz 2 urzadzenia do rafinacji cieklego metalu jest wykonany ze stali.Wewnatrz plaszcza 2 znajduje sie warstwa izolacyjna 3 a ksztaltek cementowych o ma¬ lym przewodnictwie cieplnym, a wewnatrz tej warstwy znajduje sie warstwa 4 z masy korundowej nieprzepuszczalna dla cieklego metalu o zawartosci tlenku glinu Al20j153429 3 96 % i do 0,2 % FegO,. Warstwa 4 ma mala przewodnosc cieplna 1 zapewnia dalsza izolacje komory rafinacyjnej. ^rzadzenie zawiera równiez pokrywe 5 i -iepokazana konstrukcje wsporoza mieszadla lopatkowego oraz napedzajacego silnika elektrycznego.Rafinacja rozpoczyna sie przez otworzenie przesuwnych drzwi prz? wejsciu ryn¬ ny doprowadzajacej 7 metal do komory rafinacyjnej 8* Ciekly metal wchodzi do komo¬ ry rafinacyjnej 8 metalu poprzez rynne 7t która moze byó wylozona ksztaltkami z we¬ glika krzemu. Ciekly metal jest intensywnie mieszany i poddawany dzialaniu gazu rafinujacego za pomoca mieszadla lopatkowego* Mieszadlo lopatkowe obraca sie w kie¬ runku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Cyrkulacja cieklego metalu, powodowana mieszadlem lopatkowym, ma skladowa pionowa, powodujaca tworzenie sie wirów, które jest zmniejszone przez asymetryczne rozmieszczenie wzgledem komory rafinacyjnej 8 rury przeplywowej 9 i przegród 10 i 15« Metal po rafinacji przechodzi do ceramicznej rury przeplywowej 9» usytuowa¬ nej za przegroda 10, a stad do komory wylewowej 11 oczyszczonego metalu. Komora wy¬ lewowa 11 oczyszczonego metalu jest oddzielona od komory rafinacyjnej 3 przegroda z plyty grafitowej 12 i plyty z weglika krzemu 13. Rafinowany metal opuszcza urza¬ dzenie poprzez rynne odprowadzajaca 14 metal. Dno urzadzenia wylozone jest plyta grafitowa 6.Plywajacy zuzel jest wychwytywany przez przegrode syfonowa 15 i gromadzi sie na powierzchni cieklego metalu przy rynnie doprowadzajacej 7 metal, siad mozna go latwo usunac. Zuzyty gaz rafinujacy opuszcza uklad pod przesuwnymi drzwiami przy rynnie doprowadzajacej metal. Zabezpieczenie przestrzeni górnej nad cieklym metalem zapewnione jest przez wprowadzenie do pieca gazu obojetnego, takiego jak argon.Atmosfera w komorze wylewowej 11 oczyszczonego metalu jest jednak niekontrolowana i dlatego plyta grafito?;a 12 siega ponizej powierzchni cieklego metalu.Otwór odprowadzajacy 16 sluzy do calkowitego opróznienia urzadzenia. Otwór ten moze byc usytuowany po stronie wlewowej lub wylewowej urzadzenia. Ogrzewanie urzadzenia jest realizowane poprzez szesc chromoniklowych, elektrycznych, oporowych elementów grzejnych 17, które sa wprowadzone po trzy w bloki grafitowe 18. Bloki 18 sa zamocowane za pomoca stalowych zacisków 19 oraz plyt 12 i 13, które z kolei sa zamocowane poprzez nie pokazany uklad szczelin i wglebien.Pokrywa 5 jest uszczelniona wzgledem czesci dolnej urzadzenia za pomoca uszczelki kolnierzowej 20 i sklada sie z kilku warstw izolacji 21, np. z wlóknis¬ tego krzemianu glinowego na podlozu z folii aluminiowej, zamocowanych io plyty sta¬ lowej, stanowiacej plaszcz pokrywy z obrzezem wykonywanym z ceownika. Kazdy element grzejny 17 jest osadzony przesuwnie w pokrywie 5» Elementy grzejne 17 sa wprowadzar ne w otwory w bloku 16. Kontakt pomiedzy elementem grzejnym 17 a blokiem 18 unie¬ mozliwia element dystansowy 24 i przegroda cieplna 25* Osadzenie przesuwnych ele - mentów grzejnych ma na celu umozliwienie rozszerzalnosci cieplnej bloku 18. Kiedy urzadzenie jest nagrzane do temperatury pracy i blok 18 ulegnie rozszerzeniu, wtedy element grzejny 17 zostaje unieruchomiony. Jezeli urzadzenie zostanie z ja¬ kiegokolwiek powodu ochlodzone, wówczas elementy grzejne 17 w otworach pokrywy 5 zostaja zluzowane tak, ze moga one poruszac sie swobodnie podczas kurczenia sie bloku 18* Elementy grzejne 17 sa umieszczone zwykle prostopadle do porywy i do dna urzadzenia a równolegle wzgledem siebie.Korzystne jest, aby bloki 18 i inne czesci byly wykonane z grafitu. Jezeli jednak grafit znajduje sie powyzej poziomu cieklego metalu, wówczas proponuje sie, aby pokryc go na przyklad farba ceramiczna, albo tez stosuje sie inne zabez¬ pieczenie przed utlenianiem, mimo istniejacych uszczelnien i atmosfery ochronnej.Zamiast grafitu mozna zastosowac weglik krzemu*4 133 ^29 Silnik, regulator temperatura transformator i inne konwencjonalne wyposaze¬ nie /nie pokazane/ sluzy do napedzania mieszadla lopatkowego i do zasilania elemen¬ tów grzejnych 17» Uszczelnienie rynien - doprowadzajacej i odprowadzajacej metal oraz innych elementów wyposazenia w celu zabezpieczenia calosci zamknietego ukladu jest równiez konwencjonalne i nie pokazane.Chociaz w opisanym urzadzeniu pokazano pojedyncze mieszadlo lopatkowe, to mozna zastosowac dwa mieszadla lub wiecej, przy czym proporcjonalnie wzrasta wiel¬ kosc urzadzenia. Pokazane mieszadlo lopatkowe sklada sie z wirnika 33, który ma lo¬ patki 34 i przestrzenie 35 pomiedzy lopatkami. Wirnik 33 obracany jest za pomoca silnika /nie pokazano/ poprzez walek wirnika 30, do którego jest przymocowany.Walek wirnika 30 jest chroniony przez dostepem cieklego metalu za pomoca tulei oslo¬ nowej 31 z wiencem 32, polaczonym z tuleja przez stozek posredni. Zewnetrzna po - wierzchnia wienca ma profil kolowy. Pomiedzy wirnikiem 33 a wiencem 32 istnieje wy¬ starczajacy luz, aby wirnik 33 mógl swobodnie obracac sie i aby umozliwial swobodny przeplyw gazu rafinujacego. Poprzez kanal utworzony przez v;alek wirnika 30 i wewne¬ trzne powierzchnie tulei oslonowej 31 z wiencem 32 jest doprowadzany i wtlaczany gaz w przestrzen pomiedzy wirnikiem 33 a v;iencem 32. Walek wirnika 30 i tuleja oslono¬ wa 31 z wiencem 32 sa wspólosiowe, a wiec ^anal jest równolegly do tej osi i otacza ja. Urzadzenie jest oczywiscie wyposazone w srodki sluzace do doprowadzania gazu do górnego konca kanalu pod cisnieniem wystarczajacym dla wtlaczania gazu do cieklego metalu.Zewnetrzna srednica wienca 32, mierzona na krawedzi dolnej od strony wirnika, jest taka sama jak srednica stóp lopatek wirnika 33 mierzona od strony wienca w przestrzeniach 35 pomiedzy lopatkami 34. Stosunek zewnetrznej srednicy wienca do srednicy stóp lopatek wirnika lezy w zakresie 1:1 do okolo 0,8:1. Kiedy stosunek t~n spadnie ponizej 1:1, wtedy stopniowo pogarsza sie korzystny rozklad pecherzy¬ ków gazu rafinujacego, co powoduje miedzy innymi silna aglomeracje pecherzyków, która prowadzi do nadmiernej turbulencji powierzchniowej. Nadmierna turbulencja powierzchniowa powoduje, ze zanieczyszczenia plywajace po powierzchni cieklego metalu powracaja do kapieli. Granica, od której turbulencja staje sie niemozliwa do przyjecia zalezy od kilku czynników, takich jak predkosc wirnika, przeplyw gazu, przeswit pomiedzy wirnikiem a wiencem i pomiedzy wirnikiem a dnem zbiornika oraz glebokosc przerw 35 miedzy lopatkami 34. Uwaza sie, ze stosunek okolo 0,8:1 jest najmniejsza wartoscia, mozliwa do przyjecia, stosunek 1:1 jest optymalny, a stosunek 0,9"! jest korzystny jako granica dolna.Wieniec 32 moze byc cylindryczny lub stozkowy. Korzystny jest taki ksztalt stozka ze zbieznoscia ku dolowi, tak, ze srednica na krawedzi górnej wienca jest wieksza niz srednica na krawedzi dolnej. Zbieznosc wienca stozkowego moze wynosic do okolo 30 %. Kat rozchylenia tworzacej stozka moze wynosic 30-60 • Konstrukcja ta daje nieco lepsze wyniki, jezeli chodzi o turbulencje powierzchniowa przy du¬ zych predkosciach wirnika i przy duzym przeplywie gazu, moze zapobiegac w wiekszym stopniu aglomeracji pecherzyków gazu niz w przypadku wienca cylindrycznego i za¬ pewnia lepsze podparcie dla wirnika.Topowe wymiary zbiornika /plaszcza zewnetrznego/ sa nastepujace: dlugosc 14-0 cm, szerokosc 135 cm i wysokosc 145 cmf a dla wienca srednica zewne¬ trzna na krawedzi dolnej 12,7 cm /korzystnie dla wienca stozkowego od srednicy na jcrawedzi dolnej wynoszacej 12,7 cm nastepuje rozchylenie tworzacych pod katem 45 do srednicy na krawedzi górnej wynoszacej 15,3 cm/, dla wirnika srednica efcóp lopa¬ tek wynosi 12,7 cm i srednica glów lopatek 19,1 cm. Typowe predkosci obrotowe dla takiego mieszadla lopatkowego wynosza 400-600 obrotów na minute przy przeplywie gazu 85-142 dcnr/min.133 429 5 Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do rafinacji plynnego metalu zawierajace zbiornik, rynne do¬ prowadzajaca metal do komory rafinacyjnej i rynne odprowadzajaca metal z komory oczyszczonego metalu oraz przynajmniej jedno mieszadlo lopatkowe zawieszone w ko¬ morze rafinacyjnej, przy czym mieszadlo to zawiera obrotowy walek sprzezony gór¬ nym koncem z mechanizmem napedowym i polaczony sztywno z lopatkowym wirnikiem dol¬ nym koncem, wydrazona tuleje oslonowa walka z wiencem na swym dolnym koncu o wie¬ kszej srednicy wewnetrznej od srednicy walka, przez co powstaje osiowy kanal dla wprowadzania gazu rafinujacego w przeswit pomiedzy wirnikiem a wiencem, a takze elementy do doprowadzania gazu do górnego konca kanalu pod cisnieniem wystarcza¬ jacym dla wtlaczania go do kapieli metalu, znamienne tym, ze powierz¬ chnia zewnetrzna wienca /32/ przy dolnym zakonczeniu tulei oslonowej /31/ ma pro¬ fil kolowy, a stosunek srednicy na dolnej krawedzi tego wienca do srednicy stóp lopatek wirnika /33/ jest zawarty w zakresie 1:1 do okolo 0,8:1. 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze wieniec /32/ jest stozkowy ze zbieznoscia ku dolowi w kierunku wirnika lopatkowego /33/. 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze wymieniony stosunek korzystnie lezy w zakresie 1:1 do okolo 0,9:1 jako granica dolna. 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze wymieniony stosunek optymalny wynosi 1:1.FIG. I133 429 2y *» FIG. 2 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL PL PL