PL143073B1 - Chlorination vat for chlorination of aluminium alloys in particular for magnesium reduction purpose - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kadz do chlorowania stopów aluminium, zwlaszcza do reduko¬ wania magnezu zawartego w stopach aluminium poddawanych chlorowaniu, w którym ciekly metal poddaje sie dzialaniu chlorem gazowym lub kazdym innym zwiazkiem gazowym chloru, w tym równiez chlorowanych weglowodorów.Pólprodukty odlewane z aluminium lub ze stopu aluminium, zwlaszcza plyty, kesy itd. wykonuje sie badz z aluminium pierwotnego pochodzacego bezposrednio z elektrolizy kapieli aluminium i elektrolitu, badz z aluminium wtórnego otrzymanego przez przetopienie zlomu, badz równiez z mieszaniny tych dwóch typów metalu. W tych dwóch ostatnich przypadkach metal zawiera jako zanieczyszczenie magnez, którego zawartosc moze osiagnac kilkaprocent wagowych dla aluminium wtórnego i którego obecnosc jest równiez szkodliwa przy wykonywaniu nastepnych etapów przetwarzania metalu. Przed odlewaniem konieczne jest wykonanie rafinacji w celu wyeli¬ minowania tego zanieczyszczenia, az do bardzo niskiego poziomu, który nie powinien przekraczac dla niektórych zastosowan kilkuset promili.Znane sposoby wydzielania magnezu moga byc podzielone na trzy kategorie: —sposoby elektrochemiczne znane pod nazwa elektrolizy trzech warstw, w których przeplyw stalego pradu elektrycznego przez oczyszczany metal w stanie cieklym umozliwia wydzielenie magnezu na katodzie, —sposoby, w których stosuje sie stale strumienie na bazie A1C13,A1F3 i innych soli, które sa mieszane z oczyszczanym cieklym aluminium, tworzac z magnezem badz chlorki badz fluorki, które z racji ich stosunkowo niewielkiej masy wlasciwej unosza sie ku powierzchni kapieli, z której sa zbierane i oddzielane od aluminium, —sposoby chlorowania polegajace na barbotowaniu chlorem gazowym kapieli oczyszczanego aluminium, gdzie zachodzi reakcja z magnezem i tworzy sie plynny chlorek, który bedzie równiez zebrany z powierzchni kapieli.Kazdy z typów sposobów ma zalety i niedogodnosci, ale trzeci, który jest obecnie najszerzej stosowany w przemysle, stwarza problemy zwiazane z wydzielaniem sie dymów o znacznej ilosci chlorku aluminium, badz ma mala wydajnosc, gdy zawartosc magnezu w obrabianym metalujest stosunkowo niewielka.2 143 073 W zasadzie sposób chlorowania jest oparty na wiekszym powinowactwie magnezu do chloru niz aluminium, stad korzystnie zachodzi nastepujaca reakcja: Mg + Cl2 - MgCl2 zas tworzacy sie chlorek aluminium czesciowo sam wspomaga wydzielanie dzieki reakcji 2/3 A1C13 +Mg — *» 2/3 Al + MgCl2 dokonuje sie progresywnie, umozliwiajac osiagniecie ilosci chloru zblizonych do 3kg na kg mag- którajest wytworzona nie jest wykorzystywana w drugiej reakcji ijest tym mniejsza, im koncentra¬ cja Mgjest mniejsza, stad zgodnie z publikacja "Journal of Metal" z lipca 1982 r. strona 55 nalezy stosowac az 15 kg chloru dla wyeliminowania lkg magnezu, podczas gdy tec/retycznie ilosc ta wynosi 2,95 kg. Stad wysilki specjalistów zmierzajace do polepszenia wydajnosci chloru, zwlaszcza wykorzystujac urzadzenia obróbcze lepiej przystosowane do wymienionych wyzej reakcji.Znanyjest z francuskiego opisu patentowego nr 2 200 364 reaktor podzielony na kilka komór, z których kazda jest wyposazona w obrotowy wtryskiwacz chloru i w których chlorowanie dokonuje sie progresywnie, umozliwiajac osiagniecie ilosci chloru zblizonych do 3 kg na kg mag¬ nezu. Jednakze jak to powiedziano w artykule zamieszczonym w "Light Metals" z 1978 r. wydanym przez Metallurgical Society of A.I.M.E., taki reaktor moze zawierac trzy komory,kazda ma wymiary 760-1200 mm dlugosci i 600 mm szerokosci. Takie urzadzenie wymaga wiec instalacji zajmujacej stosunkowo znaczna czesc powierzchni i trudnej w obsludze podczas operacji oczy¬ szczania, odzuzlania lub innej. Wynikaja stad znaczne koszty eksploatacji, nie mówiac o poczat¬ kowo znacznych kosztach inwestycyjnych.Wedlug wynalazku redukcji magnezu dokonuje sie przez traktowanie gazem chlorowanym, wprowadzanym przez wirnik zamontowany w urzadzeniu, w którym unika sie niedogodnosci znacznych gabarytów i malej trwalosci znanych urzadzen. Kadz ma stosunkowo male gabaryty , tym niemniej ma pojemnosc wyzsza od kadzi konkurencyjnych. Problem ten rozwiazano prowa¬ dzac obróbke metalu gazem wprowadzanym w ruch krazacy w dwóch strumieniach w tym samym kierunku i w sposób mozliwie najbardziej racjonalny. Kadz przemyslowa ma przejscie wspólpra- dowe utworzone w sposób klasyczny przez zewnetrzna obudowe metalowa, wewnetrzna wyprawe ogniotrwala, rynne doprowadzajaca metal, pionowa przegrode wewnetrzna, tworzaca z dnem kadzi przestrzen dla homogenizacji metalu i dzielaca kadz na przedzial zasilania oraz pojedynczy przedzial obróbczy, w którym jest zanurzony wirnik, przez który promieniowo wprowadzony jest gaz do procesu chlorowania. W rozwiazaniu wedlug wynalazku przedzial obróbczyjest zamkniety przy podstawie kadzi pozioma scianka, usytuowana na poziomie dolnej przegrody, która ma w czesci srodkowej otwór o osi wspólbieznej z osia obrotu wirnika.Urzadzenie wedlug wynalazku posiada zabudowana w klasycznej kadzi dodatkowa scianke pozioma izolujaca przedzial obróbczy od przedzialu zasilania i umozliwiajaca za pomoca jednego obrotu, usytuowanego w osi wirnika wprowadzajacego gaz dla procesu chlorowania, uzyskanie kierunku ruchu metalu po tej samej trajektorii, po której gaz jest rozprowadzany promieniowo przez wirnik, to znaczy krazenie we wspólpradzie.Krazenie we wspólpradzie znane jest z francuskiego opisu patentowego nr 2 200 364, wedlug którego w urzadzeniu w drugiej komorze obróbczej, metal i gaz kraza w tym samym kierunku.Rozwiazanie to zapewnia przejscie metalu z jednej komory do drugiej i zastosowanie krazenia we wspólpradzie. W tym opisie patentowym brak wzmianki o wiekszej skutecznosci obróbczej na poziomie drugiej komory. Z tego powodu ten typ drazenia jest realizowany raczej w sposób nieprawidlowy, poniewaz metal wplywa do komory krazac równolegle do dna reaktora. Wyniki otrzymane przez zglaszajacego przy odtwarzaniu warunków we wspólpradzie pokazuja, ze ten typ krazenia jest konieczny dla uzyskania lepszych warunków usuwania magnezu.Stosujac dwie kadzie obróbcze, kazda o pojemnosci okolo Im3 cieklego metalu, o wydatku 10 ton na godzine tego samego stopu zawierajacego 0,5% magnezu, z zastosowaniem tego samego typu wirnika i przy tym samym wydatku gazu chlorowanego, z których jedna funkcjonuje w przeciwpradzie, a druga we wspólpradzie zgodnie z rozwiazaniem wedlug wynalazku, uzyskuje sie nastepujaca wydajnosc wykorzystania chloru w funkcji ostatecznej zawartosci magnezu:143 073 3 Ostateczna zawartosc Mg w % wagowych Krezeniew Wydajnosc uzy- przeciwpradzie tego chloru Krazenie we wspólpradzie 0,05 ,; 45 60 0,10 80 90 0,15 98 99 0,18 100 100 0,20 100 100 Dla ostatecznych zawartosci magnezu ma stosunkowo niewielki wplyw rodzaj krazenia.Jedynie dla malych zawartosci magnezu krazenie we wspólpradzie przynosi znaczne polepszenie prowadzonego procesu i to dla kadzi o mniejszych wymiarach od kadzi znanych ze stanu techniki, a tym samym uzyskanie znacznego wydatku metalu.Scianka pozioma przedzialu roboczego w kadzi wedlug wynalazku korzystnie posiada otwór kolowy, chociaz kazdy inny zblizony w przekroju zarys do zarysu przekroju poziomego przedzialu jest mozliwy do zastosowania. Istotnejest jednak zachowanie pewnego podobienstwa, umozliwia¬ jace trajektoriom metalu i gazu zachowanie regularnego rozmieszczenia geometrycznego w sto¬ sunku do osi wirnika i zapewnienia lepszych warunków krazenia we wspólpradzie. Otwór ten w przekroju korzystnie jest zawarty miedzy 1/10 i 1/15 przekroju przedzialu obróbczego. Stosunki te prowadzily do najlepszych wyników. ...Metal doprowadza sie do otworu zapewniajac regularne zasilanie i unikniecie zaklócen w przeplywie, które szkodzilyby otrzymaniu prawidlowego krazenia metalu we wspólpradzie. Dno kadzi korzystnie wyposazonejest w kanalprzeplywowy plynu, który poczatkowo na poziomie przegrody ma w plaszczyznie poziomej szerokosc zblizona do szerokosci kadzi, a nastepnie zweza sie, aby osiagnac w poblizu otworu szerokosc odpowiadajaca najwiekszemu wymiarowi otworu.Wirnik zapewnia promieniowy rozdzial gazu, a jego powierzchnia dolna jest usytuowana mozliwie najblizej otworu, pozostawiajac jednak szczeline co najmniej na 0,02 m wysokosci.Wirnik ten ma przekrój poziomy o wymiarach zblizonych do wymiarów otworu.Rodzaj wirnika moze byc dowolnie dobrany sposród wirników z promieniowym rozdzialem gazu, np. typu znanego z francuskiego opisu patentowego nr 2 512 067, zas kanaly do krazenia plynu moga byc pozostawione lub usuniete. Jednak wirnik musi zawierac wystarczajaca liczbe kanalów tak, aby zapewnic wydatek rzedu 240 kg na godzine gazu do procesu chlorowania i umozliwic przerób kilku ton na godzine stopów zawierajacych duzo magnezu. Gaz do procesu chlorowania moze zawierac chlor lub odpowiednia pochodna zawierajaca chlor, stosowana w procesie chlorowania aluminium.W urzadzeniu wedlug wynalazku kadz do chlorowania, o zwartej budowie moze byc typu znanego np. z francuskiego opisu patentowego nr 2 514 370, umozliwiajacej przeprowadzenie procesu wydzielania magnezu oraz calkowite opróznianie z metalu zawartego w kadzi, zapewnio¬ nego przez zastosowanie konstrukcji wychylnej, a wiec bez straty metalu i bez ryzyka mieszania spustu z metalem z operacji nastepnej. Rozwiazanie to zapewnia spust metalu lub stopu tylko poprzez wychylenie kadzi, bez zadnego innego manewru, a to umozliwia ciagle lub periodyczne odlewanie, nawet kolejnych róznych stopów, których nie mozna ze soba mieszac.Rozwiazanie konstrukcyjne kadzi ulatwia proces sciagania zuzla podczas obróbki, za posred¬ nictwem ruchomej czesci pokrywy, co jest zwlaszcza uzyteczne przy dlugo trwajacym odlewaniu ciaglym.Natomiast po zakonczeniu obróbki ulatwione jest oczyszczanie kadzi poprzez jej wychylenie czolowe lub boczne, zaleznie od sytuacji. Równiez mozliwe jest usuniecie wszystkich pozostalosci zuzla i skrzepów metalu, które moglyby spowodowac zanieczyszczenie nastepnego wsadu.Uklad ogrzewania niezalezny od kadzi umozliwia jego wymiane lub naprawe bez zaklócenia biegu operacji. Na poczatku cyklu odlewania jest mozliwe szybkie przegrzanie metalu. W wyborze typu wtryskiwacza czynnika obróbczego brak jest ograniczen, praktycznie wszystkie aktualnie znane obrotowe typy wtryskiwaczy daja sie przystosowac bez trudnosci.Rozwiazanie wedlug wynalazku zapewnia szybkie przestawienie wtryskiwacza i ukladu ogrzewania, umozliwiajac sterowanie procesem i wykorzystanie zadanej funkcji w zadanym momencie dla utrzymania zadanych parametrów procesu. Rozwiazanie to zapewnia szybkie zdje¬ cie i ponowne umieszczenie na miejscu pokrywy, konieczne w celu kontroli wizualnej procesu.4 143 073 Prosta konstrukcja kadzi i dobór wlasciwych materialów stanowia dobre zabezpieczenie przed dzialaniem korozji, tak atmosferycznej, jak i w czasie prowadzonego procesu. W rozwiazaniu ulatwionejest równiez wychwytywanie zanieczyszczen gazowych. W rozwiazaniu tymjest mozliwa calkowita automatyzacja wszystkich operacji wychylania, podnoszenia i opuszczania pokrywy, wlaczania, przestawiania i wylaczania ukladu ogrzewania i wtryskiwania czynnika wstepnego ogrzewania, utrzymywania temperatury itd., przy czym te operacje moga byc programowane z róznym bezpieczenstwem i koniecznymi zakazami i scentralizowane na konsoli umieszczonej w odleglosci, z której kieruje sie równiez centrala hydrauliczna sterujaca dzwignikami wychylania, podnoszenia i opuszczania pokrywy, ukladu ogrzewania i wtryskiwacza.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym przedstawiono na fig. 1 kadz w przekroju wzdluznym, a na fig. 2 - kadz w przekroju poziomym X-X z fig. 1.Na figurze 1 uwidocznionajest kadz z zewnetrzna obudowa 1 metalowa, wewnetrzna wyprawa 2 ogniotrwala, rynna wejsciowa 3, rynna wyjsciowa 4 metalu obrabianego 5, pionowa przegroda wewnetrzna 6 tworzaca z dnem kadzi przestrzen 7 dla krazacego metalu. Przestrzen 7 znajduje sie pomiedzy przedzialem zasilajacym 8 a przedzialem obróbczym 9, w którym jest zabudowany obrotowy wirnik 10 z walem 11 napedzanym silnikiem nie uwidocznionym na rysunku, a usytuo¬ wanym powyzej pokrywy 12. Przedzial 9jest zamkniety przy podstawie pozioma scianka 13, która jest usytuowana na poziomie dolnej krawedzi przegrody 6, posiadajaca centrycznie usytuowany otwór 14, którego os zbiega sie z osia wirnika. Metal wprowadza sie przez otwór 14, zas ruch metalu odbywa sie po trajektorii 15, we wspólpradzie z ruchem gazu 16 wprowadzonego promieniowo przez wirnik.W procesie chlorowania gaz reaguje z magnezem tworzac ciekly chlorek magnezu, który zbiera sie na powierzchni kapieli metalowej tworzac warstwe 17, podczas gdy oczyszczony metal wyplywa przez rynne wyjsciowa 4.Na figurze 2 uwidoczniona jest kadz w przekroju X-X z fig. 1, z zewnetrzna obudowa 1 metalowa, wewnetrzna wyprawa 2 ogniotrwala, przedzialem zasilajacym 8, pionowa przegroda 6, kanalem 18 przeplywu metalu w kierunku otworu 14.Kadz o uzytkowej wysokosci 1 m, majaca przedzial zasilajacy o uzytkowych wymiarach Im X 0,1 Sm i przedzial obróbczy o uzytkowych wymiarach Im X Im, wyposazona w rynne wejsciowa i wyjsciowa umozliwiajace napelnienie jej metalem do poziomu 0,8m, zostala wyposazona w pozioma scianke od dna o 0,05m, z centrycznym otworem kolowym o srednicy 0,32m. W kadzi zamontowano wirnik o srednicy 0,32m i o wysokosci 0,275m, zaopatrzony na obwodzie w 136 otworów o srednicy 0,001 Sm, obracajacy sie z predkoscia 2S0 obrotów na minute, który zostal umieszczony w odleglosci 0,03m od scianki i w osi otworu.Kadz byla zasilana w sposób ciagly stopem aluminium o temperaturze utrzymywanej miedzy 750 i 800°C w przedziale obróbczym, poddawanym dzialaniu czystego chloru.Zaleznie od stosowanych wydatków i poczatkowej zawartosci magnezu, otrzymane wyniki ostatecznej zawartosci magnezu, wydatku chlorku i wydajnosci byly nastepujace: Wydatek metalu Zawartosc magnezu przed obróbka Zawartosc magnezu po obróbce Wydatek chloru Wydajnosc /reakcji tworzenia MgCb/ Przyklad 1 10 t/h 0,71% 0,15% 165kg/h -100% Przyklad 2 20 t/h 0,45% 0,15% 175kg/h -100% Przyklad 3 10 t/h 0,40% 0,09% lOOkg/h -90% Przyklad 4 20 t/h 0,29% 0,08% 150kg/h -80% Dla kadzi o pojemnosci zblizonej do Im mozna osiagnac wydajnosc rzedu 20 ton na godzine metalu w procesie redukcji magnezu ze stopu.143073 5 Zastrzezenia patentowe 1 .Kadz do chlorowania stopów aluminium, zwlaszcza do redukcji magnezu, poprzez wprowa¬ dzenie gazowych zwiazków chloru we wspólpradzie do cieklych stopów aluminium, posiadajaca zewnetrzna obudowe metalowa, wewnetrzna wyprawe ogniotrwala, rynny wejsciowa i wyjsciowa metalu, wewnetrzna przegrode pionowa tworzaca z dnem kadzi przestrzen dla przeplywu wprowa¬ dzonego w ruch metalu, przy czym przestrzen ta znajduje sie pomiedzy przedzialem zasilajacym i obróbczym, w którym jest zabudowany wirnik do promieniowego wprowadzania gazowych zwiazków chloru, znamienna tym, ze przedzial obróbczy jest zamkniety przy podstawie pozioma scianka (13), usytuowana na poziomie dolnej krawedzi przegrody (6),posiadajaca centrycznie usytuowany otwór (14) o osi pokrywajacej sie z osia obrotu wirnika (10). 2.Kadz wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze w przekroju powierzchnia otworu (14) stanowi 1/10 do 1/15 powierzchni przekroju przedzialu obróbczego (9). 3.Kadz wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze ma dla przeplywu metalu z dolu przegrody (6) w kierunku otworu (14) wzdluznie usytuowany kanal, który poczatkowo na poziomie przegrody (6) ma w plaszczyznie poziomej szerokosc zblizona do szerokosci przegrody (6), a nastepnie jest zwezony dla uzyskania w poblizu otworu (14) szerokosci odpowiadajacej najwiekszemu wymia¬ rowi otworu (14). 4.Kadz wedlug zastrz. 1 znamienna tym, ze wirnik (10) ma w przekroju poziomym wymiary zblizone do wymiaru otworu (14). 5.Kadz wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze wirnik (10) ma kanalydo rozdzialu gazu w procesie chlorowania, których wymiar w przekroju zapewnia wydatek 240 kg na godzine gazowych zwiaz¬ ków chloru, nalezacych do grupy obejmujacej chlor i jego pochodne.143 073 7 13 14 15 FIG.1 18 % FIG. 2 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 220 zl PL PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. .Kadz do chlorowania stopów aluminium, zwlaszcza do redukcji magnezu, poprzez wprowa¬ dzenie gazowych zwiazków chloru we wspólpradzie do cieklych stopów aluminium, posiadajaca zewnetrzna obudowe metalowa, wewnetrzna wyprawe ogniotrwala, rynny wejsciowa i wyjsciowa metalu, wewnetrzna przegrode pionowa tworzaca z dnem kadzi przestrzen dla przeplywu wprowa¬ dzonego w ruch metalu, przy czym przestrzen ta znajduje sie pomiedzy przedzialem zasilajacym i obróbczym, w którym jest zabudowany wirnik do promieniowego wprowadzania gazowych zwiazków chloru, znamienna tym, ze przedzial obróbczy jest zamkniety przy podstawie pozioma scianka (13), usytuowana na poziomie dolnej krawedzi przegrody (6),posiadajaca centrycznie usytuowany otwór (14) o osi pokrywajacej sie z osia obrotu wirnika (10).

2.Kadz wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze w przekroju powierzchnia otworu (14) stanowi 1/10 do 1/15 powierzchni przekroju przedzialu obróbczego (9).

3.Kadz wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze ma dla przeplywu metalu z dolu przegrody (6) w kierunku otworu (14) wzdluznie usytuowany kanal, który poczatkowo na poziomie przegrody (6) ma w plaszczyznie poziomej szerokosc zblizona do szerokosci przegrody (6), a nastepnie jest zwezony dla uzyskania w poblizu otworu (14) szerokosci odpowiadajacej najwiekszemu wymia¬ rowi otworu (14).

4.Kadz wedlug zastrz. 1 znamienna tym, ze wirnik (10) ma w przekroju poziomym wymiary zblizone do wymiaru otworu (14).

5.Kadz wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze wirnik (10) ma kanalydo rozdzialu gazu w procesie chlorowania, których wymiar w przekroju zapewnia wydatek 240 kg na godzine gazowych zwiaz¬ ków chloru, nalezacych do grupy obejmujacej chlor i jego pochodne.143 073 7 13 14 15 FIG.1 18 % FIG. 2 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 220 zl PL PL PL