PL169418B1 - Kadź do rafinacji i przechowywania roztopionego aluminium - Google Patents

Abstract

1 Kadź do rafinacji 1 przechowywania roztopionego aluminium zawierająca izolowane osłony, z dnem 1 bocznymi ścianami nieprzepuszczającymi roztopionego aluminium, wykładzinę bloku grafitowego co najmniej na jednej wewnętrznej ścianie bocznej tej osłony, przy czym blok grafitowy rozpościera się wewnątrz kadzi nad poziomemroztopionegometalu przewidzianymkonstrukcyjnie i jest tak usytuowany, aby stykał się z roztopionym aluminium wewnątrz kadzi, przy czym w bloku grafitowym znajduje się otwór odchodzący od górnego końca bloku w kierunku jego wnętrza, nie sięgający jednak jego spodu, kadź ponadto zawiera element wsporczy w formie ptyty zamocowanej do osłony 1 skierowanej do wewnątrz kadzi zajmującej położenie powyżej bloku grafitowego, zespół elementów grzejnych ułożony wewnątrz otworu znajdującego się w bloku grafitowym, przy czym element grzejny jest w mm podparty poprzez płytęwsporczą bezelektrycznego styku zblokiem grafitowym, elektryczne przewody przystosowane do połączenia z częścią grzejną zespołu elementów grzejnych, arkusz blachy ogniotrwałej umieszczony nawewnętrznej powierzchni bloku grafitowego 1 rozciągający się w kierunku pionowym 1 obwodowo tak, aby chronić blok grafitowy od styczności z tlenem w fazie gazowej ponad przestojowym poziomem roztopionego metalu w kadzi, przy czym górny koniec arkusza blachy ogniotrwałej zabezpiecza płytę wsporczą, znamienna tym, ze zespół elementów grzejnych zamontowanyjest w otworze (6) w bloku grafitowym (3), przy czym płyta (22) mocująca zespół elementów grzejnych jest zamontowana 1 uszczelniona w płycie wsporczej (9) zawierającej otwory (27, 28) do umieszczania elektrycznych przewodów (23, 24), które są wprowadzone od góry płyty (22) mocującej zespół grzewczy oraz, ze kadź ponadto zawiera zespół uszczelniający (25, 35, 36) zabezpieczający pierścieniową przestrzeń pomiędzy elektrycznymi przewodami (23, 24) a ścianą otworów (27,28)

Description

Przedmiotem wynalazku jest kadź do rafinacji i przechowywania roztopionego aluminium, zwłaszcza kadź z chronicznymi elementami grzejnymi, które są w niej zastosowane.

W znanych dotychczas żeliwnych kadziach z wykładziną ogniotrwałą, zewnętrznie nagrzewanych, stosowanych jako naczynia rafinacyjne stwierdzono, że przy rafinacji aluminium stosowanie ich nie jest korzystne z powodu ograniczonego i nieprzewidywanego w pewnym stopniu okresu eksploatacji tych kadzi.

Ponadto, ograniczenia konstrukcyjne, dotyczące kadzi żeliwnych sprawiają, że trzeba stosować konfiguracje, które jest trudno oczyszczać, przy czym powstaje wtedy dodatkowo praktyczna niedogodność w eksploatacji podczas operacji przemysłowych.

W celu przezwyciężenia tych niedogodności, obmyślono układ rafinacyjny, który zawiera naczynia z wyłożeniem ogniotrwałym, mające pionowe rurowe grzejne elementy nurkowe, takie jak karborundowe ogniotrwałe z wewnętrznymi śrubowymi grzejnymi elementami oporowymi, które są zawieszone odpowiednio od pokrywy naczynia rafinacyjnego. Te oporowe elementy grzejne mają bardzo ograniczony czas eksploatacji i są trudne do wymiany. Po pęknięciu rury karborundowej, kawałki ułamanej rury często powodowały pękanie wirującej dyszy, stosowanej do wtryskiwania gazu do stopionego aluminum wewnątrz tego naczynia. Ponadto układ taki stwarzał trudności przy oczyszczaniu z powodu wielu zagłębień pomiędzy sąsiednimi rurami grzejnymi i pomiędzy tymi rurami grzejnymi a ścianami naczynia, tam gdzie gromadzi się odpadowy kożuch żużlowy, przy czym trudno go usuwać wygodnym sposobem.

Ze względu na takie problemy, wykonano urządzenie do rafinacji aluminium i innych metali topionych. Urządzenie to zawierało całkowity układ ogniotrwały, w którym każda z dwóch przeciwległych ścian bocznych składała się z grafitowego bloku, mającego elektryczne elementy grzejne ustawione w pionowych otworach, które wykonano w tych grafitowych blokach, przy czym wspomniane otwory były u góry otwarte, a zamknięte u spodu. Różne inne cechy tego systemu są przedstawione w patencie amerykańskim nr 4 040 610, należącym do Szekely. Wykonany tym sposobem układ zawierał wewnętrzne źródło nagrzewania, przy czym przezwyciężał wady związane ze stosowaniem grzejnika nurkowego. Stwierdzono, że to zwiększyło okres użytecznej eksploatacji grzejnika, minimalizowało erozję lub żłobienie oraz ułatwiało naprawę tego układu. W celu utrzymania aluminium w stanie stopionym, taki układ zawierał naczynie, przystosowane do przechowywania aluminium w stanie stopionym, taki układ zawierał naczynie, przystosowane do przechowywania aluminium w stanie stopionym, przy czym miało ono izolowaną osłonę nieprzepuszczalną dla metalu stopionego. Układ zawierał ponadto wykładnię obejmującą bloki grafitowe dla części wnętrza osłony, która ma być poniżej powierzchni wytopu oraz co najmniej jeden zespół grzejny, umieszczony wewnątrz jednego lub więcej z tych bloków. Gdy był stosowany do rafinacji aluminium, układ ten zawierał też co najmniej jeden obrotowy zespół rozdziału gazu umieszczony w tym naczyniu, jak również zespół wlotowy i wylotowy dla metalu stopionego i dla gazów.

169 418

Ogniotrwałe systemy, wykorzystujące takie grafitowe bloki grzejne, okazały się użyteczne i były korzystnie stosowane do przemysłowej rafinacji aluminium. Są jednak potrzebne uzupełniające dodatkowe ulepszenia tych układów, aby zwiększyć ich użyteczność za pomocą przezwyciężenia praktycznych problemów eksploatacyjnych podczas operacji przemysłowych. Główny problem dotyczy stosunkowo małej trwałości grzejników, gdy są użytkowane w powszechnie napotykanych warunkach eksploatacyjnych. Jeden rodzaj takich uszkodzeń pochodzi od utleniania grafitowego bloku grzejnego, przy czym zwykle występuje to od jego górnej części. Po utlenieniu bloku, począwszy od wierzchołkowej części a potem ku dołowi aż do miejsca poniżej roboczego poziomu metalu w naczyniu rafinacyjnym lub zasobnikowym, stopione aluminium może przepływać poprzez utleniony blok do wnęki grzejnikowej, przy czym powoduje zwarcie elektrycznego elementu grzejnikowego, który jest w tej wnęce umieszczony. Ponadto, jeżeli wykorzystano chlor do zastosowanego gazu technologicznego, tworzone ciekłe chlorki w aluminium stopionym mogą przepływać poprzez grafitowy blok i gromadzić się u spodu wnęki grzejnika, przy czym prowadzi to do zwarcia elektrycznego elementu grzejnego, który jest w tej wnęce umieszczony. Dodatkowo do tego występuje korozja grzejników i połączeń grzejnikowych, jako skutek przepływu chlorków ciekłych lub w stanie pary, gdy te chlorki wytwarza się podczas rafinowania aluminium, od komory rafinacyjnej poprzez połączoną porowatość bloku grafitowego do strefy grzejnikowej w bloku grafitowym. Przezwyciężenie takich przyczyn stosunkowo krótkotrwałej eksploatacji grzejników stanowi istotny postęp rozwojowy w dziedzinie naczyń do rafinacji i przechowania aluminium.

Jedno odpowiednie postępowanie w celu przezwyciężenia problemu zbyt krótkotrwałej eksploatacji przedstawiono w patencie amerykańskim nr 4 717 126, należącym do Peltona. Przedstawiony tam układ ogniotrwały stanowi układ kombinowany elementów, służących do ochrony grafitowego bloku grzejnego przed utlenieniem oraz do ochrony elementu grzejnego, umieszczonego w tym bloku, przed agresywnością chlorków. W tej strefie grzejnika, ta podwójna funkcja jest wykonywana za pomocą metalowego pojemnika elementu grzejnego, zwanego tutaj puszką grzejnika. W postępowaniu według patentu Peltona, ta puszka grzejnika ma uszczelnienie, aby podpierać płytę. Grzejny element umieszczony w tej puszce grzejnika, jest wystawiony na działanie powietrza, które może swobodnie przedostawać się do wnętrza puszki grzejnika.

Mimo, że układ grzejnikowy, przedstawiony w patencie Peltona, może być korzystnie zastosowany do uniemożliwiania utleniania bloku grafitowego i ochrony przed agresywnym działaniem chlorków na grzejny element, który jest w tym bloku umieszczony, nadal występuje potrzeba w tej dziedzinie co do dalszej poprawy procesu rafinacji aluminium. Bardziej konkretnie występuje potrzeba uproszczenia, zmniejszenia kosztów oraz lepszej eksploatacji układów do rafinacji i przechowania aluminium.

Przedmiotem wynalazku jest kadź z elektrycznie ogrzewanym urządzeniem w celu przechowania i rafinowania aluminium.

W szczególności przedmiotem wynalazku jest uproszczony układ, służący do ustawienia grzejnych elementów wewnątrz grafitowych bloków grzejnikowych, zastosowanych w kadziach do rafinowania i przechowania aluminium.

Wreszcie przedmiotem wynalazku jest kadź do rafinowania i przechowywania aluminium, w którym blok grafitowy, mający umieszczony w nim elektryczny element grzejny jest chroniony przed utlenieniem, a wspomniany element grzejny jest chroniony przed agresywnym działaniem chlorków, przy czym nie występuje potrzeba stosowania metalowych puszek elementów grzejnych.

Cele wynalazku osiąga się kombinowanym układem elementów, służącym do ochrony przed utlenianiem grafitowego bloku grzejników i ochrony grzejnych elementów, umieszczonych wewnątrz tego bloku grafitowego przed agresywnym działaniem chlorków bez konieczności stosowania metalowych puszek elementów grzejnych, o których mówi się w amerykańskim patencie nr 4 717 126, należącym do Peltona. Wynalazek polega na dokładnym uszczelnieniu zestawu grzejników względem podporowej płyty, która jest umocowana do izolowanej osłony naczynia, które służy do przechowania i rafinowania topionego aluminium, przy czym ta podporowa płyta jest przesunięta do wewnątrz tego naczynia poprzez blok

169 418 grafitowy, w którym ten zestaw grzejników zostaje ustawiony odpowiednio w otworze, który jest w bloku grafitowym. Tym sposobem powietrze nie może przedostać się do tego otworu w bloku grafitowym w tym punkcie.

Druty elementów grzejnych, które zwykle są stosowane w tym zestawie grzejników, wykonuje się z metalu Nichrome v , który jest stopem zawierającym 80% niklu i 20% chromu wagowo. Gdy w atmosferze powietrza umieszcza się takie przewodzące druty elementów grzejnych i są one wystawione na działanie par chlorków, to występuje silna korozja tych drutów. Stwierdzono, że występuje szybkie utlenianie metalu wywołane działaniem chlorków i niszczenie zwykle ochronnego charakteru warstwy tlenkowej, która istnieje na powierzchni tego drutu. Oczywiście, kiedy nie ma w ogóle żadnego tlenu, to nie występuje żadne utlenianie drutów elementu grzejnego. Ponadto czysty chlor może agresywnie działać na druty i tworzyć ulotne chlorki metalu. Jednak przy rafinacji aluminium stwierdzono, że gdy wykorzystuje się urządzenie według wynalazku, czysty chlor nie przedostaje się do otworu grzejników w bloku grafitowym, ponieważ ten chlor stosowany w rafinacji szybko reaguje wewnątrz rafinacyjnej strefy i tworzy chlorki metalu. Takie chlorki zwykle nie działają agresywnie na materiał elementów grzejnych przy nieobecności tlenu.

Przedmiot wynalazku w postaci kadzi do rafinacji i przechowywania roztopionego aluminium zawiera izolowane osłony, z dnem i bocznymi ścianami nieprzepuszczającymi roztopionego aluminium, wykładnię bloku grafitowego co najmniej na jednej wewnętrznej ścianie bocznej te osłony, przy czym blok grafitowy rozpościera się wewnątrz kadzi nad poziomem roztopionego metalu przewidzianym konstrukcyjnie i jest tak usytuowany aby stykał się z roztopionym aluminium wewnątrz kadzi, przy czym w bloku grafitowym znajduje się otwór odchodzący od górnego końca bloku w kierunku jego wnętrza, nie sięgający jednak jego spodu, kadź ponadto zawiera element wsporczy w formie płyty zamocowanej do osłony i skierowanej do wewnątrz kadzi zajmującej położenie powyżej bloku grafitowego, zespół elementów grzejnych ułożonych wewnątrz otworu, znajdującego się w bloku grafitowym, przy czym element grzejny jest w nim podparty poprzez płytę wsporczą bez elektrycznego styku z blokiem grafitowym, elektryczne przewody przystosowane do połączenia z częścią grzejną zespołu elementów grzejnych, arkusz blachy ogniotrwałej umieszczony na wewnętrznej powierzchni bloku grafitowego i rozciągający się w kierunku pionowym i obwodowo tak, aby chronić blok grafitowy od styczności z tlenem w fazie gazowej ponad przestojowym poziomem roztopionego metalu w kadzi, przy czym górny koniec arkusza blachy ogniotrwałej zabezpiecza płytę wsporczą.

Kadź według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół elementów grzejnych zamontowany jest zamiast grzejnika w otworze w bloku grafitowym, przy czym płyta mocująca zespół elementów grzejnych jest zamontowana i uszczelniona w płycie wsporczej zawierającej otwory do umieszczania elektrycznych przewodów, które są wprowadzone od góry płyty mocującej zespół grzewczy oraz, że kadź ponadto zawiera zespół uszczelniający pierścieniową przestrzeń pomiędzy elektrycznymi przewodami a ścianą otworów.

Korzystnym jest, że elektryczne przewody stanowią dwa oddzielne przewody, z których każdy umieszczony jest w oddzielnym otworze usytuowanym w płycie mocującej zespół grzewczy.

Korzystnym jest także, że poniżej płyty mocującej zespół grzewczy, w strefie przejścia przewodów znajduje się zespół dolnych kołnierzy, nad którym dolna powierzchnia zespołu uszczelniającego jest zetknięta z górną izolowaną częścią zespołu elementów grzewczych, przy czym zespół dolnych kołnierzy ma zespół otworów dla umieszczenia w nich elektrycznych przewodów.

Korzystnym jest również, że powyżej płyty mocującej zespół elementów grzewczych znajduje się zespół górnych kołnierzy, pod którym wytworzony jest styk górnych powierzchni zespołu uszczelniającego z zespołem górnych kołnierzy, w którym znajduje się zespół otworów dla umieszczenia w nich elektrycznych przewodów.

Ponadto korzystnym jest, że uchwyty złącz elektrycznych są połączone z przewodami powyżej zespołu górnych kołnierzy i, że połączenie elektryczne uchwytów złącz elektrycznych następuje przy lekko ściśniętym zespole uszczelniającym.

169 418

Dalej korzystnym jest, że zespół uszczelniający ma pierścienie uszczelniające wykonane z elastomeru odpornego na wysoką temperaturę.

Korzystnym jest również i to, że arkusz blachy ogniotrwałej jest zamocowany w jego górnym końcu pomiędzy zespołem wsporczym a metalową płytą przez część osłony a dolny koniec arkusza blachy ogniotrwałej rozciąga się poniżej dolnego poziomu stopionego metalu przewidzianego jako najniższy poziom dopuszczalny wewnątrz kadzi i, że dolny koniec arkusza blachy ogniotrwałej umieszczony jest w wycięciu bloku grafitowego.

Korzystnym jest także, że element izolacyjny usytuowany jest pomiędzy zespołem wsporczym a górnym końcem bloku grafitowego, przy czym element zawiera zespół otworów.

Korzystnym jest, że zespół wsporczy zawiera część kołnierza wznoszącą się do góry przy jego wewnętrznym końcu, przy czym część kołnierza i metalowa płyta zawierają pomiędzy sobą odcinek osłony stanowiący z górnym końcem arkusza blachy ogniotrwałej wspólne zabezpieczenie.

Dalszą korzyścią jest to, że kadź ma zespół tulei usytuowany przy wewnętrznej powierzchni zespołu otworów dla ochrony elementu izolacyjnego na przejściu zespołu grzewczego przy wprowadzaniu albo wyjmowaniu do lub z otworu w bloku grafitowym i, że kadź ma element kołnierzowy do mocowania zespołu tulei do zespołu wsporczego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny kadzi według wynalazku, fig. 2 - szczegół przekroju poprzecznego kadzi według wynalazku, a fig. 3 - szczegół przekroju poprzecznego innego wykonania według wynalazku.

Na figurze 1 przedstawiono układ kombinowany elementów, który wykorzystuje się bez konieczności użycia puszki grzejników, aby zwiększyć eksploatacyjną trwałość grzejnika, przy czym tworzy się wzajemnie powiązaną ochronę grzejnego elementu przed agresywnym działaniem chlorków w obecności powietrza i ochronę bloku grafitowego przed utlenieniem. Osłona pieca 1 z ogniotrwałą izolacją 2 jest umocowana do spodniej i bocznych ścian, przy czym izolacja jest nieprzepuszczalna dla stopionego aluminium. Co najmniej na jednej bocznej ścianie tak izolowanej osłony umieszcza się blok grafitowy 3, który wystaje ponad konstrukcyjny roboczy poziom 4 metalu stopionego wewnątrz naczynia. Grafitowy blok 3 ma takie położenie, aby stykał się z korpusem aluminiowym 5, znajdującym się wewnątrz naczynia podczas czynności przechowania lub rafinowania. Grafitowy blok 3 ma otwór, który jest od górnego końca 7 bloku 3 w kierunku spodu 8 bloku 3, lecz nie sięga do spodu 8.

Według wynalazku podporowa płyta 9 jest umocowana i uszczelniona do osłony 1 oraz jest skierowana do kadzi w położeniu nad górnym końcem 7 bloku grafitowego 3. Podporowa płyta 9 ma położenie 10, określone kołnierzem, na swoim wewnętrznie krańcowym zakończeniu, aby ułatwić tworzenie układu kombinowanego podporowej płyty 9 z innymi elementami według wynalazku.

Arkusz blachy ogniotrwałej 11 według wynalazku jest na wewnętrznej powierzchni bloku grafitowego 3. Arkusz 11 jest ustawiony pionowo, tak aby chronić blok grafitowy 3 przed zetknięciem z tlenem w fazie gazowej ponad poziomem stopionego aluminium 5 wewnątrz naczynia. W tym celu dolny koniec arkusza blachy ogniotrwałej 11 znajduje się nie tylko poniżej konstrukcyjnego roboczego poziomu 4 stopionego aluminium, lecz dodatkowo poniżej konstrukcyjnego poziomu 12 wewnątrz kadzi przy ruchu jałowym. Dolny koniec arkusza 11 przedstawiono, jako wygodnie umieszczony wewnątrz wycięcia 13 w bloku grafitowym 3. Arkusz 11 ma położenie poziome zasadniczo względem obydwu stron osłony 1, aby całkowicie chronić blok grafitowy 3.

Na swoim górnym końcu arkusz 11 umieszcza się pomiędzy i umocowuje do kołnierzowego miejsca 10 podporowej płyty oraz płyty 14, która tworzy część całej osłony 1 tego naczynia. Śruba 15 jest wygodnie zastosowana w celu umocowania arkusza 11 do podporowej płyty 9 i osłony kadzi.

Według wynalazku pokrycie kadzi zawiera elektryczną pokrywę 16 i osobną pokrywę 17, nałożone na korpus stopionego aluminium 5 w tej kadzi. Elektryczna pokrywa 16 jest połączona do kołnierzowej części 10 podporowej płyty 9 i do osłony 1. Pokrywa 17 jest połączona i uszczelniona do płyty 14 osłony. Pokrywa 17 może też służyć jako podpora dla konwencjonal169 418 nego zespołu rozdziału gazu, nie pokazanego, zastosowanego do wprowadzania gazu do stopionego aluminium podczas operacji rafinacyjnych.

Grzejna część zestawu elementów grzejnych 18 znajduje się wewnątrz otworu 6 w bloku grafitowym 3, aby stosować ją w operacjach przechowania i rafinowania aluminium. Nad grzejną częścią 18 jest część 19 zestawu elementów grzewczych, przy czym izolowane miejsce 19 przedstawia się o dogodnej postaci pierścieni materiału izolowanego, jednego umieszczonego nad drugim, aż do górnego położenia zestawu elementów grzewczych. Podporowy układ 20 jest w tej izolowanej części 19, aby przesunąć przewody elektryczne w celu połączenia do grzejnej części 18. Podporowa płyta 9 zawiera otwór w celu wygodnego przesunięcia zestawu elementów grzewczych to znaczy grzejnej części 18 i izolowanej części 19 ku dołowi do roboczego położenia wewnątrz naczynia. Jest korzystne zastosowanie dodatkowej izolacji 21 pod podporową płytą 9 i nad blokiem grafitowym 3, a także zastosowanie takiej izolacji gdzie indziej, jako pokrywę 17, umieszczoną pod spodem.

Montażowa płyta 22 zestawu elementów grzewczych jest umieszczona nad podporową płytą 9 oraz jest do niej uszczelniona. Przewody elektryczne 23, 24 odchodzą od montażowej płyty 22 poprzez otwór wykonany w tej płycie i w izolowanej części 19 zestawu elementów grzejnych, aby łączyć do grzejnej części 18 wspomnianego zestawu. Przewody elektryczne 23, 24 są uszczelnione odpowiednim uszczelnieniem 25, tak aby powietrze atmosferyczne nie przepływało poprzez pierścieniową przestrzeń pomiędzy układem otworowym w montażowej płycie a przewodami elektrycznymi przesuniętymi poprzez taką przestrzeń wewnątrz izolowanej części 19 do grzejnej części 18 zestawu elementów grzejnych.

W celach uszczelniania według wynalazku, na przykład uszczelnianie montażowej płyty 22 zestawu grzejnego do podporowej płyty 9 oraz uszczelnianie podporowej płyty 9 do osłony 1, można zastosować odpowiednie krzemowe szczeliwo wysokotemperaturowe, takie jak szczeliwo RTV firmy Dow-Corning, lub też inną kompozycję szczeliwa, oferowaną na rynku.

Na figurze 2 przedstawiono inny przykład wykonania uszczelnienia zestawu elementów grzewczych do sekcji pokrywy grzejnika bez wykorzystywania puszki grzejników. Ogniotrwała izolacja 21 ma podporową płytę 9 nad jej krańcowo-gómą powierzchnią. Montażowa płyta 22 zestawu elementów grzewczych jest umocowana i uszczelniana do podporowej płyty 9 za pomocą śruby 26.

Zestaw grzejnikowy zawiera przewody 23, 24 o przekroju kołowym, które są przystosowane do przesunięcia poprzez otwory 27, 28 w montażowej płycie 22, aby stykać się z grzejną częścią zestawu elementów grzejnych, umieszczonego w grafitowym bloku grzejników (nie pokazanym). Przewody 23, 24 także uwzględnia się, jako przystosowane do przesunięcia odpowiednio poprzez współosiowe otwory 29 i 30 w izolowanej części 19 zestawu elementów grzewczych. Grzejnikowe przewody 23, 24 mają korzystnie dolne metalowe kołnierze 31, 32 przyspawane spoinami 33, 34.

Uszczelnienie według wynalazku obejmuje też zastosowanie pierścieni uszczelniających 35, 36 z wysokotemperaturowego elastomeru, takiego jak kauczuk silikonowy, i są założone do otworów 27, 28 w montażowej płycie 22. Przewody 23,24 mają kołnierze 31, 32, przyspawane do nich, i są przesunięte poprzez otwory w pierścieniach 35, 36, tak aby dolne kołnierze 31, 32 zostały przesunięte poprzez te otwory i dociśnięte do spodniej powierzchni pierścieni uszczelniających. Górne kołnierze 37, 38 są następnie umieszczane na przewodach 23, 24 nad pierścieniami uszczelniającymi 35, 36 oraz korzystnie są nieco przesunięte ku dołowi, tak aby lekko ściskać te pierścienie uszczelniające. Elektryczne połączeniowe pręty lub występy 39, 40 są następnie spawane do przewodów 23,24 spoinami 41,42, natomiast wspomniane pręty ustawia się na górnej powierzchni górnych kołnierzy 37, 38.

Po dokładnym uszczelnieniu zestawu grzejnikowego tym sposobem, skutecznie zapobiega się przedostaniu powietrza do jego wnętrza pod pokrywą 9, umieszczoną nad obszarem grafitowego bloku grzejników w tym zakresie. Tym sposobem nie może wystąpić żadne utlenianie grzejnej części zestawu elementów grzejnych przez długi okres czasu, nawet gdyby wystawienie wspomnianej części grzejnej na działanie par chlorków, przepływających poprzez ten grafitowy

169 418 blok grzejników, powodowało zniszczenie normalnie ochronnej warstwy tlenków na elementach grzejnych.

Skuteczne uszczelnienie według wynalazku, zależy od dostępności materiału, który może uszczelniać elementy podczas eksploatacji w warunkach rafinowania i przechowywania aluminium. Mierzoną temperaturę w regionie, w którym przewody przechodzą poprzez montażową płytę w konwencjonalnym naczyniu, przy czym zastosowano korzystny materiał drutów grzejnikowych, o którym wyżej wspomniano, przy czym układ grzejników działał przy znamionowej mocy. Stwierdzono, że robocza temperatura wynosiła 140°C. To zawiera się w maksymalnym zakresie użytecznych wartości temperatury, wynoszącym 260°C, istniejących, przemysłowo wytwarzanych kauczuków silikonowych o małym odkształceniu trwałym po ściskaniu, korzystnie stosowany jako wysokotemperaturowe elastomery, z których wykonuje się pierścienie uszczelniające.

W celu ułatwienia zakładania i wyjmowania elementów grzewczych oraz aby zapobiegać uszkodzeniu izolacji, poprzez którą te elementy grzewcze zakłada się, korzystne jest stosowanie tulei doprowadzającej, jak na fig. 3. Grafitowy blok 3 grzejników z izolacją 21 i podporową płytą 9, tak jak wyżej ustawiony, montażową płytę 22 zespołu grzewczego oraz pozostałe części tego zespołu przedstawiono na fig. 2. Doprowadzeniowa tuleja 43 i kołnierz 44, który jest do niej przyspawany spoina 45, są umocowane i uszczelnione do podporowej płyty 9. Montażowa płyta 22, do której jest umocowany i uszczelniony element grzewczy, jest założona i uszczelniona do kołnierza 44. Doprowadzeniowa tuleja 43 kieruje się ku dołowi i tworzy wewnętrzną pokrywę dla izolacji 21, korzystnie na jej całej głębokości. Na fig. 3, doprowadzeniowa tuleja 43 dogodnie kieruje się ku dołowi poniżej krańcowo górnej części wlotu grafitowego 3, tak aby była umieszczona wewnątrz wnęki 47. Przy zakładaniu lub usuwaniu zespołu grzewczego z kadzi, doprowadzeniowa tuleja 43 służy tym sposobem do zapewnienia możliwości przesuwania zespołu grzewczego poprzez strefę izolowaną bez zetknięcia elementów grzewczych z wewnętrzną ścianą izolacji 21, wobec czego izolacja jest chroniona przed uszkodzeniem podczas zakładania lub usuwania elementów grzewczych przy czynnościach obsługi technicznej lub wymiany.

Eliminowanie grzejników w praktyce według wynalazku może mieć dwie zalety. Pierwszą, najbardziej oczywistą, to proste wyeliminowanie stosunkowo dużego kosztu puszki grzejnikowej. Jeszcze istotniejszą zaletą jest według wynalazku to, że wykorzystuje się grzejniki o większej mocy. Przy danej maksymalnej temperaturze drutu grzewczego można doprowadzić większą moc elektryczną z powodu usunięcia wspomnianej puszki grzejnikowej, bo eliminuje się osłonę promieniowania pomiędzy elementem grzewczym a blokiem grafitowym. Tym sposobem występuje tylko jedno przekazanie ciepła promienistego, to jest od grzejnika do bloku, zamiast dwóch takich przekazów ciepła promienistego, to znaczy od źródła ciepła do puszki grzejnikowej oraz od puszki grzejnikowej do bloku grafitowego.

Gdyby ciekłe chlorki w okresie działania eksploatacyjnego gromadziły się na spodzie otworu grzejnika w bloku grafitowym, to chlorki te stykałyby elementy grzejne i powodowałyby zwarcie tych elementów, ponieważ wspomniane ciekłe chlorki są elektrycznie przewodzące. Aczkolwiek ta niepożądana sytuacja nie może w zasadzie wystąpić w większości operacji rafinowania aluminium, to jednak jej wystąpienie byłoby bardzo prawdopodobne w wypadku, gdyby zastosowano dużą ilość chloru w celu usunięcia metali alkilowych, zwłaszcza przy wielkoseryjnych operacjach odlewania ciągłego.

Specjaliści z tej dziedziny wiedzą, że można wykonać różne zmiany i modyfikacje co do szczegółów według wynalazku bez odejścia od zakresu ochrony wynalazku. Aczkolwiek konkretny stop niklowo-chromowy został wyżej opisany w celu korzystnego zastosowania, jako materiał elementu grzewczego, można też wykorzystywać inne stopy oparte na niklu lub inne specjalne stopy wysokotemperaturowe, w tym stopy oparte na żelazie. Jak wyżej wspomniano, takie materiały tworzą ochronną warstwę tlenkową na powierzchni elementów grzejnych. Aczkolwiek pary chlorkowe niszczą normalnie ochronny charakter warstwy tlenków i tym sposobem powodują wystąpienie bardzo szybkiego utleniania, to jednak unika się silnej erozji, która mogłaby inaczej występować na drutach grzejników, gdyby były wystawione na działanie par chlorków w obecności powietrza za pomocą uszczelnienia według wynalazku, które unie169 418 możliwiąją przedostanie się tlenu do elementów grzejnych i tym sposobem zapobiega takiemu utlenieniu.

Dla operacji rafinacyjnych stwierdza się, że zastosowany zespół rozdziału gazu może zawierać dowolne takie znane urządzenie w tej dziedzinie, użyteczne dla konkretnego zastosowania. Zwykle wykorzystuje się w tym celu obrotowy zespół rozdziału gazu, tak jak wirujący wirnik napędzany od wału.

Aczkolwiek można zastosować dowolne użyteczne materiały konstrukcji w urządzeniu według wynalazku, jest korzystne, aby ogniotrwały arkusz był konstrukcyjnym tlenkiem glinu wzmocnionym włóknem ceramicznym o postaci arkusza, wygodnego do zastosowania według wynalazku. Takim materiałem arkuszowym, przemysłowo dostępnym, jest ogniotrwały arkusz Zircar™ typu 100, który ma użyteczne właściwości do 136°, dostarczany przez firmę Zircar Products, Inc. Takie arkusze, zawierające w przybliżeniu 75% tlenku glinu (Al₂O₃), 16% krzemionki oraz 9% innych tlenków metali, mają bardzo korzystną wytrzymałość na ściskanie i ugięcie w zakresie wysokotemperaturowego materiału z tworzywa sztucznego, lecz zachowują wytrzymałość i użyteczność do poziomów, które daleko przekraczają maksymalne wartości temperatury użytkowania zwykłych tworzyw sztucznych.

Przy wymianie elementów grzejnych, dopuszcza się przeniknięcie powietrza do bloku grzejników i elementów grzewczych przez krótki okres czasu. Można z uzasadnieniem uwzględniać dłuższy okres użytecznej eksploatacji grzejnika, gdy wykorzystuje się niższe wartości temperatury elementów grzewczych przy danym poziomie mocy elektrycznej, przy czym otrzymuje się mniejszą liczbę koniecznych wymian elementów grzewczych.

Według wynalazku nie można spodziewać się, że nie trzeba będzie wymieniać elementów grzewczych podczas zwykłego użytecznego okresu eksploatacji systemu ogniotrwałego dla rafinowania i przechowania aluminium.

Wynalazek służy postępowi w dziedzinie rafinowania aluminium. Odnośnie do korzystnego wykorzystywania grafitowych bloków grzewczych, wynalazek przyczynia się do ochrony grzejników, które są umieszczone w tych blokach, przy czym zostaje wykonane to wygodnym, skutecznym i wydajnym sposobem.

Według wynalazku dodatkowo zwiększa się użyteczność stosowania grafitowych bloków grzejnikowych do praktycznych przemysłowych operacji rafinowania aluminium.

169 418

F i g. 2

169 418

169 418

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kadź do rafinacji i przechowywania roztopionego aluminium zawierająca izolowane osłony, z dnem i bocznymi ścianami nieprzepuszczającymi roztopionego aluminium, wykładzinę bloku grafitowego co najmniej na jednej wewnętrznej ścianie bocznej tej osłony, przy czym blok grafitowy rozpościera się wewnątrz kadzi nad poziomem roztopionego metalu przewidzianym konstrukcyjnie i jest tak usytuowany, aby stykał się z roztopionym aluminium wewnątrz kadzi, przy czym w bloku grafitowym znajduje się otwór odchodzący od górnego końca bloku w kierunku jego wnętrza, nie sięgający jednak jego spodu, kadź ponadto zawiera element wsporczy w formie płyty zamocowanej do osłony i skierowanej dc wewnątrz kadzi zajmującej położenie powyżej bloku grafitowego, zespół elementów grzejnych ułożony wewnątrz otworu znajdującego się w bloku grafitowym, przy czym element grzejny jest w nim podparty poprzez płytę wsporczą bez elektrycznego styku z blokiem grafitowym, elektryczne przewody przystosowane do połączenia z częścią grzejną zespołu elementów grzejnych, arkusz blachy ogniotrwałej umieszczony na wewnętrznej powierzchni bloku grafitowego i rozciągający się w kierunku pionowym i obwodowo tak, aby chronić blok grafitowy od styczności z tlenem w fazie gazowej ponad przestojowym poziomem roztopionego metalu w kadzi, przy czym górny koniec arkusza blachy ogniotrwałej zabezpiecza płytę wsporczą, znamienna tym, że zespół elementów grzejnych zamontowany jest w otworze (6) w bloku grafitowym (3), przy czym płyta (22) mocująca zespół elementów grzejnych jest zamontowana i uszczelniona w płycie wsporczej (9) zawierającej otwory (27,28) do umieszczania elektrycznych przewodów (23,24), które są wprowadzone od góry płyty (22) mocującej zespół grzewczy oraz, że kadź ponadto zawiera zespół uszczelniający (25,35,36) zabezpieczający pierścieniową przestrzeń pomiędzy elektrycznymi przewodami (23, 24) a ścianą otworów (27, 28).
2. 2. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że elektryczne przewody (23, 24) stanowią dwa oddzielne przewody (23) i (24), z których każdy umieszczony jest w oddzielnym otworze (27) i (28) usytuowanym w płycie (22) mocującej zespół grzewczy.
3. 3. Kadź według zastrz. 2, znamienna tym, że poniżej płyty (22 mocującej zespół grzewczy, w strefie przejścia przewodów (23 i 24) znajduje się zespół dolnych kołnierzy (31, 32), nad którym dolna powierzchnia zespołu uszczelniającego jest zetknięta z górną izolowaną częścią zespołu elementów grzewczych, przy czym zespół dolnych kołnierzy (31,32) ma zespół otworów dla umieszczenia w nich elektrycznych przewodów (23, 24).
4. 4. Kadź według zastrz. 2, znamienna tym, że powyżej płyty (22) mocującej zespół elementów grzewczych znajduje się zespół górnych kołnierzy (37,38), pod którym wytworzony jest styk górnych powierzchni zespołu uszczelniającego (35, 36) z zespołem górnych kołnierzy (37, 38), w którym znajduje się zespół otworów dla umieszczenia w nich elektrycznych przewodów (23, 24).
5. 5. Kadź według zastrz. 4, znamienna tym, że uchwyty złącz elektrycznych (39, 40) są połączone z przewodami (23, 24) powyżej zespołu górnych kołnierzy (37, 38).
6. 6. Kadź według zastrz. 5, znamienna tym, że połączenie elektryczne uchwytów złącz elektrycznych (39, 40) następuje przy lekko ściśniętym zespole uszczelniającym (35, 36).
7. 7. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że zespół uszczelniający (25, 35, 36) ma pierścienie uszczelniające (35) i (36) wykonane z elastomeru odpornego na wysoką temperaturę.
8. 8. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że arkusz blachy ogniotrwałej (11) jest zamocowany w jego górnym końcu pomiędzy zespołem wsporczym (9) a metalową płytą (14) przez część osłony (1, 2), a dolny koniec arkusza blachy ogniotrwałej (11) rozciąga się poniżej dolnego poziomu stopionego metalu, przewidzianego jako najniższy poziom dopuszczalny wewnątrz kadzi.
9. 9. Kadź według zastrz. 8, znamienna tym, że dolny koniec arkusza blachy ogniotrwałej (11) umieszczony jest w wycięciu (13) bloku grafitowego (3).

   169 418
10. 10. Kadź według zastrz. 1, znamienna tym, że element izolacyjny (21) usytuowany jest pomiędzy zespołem wsporczym (9) a górnym końcem bloku grafitowego (3), przy czym element (21) zawiera zespół otworów.
11. 11. Kadź według zastrz. 8, znamienna tym, że zespół wsporczy (9) zawiera część (10) kołnierza wznoszącą się do góry przy jego wewnętrznym końcu, przy czym część (10) kołnierza i metalowa płyta (l4) zawierają pomiędzy sobą odcinek osłony stanowiący z górnym końcem arkusza blachy ogniotrwałej (11) wspólne zabezpieczenie.
12. 12. Kadź według zastrz. 10, znamienna tym, że ma zespół tulei (43) usytuowanej przy wewnętrznej powierzchni zespołu otworów dla ochrony elementu izolacyjnego (21) na przejściu zespołu grzewczego przy wprowadzaniu albo wyjmowaniu do lub z otworu (6) w bloku grafitowym (3).
13. 13. Kadź według zastrz. 13, znamienna tym, że ma element kołnierzowy (44) do mocowania zespołu tulei (43) do zespołu wsporczego (9).