PL90781B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki roz¬ topionych metali niezelaznych, zwlaszcza miedzi, przez nadmuchiwanie gazami reakcyjnymi, a w szczególnosci sposób oddzielania metalu niezelaz¬ nego w kapieli cieklej, a zwlaszcza substancji to- 5 wanzyszacych rozpuszczonych w miedzi, droga wpro¬ wadzenia tych substancji w zwiazki nierozpuszczal¬ ne w metalu cieklym, poprzez nadmuchiwanie ga¬ zami reakcyjnymi.

Znane jest oddzielanie substancji towarzyszacych, 10 rozpuszczonych w metalach cieklych, zwlaszcza w miedzi, za pomoca gazów reakcyjnych, w których ciekly metal zawierajacy np. rozpuszczalne jeszcze metale towarzyszace doprowadza sie do obrotowego pieca plomiennego rurowego lub kotla do rafinacji, 15 albo stacjonarnego pieca plomiennego trzonowego oraz utrzymuje sie go w temperaturze powyzej temperatury topnienia. Jednoczesnie na kapiel me¬ talowa lub do tej kapieli wdmuchuje sie gazy re¬ akcyjne, przede wszystkim powietrze lub powietrze 20 wzbogacone w tlen.

Istotna niedogodnosc tego sposobu polega na tym, ze czas nadmuchiwania jest dosc dlugi oraz, ze szczególnie przy wprowadzaniu gazów reakcji bez¬ posrednio do kapieli metalowej, nastepuje po pew- 25 nym czasie wskutek krzepniecia metali w zasiegu wylotów dyszy zatykanie sie tych wylotów, skiero¬ wanych do kapieli metalowej lub w tej kapieli za¬ nurzonych, co znacznie utrudnia dokladna kontrole czasu trwaniaobróbki. 30 Z niemieckiego opisu wylozeniowego nr 1122090 znany jest sposób odweglania surówki i innych sta¬ pianych rodzajów zelaza za pomoca gazów swiezych, zawierajacych tlen. Wedlug tego sposobu, gazy za¬ wierajace tlen nadmuchuja sie na powierzchnie ka¬ pieli przykrytej wzglednie gruba warstwa zuzlu me¬ talurgicznego z taka predkoscia, ze powierzchnia kapieli rozrywa sie w miejscu nacisku strumienia nadmuchowego i w atmosferze pieca rozpylaja sie do srodka duze ilosci metalu w postaci kropel, któ¬ re po reakcji z gazami atmosfery pieca, zawieraja¬ cymi tlen wjpadaja do zuzla, gdzie wskutek ich drobnego rozdzielania na duzej powierzchni kapieli sa poddawane dobrej i szybkiej reakcji z zuzlem metalurgicznym, pokrywajacymi kapiel. Tego ro¬ dzaju sposób nie nadaje sie jednak do stosowania przy oddzielaniu substancji z niemetali towarzy¬ szacych, zwlaszcza miedzi.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie niedogod¬ nosci i wad znanego sposobu, a w szczególnosci skrócenie czasu trwania nadmuchiwania przy od¬ dzielaniu substancji towarzyszacych iz cieklej miedzi oraz stworzenie reprodukcyjnych warunków masy, a tym samym uzyskanie odpowiednich warunków dla sposobu ciaglego.

Cel ten zostal osiagniety przez nadmuchiwanie gazami reakcyjnymi na w zasadzie wolna od nalo¬ tów powierzchnie kapieli roztopionych metali nie¬ zelaznych tak wielka sila strumienia, ze wokól wglebienia nadmuchu powstajacego wokól punktu 90 78190 781 spietrzenia strumienia, toroidalnie wirujacy prze¬ plyw warstwowy stopu daje lacznie ze strumieniem gazu, ograniczona przez konwekrtywne stosunki ukladu, jednostke reakcji z okreslonym przejsciem masy, której wymiary w obrebie kapieli, prosto¬ padle do kierunku strumienia, wynosza okolo 2 do srednic wglebienia nadmuchu, a glebokosc kapieli okolo polowy tych wymiarów.

Konwekcja zachodzi we wzajemnej równowadze sil strumienia gazu, nadmuchiwanego przez dysze oraz cieklego metalu, znajdujacego sie wokól okres¬ lonego zasiegu miejsca dzialania tego gazu. W miej¬ scu dzialania kazdego strumienia, na powierzchni kapieli powstaje nacisk wywierany przez nadmuch es okreslona glebokosc kapieli, wskutek czego po- mfedzy sila strumiehia, a sila cieczy wytwarza sie równowaga sil. Tarcie strumienia wychylanego w punkcie spietrzenia, przy sciankach tego nacisku nadmuchu, we wspóldzialaniu ze sciankami prze¬ strzeni piecowej lub przy kilku strumieniach gazu z linia ograniczajaca zachodzacy proces reakcji wy¬ woluje wirujacy przeplyw po torze, skierowanym przy nacisku nadmuchu, w góre ku powierzchni ka¬ pieli, w bok tego nacisku i na scianke piecowa.

Przeplyw ten moze byc równiez skierowany w dól przy linii ograniczajacej. W ten sposób swiezy me¬ tal ciekly zdaza stale z glebokosci kapieli ku jej powierzchni, gdzie moze reagowac z gazami reakcji.

Znane jest np. doprowadzanie do metalu cieklego tlenu, potrzebnego do usuwania z cieklej miedzi substancji towarzyszacych oraz doprowadzanie tle¬ nu, rozpuszczonego w cieklej miedzi z metalu cie¬ klego razem z rozpuszczonymi w nim zanieczyszcze¬ niami, w celu reakcji nadmiaru tlenu.

Jezeli wskutek zastosowania specjalnych srodków poszczególne procesy przebiegaja szybko, wówczas calkowity proces usuwania substancji towarzysza¬ cych iz cieklej miedzi przebiega równiez szybko.

Opisany sposób reakcji umozliwia wlasnie przepro¬ wadzenie takich szybkich procesów. Wydatek wlas¬ ciwy tlenu, wchodzacego do metalu cieklego przy utlenianiu powietrza wynosi np. okolo 0,1 kg-m-2-s-1.

Taka sama wartosc osiaga sie przy redukcji miedzi, zawierajacej tlen dla wydatku wlasciwego tlenu, wychodzacego z miedzi, jezeli strumien gazu sklada sie przewaznie z wodoru i z tlenku wegla.

Sila strumienia, jaka osiaga sie przez lance kon- wektorowa, okresla zasieg dzialania reakcji. Wiek¬ sza srednica dyszy znajdujacej sie w glowicy lancy, w takiej samej zaleznosci wplywa na wieksza sile strumienia i wieksza srednice nacisku, a tym sa¬ mym na wieksze wymiary pola konwekcyjnego me¬ talu cieklego.

Optymalne wydatki jednostkowe materialu osia¬ ga sie wedlug korzystnej postaci wykonania wyna¬ lazku wówczas, gdy kapiel metalu cieklego jednostki reakcji ma prostopadla do kierunku strumienia srednicy od 2 do 5, a korzystnie do 3 srednic stru¬ mienia gazu w miejscu jego docisku do kapieli, przy czym glebokosc tej kapieli odpowiada okolo polowie srednicy strumienia gazu w miejscu jego docisku do kapieli metalu cieklego, a korzystnie 1,5 srednicy.

Jezeli umieszcza sie kilka lanc nadmuchowych obok siebie i/lub jedna za druga z zachowaniem podzialki miedzy strumieniami nadmuchu od okolo 2 do 5-ciu srednic strumienia gazu w miejscu jego docisku do kapieli metalu cieklego, a korzystnie — trzech srednic.

Przy podanych wartosciach wedlug wynalazku chodzi o najbardziej korzystne ustawienia. Przy wiekszych wartosciach czas reakcji przedluza sie, poniewaz wskutek wiekszej pojemnosci kapieli przedluza sie w sposób wymuszony wyrównanie stezenia wewnatrz kapieli. Jest to jednak przy du- zych urzadzeniach na skale techniczna jeszcze eko¬ nomiczne, takze równiez wieksze jeszcze wartosci leza w ramach wynalazku.

Aby wyeliminowac rozpryskiwanie metalu ciekle¬ go, konieczne jest zachowanie okreslonej glebokosci nacisku nadmuchu, która nie moze byc przekro¬ czona.

Z uwagi na to, ze glebokosc nacisku nadmuchu zwieksza sie w znany sposób, zarówno wskutek zwiekszajacej sie sily na powierzchni, jak w sku- tek zmniejszajacej sie odleglosci pomiedzy wylotem dyszy, a powierzchnia kapieli, przeto odleglosc ta musi byc zwiekszona wraz ze wzrostem sily na powierzchni, przy czym zjawisko to 'moze byc równiez odwrotne. Korzystna glebokosc docisku, w jakiej zachodzi w metalu cieklym mozliwie najlepsza konwekcja, bez rozpryskiwania tego me¬ talu, nie jest wartoscia dla tego metalu, tylko zalezy istotnie od rodzaju przebiegajacej reakcji.

Dla utleniania miedzi stanowiona wartosc okolo 1,8 cm, a przy redukcji tylko okolo 1,5 cm. Zakres dopuszczalnego rozpryskiwania ograniczaja ekono¬ miczne czynniki, takie jak np. zuzycie obrzeza lub dodanie otworów roboczych itp., pnzy czym bez znaczenia dla przeprowadzenia sposobu jest male rozpryskiwanie. Szczególnie korzystne jest kiedy wedlug wynalazku sila strumienia i odleglosc od wylotu dyszy do powierzchni kapieli przeprowadza¬ nej reakcji (utlenianie lub redukcja) sa tak usta¬ wione, ze kapiel metalowa nie rozpryskuje sie bez- 40 posrednio w miejscu nacisku do powierzchni kapieli nadmuchu.

Zastosowanie dyszy Laval'a w miejscu zwyklej dyszy zbieznej ma te zalete, ze przez swobodna eks¬ pansje strumienia umozliwia sie wyzsze predkosci 45 wylotowe, a tym samym wieksze sily strumienia w prawie takich samych warunkach. Swobodna ekspansja strumienia z dyszy Laval'a ma wedlug wynalazku te zalete, ze zwieksza sie granice war¬ tosci krytycznej sily strumienia lub obniza sie war- 50 tosc krytycznej odleglosci wylotu dyszy od po¬ wierzchni kapieli. W tym celu, aby uniknac ude¬ rzen izgeszczeniowych wymiary dysz Laval'a musza byc dopasowane do stosowanego cisnienia gazu.

Pobór tlenu, np. przez ciekla miedz za pomoca 55 podgrzanego wstepnie procesu reakcji jest tak szyb¬ ki, ze znana wartosc graniczna w ilosci okolo 1% jest osiagana po okolo 4 minutach. Utlenianie za¬ nieczyszczen rozpuszczanych w miedzi za pomoca tlenu, rozpuszczonego w tym metalu przebiega wol- 60 niej, ale moze byc ono przyspieszone przez wyzsze zawartosci tlenu w miedzi.

Z tego tez powodu jest celowe, zwlaszcza przy wysokich wymaganiach odnosnie czystosci rafinacji miedzi, zawierajacej okreslone zanieczyszczenia, aby es umozliwic wzrost zawartosci w niej tlenu, az do90 granicy nasycenia. Z uwagi na to, ze reakcja cie¬ klej kapieli metalowej, np. miedzi, odbywa sie za pomoca gazów reakcyjnych, glównie w zasiegu miejsca nacisku a powierzchnia tego miejsca jest okreslona, przeto stwarza sie tu mozliwosc wyboru zdolnosci przelotowej odpowiednich reaktorów, sto¬ sowanych w sposób ciagly lub periodyczny, za po¬ moca zmierzonych wydatków jednostkowych mate¬ rialu.

Wynalazek jest wyjasniony blizej na nastepuja¬ cym przykladzie wykonania. Na kapiel metalowa z cieklej miedzi doprowadza sie nadmuch powietrza, w celu oddzielania rozpuszczonych w niej metali towarzyszacych. Sila strumienia i odleglosc pomie¬ dzy wylotem dyszy, a powierzchnia kapieli sa tak nastawione, ze powstal nacisk rzedu 1,78 cm, bez stosowania natryskiwaczy. Wskutek tego wytworzo¬ no tu w kapieli miedziowej wydatek jednostkowy 0,1 kg tlenu na m2 powierzchni docisku nadmuchu na sekunde. Wynik pracy reaktora stanowi tu pro¬ dukt, jaki powstaje z tej wartosci i ze specyficznej powierzchni reakcji w mVm3, jaka stawia do dys¬ pozycji przebieg reakcji. Dla ostatniej wielkosci charakterystyczne jest to, ze wielkosc ta maleje wraz ze wzrostem srednicy docisku nadmuchu. Dla¬ tego tez odleglosc od wylotu dyszy do powierzchni kapieli nie moga byc za duze, a liczba lanc nadmu¬ chiwanych nie moze byc zbyt mala. Dla produkcji miedzi czystej w ilosci 100 000 ton rocznie i przy zawartosci tlenu 3,85'10~2 kg na sek., to znaczy kie¬ dy utlenia sie do zawartosci 1% tlenu, wymaganych jest np. 20 lanc dmuchowych o srednicy nacisku nadmuchu rzedu 0,157 m.

Jezeli produkcje wykonuje sie np. w dwóch pie¬ cach w sposób ciagly za pomoca dwóch rzedów lanc, po 5 lanc w rzedzie, to wówczas szerokosc pieca wskutek opisanego uprzednio przebiegu reakcji wy¬ nosi 0,157 m • 3 •¦ 5 = 2,36 m, "a glebokosc kapieli 0,157 m • 1,5 = 0,236 m. W przypadku redukcji obo¬ wiazuja odpowiednie parametry. Pozostale wymiary pieca zaleza kazdorazowo od znanych warunków cieplnych i metalurgicznych obróbki odpowiedniego metalu. W przypadku pieca o pracy ciaglej moze byc celowe takie pochylenie, lanc nadmuchowych w kierunku przeplywu metalu cieklego, aby prze¬ plyw metalu byl wspierany, przy jednoczesnym 781 6 wyeliminowaniu dzialania glebokosciowego metalu cieklego, wirujacego po torze wokól docisku nad¬ muchu na powierzchnie kapieli.

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób obróbki roztopionych metali niezelaz¬ nych, zwlaszcza miedzi, przez nadmuchiwanie ga¬ zów reakcyjnych polegajacy na oddzielaniu pier¬ wiastków towarzyszacych rozpuszczonych w plyn¬ nej kapieli metalu niezelaznego, zwlaszcza w mie¬ dzi, za pomoca ich reakcji z nierozpuszczalnymi w cieklym metalu zwiazkami przez nadmuchiwanie gazami reakcyjnymi, co najmniej jednym uksztalto¬ wanym za pomoca dyszy strumieniem gazu, na w zasadzie wolna od nalotów powierzchnie kapieli, znamienny tym, ze gazy reakcyjne nadmuchuje sie tak wielka sila strumienia, ze wokól wglebienia nadmuchu powstajacego wokól punktu spietrzenia strumienia, toroidalnie wirujacy przeplyw warstwo¬ wy stopu lacznie ze strumieniem gazu daje, ogra¬ niczona przez konwektywne stosunki ukladu, jed¬ nostke reakcji z okreslonym przejSciem masy, któ¬ rej wymiary w obrebie kapieli, prostopadle do kie¬ runku strumienia, wynosza okolo 2 do 5 srednic wglebienia nadmuchu, a glebokosc kapieli okolo polowy tych wymiarów.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kilka lanc nadmuchowych umieszcza sie obok sie¬ bie — i/lub jedna za druga, w odstepie miedzy strumieniami nadmuchu od 2 do 5 srednic wglebie¬ nia nadmuchu.

3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze sile strumienia i odstep wylotu dyszy od powierzch¬ ni w zaleznosci od rodzaju zastosowanych gazów reakcyjnych ustawia sie tak, aby kapiel nie rozprys¬ kiwala sie w miejscu nadmuchu.

4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, zna¬ mienny tym, ze stosuje sie odpowiednio dopasowane dyssze Lavara dla których granice rozprysku metalu osiaga sie dopiero przy wyzszych cisnieniach gazu, przy czym moga byc nadmuchiwane wieksze ilosci gazu.