PT93062A - Processo para dispersar um gas num metal fundido e aparelho para a sua realizacao - Google Patents

Description

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Enquadramento Geral da Invenção 1. Campo técnico da Invenção A invenção refere-se a um processo para dispersar um gás num metal fundido e mais particularmente, a métodos para formarem bolhas de gás finamente divididas uniformemen te dispersas no metal fundido, 2. Descrição dos antecedentes âa Invenção

Ho decurso do processamento de metais fundidos ê por vezes necessário tratar os metais com. gás. Por exemplo, é costume introduzirem-se gases, tais como o nitrogénio e o argónio, em alumínio fundido e em ligas de alumínio fundido a fim de se removerem indesejáveis elementos constituintes, tais coao gás de hidrogénio, inclusSes não metálicas e metais alcalinos. Os gases adicionados ao metal fundido reagem quimicamente com os citados elementos indesejáveis a fim de os converterem a uma forma (tal como um precipitado ou eseô ria) que possa ser facilmente separada do metal fundido remanescente. A fim de se obterem os melhores resultados possíveis ê necessário que o gás seja eficazmente combinável com os tais elementos indesejáveis. Um tal resultado exige que o gás seja disperso em bolhas tão pequenas quanto possível e que essas bolhas de gás se distribuam uniformemente por todo o metal fundido. Â referência a "metal fundido", como aqui se uti liza, deverá ser entendida para significar querquer metal, tal como o alumínio, o cobre, o ferro e respectivas ligas metálicas, os quais são possíveis de atingirem a purificação pelo gás. Além. disso, o termo "gás" deverá ser entendido para significar qualquer gás ou combinação de gases, incluindo o argónio, nitrogénio, cloro, freon e gases similares, que χ.) os suem um efeito purificador nos metais fundidos com oà - 3 - ...j quais são misturados.

Atê à data os gases têm vindo a ser misturados con metais fundidos por injecção através de elementos fixos, tais como lanças, ou através de difusores porosos. íais técnicas sofrem da desvantagem de que pode ocorrer uma inadequada dis persão do gás no metal fundido. A fim de se aperfeiçoar a dispersão do gás através do metal fundido utilisa-se o processo de se misturar o metal fundido ou, doutra forma, trans portá-lo para além da fonte da injecção de gás. Qonhecem-se igualmente dispositivos que realizam ambas estas funções, isto ê, dispositivos que agitam o metal fundido enquanto in jectam simultaneamente gás no dito metal fundido.

Apesar da existência de dispositivos conjuntos de misturação/injecção, permanecem alguns problemas por resolver. Os dispositivos conjunto de misturação/injecção apresem tam por vezes uma fraca capacidade de misturação. Is vezes ocorre uma cavitação ou estabelece-se um redemoinho que faz mover o interior do recipiente dentro do qual se encontra o metal fundido. Sstes dispositivos originam frequentemente bolhas de gás que, ou são demasiadamente grandes, ou não são uniformemente distribuídas por todo o metal fundido. Um problema que surgiu com um conhecido dispositivo anterior resi dia no facto de que se utilizava um rétor possuindo aberturas de passagem que poderiam ficar obstruídas com escória ou objectos estranhos. A maior parte dos dispositivos anteriores são dispendiosos, complexos e utilizáveis com apenas um tipo de sistema de manuseamento de metal fundido. Outros problemas frequentemente encontrados são a fraca longevidade dos aparelhos devido à oxidação, erosão ou falta de resistência mecânica. Estes áltimos problemas são particularmente incomodativos no caso do alumínio porque os dispositivos de mis-turação/injecção são normalmente feitos de grafite e a grafite e facilmente oxidada e desgastada pela erosão por acção * .Λ do alumínio fundido. Desta forma, aparelhos que inicialmente funcionavam adequadamente ficaram muitas vezes rápidamen te oxidados e desgastados pela erosão, razão pela qual a sua eficácia de misturação e dispersão de gás num metal fundido diminui rapidamente; falha mecânica. em casos graves poderá ocorrer uma total

SUMÁBIQ DA A presente invenção apresenta um novo e aperfeiçoa do processo para dispersar um gás num metal fundido que ultrapassa os anteriores problemas. De acordo com a invenção, o aparelho para dispersar um gás num metal fundido inclui un rótor com a forma de um prisma rectangular que possui faces superior e inferior, um comprimento (A), uma largura (B) e uma altura (G), sendo (A) preferencialmente igual a (B). 0 rótor possui uma abertura para a saída de descanga do gás através da face inferior do prisma. Um veio alongado rotati vo está rêgidamente ligado ao rótor e fica saliente em rela ção à face superior do rótor. 0 aparelho inclui ainda meios para transportar o gás atê à saída de desoarga, onde o gás que se pretende dispersar no metal fundido pode ser feito passar ao longo da face inferior do rótor. 1¾ forma de realização preferencial a saída de des carga do gás é definida por uma abertura que se prolonga atra vés das faces superior e inferior do rótor, e os meios para transportar o gás até à sua saída de descarga são constituídos por um furo formado no veio, estando o veio ligado ao rj> tor de uma forma tal que o furo no veio e a abertura no rótor ficam em comunicação directa entre si. IPreferencialraen* te, a superfície externa do veio e a superfície interna da abertura do rótor são roscadas, e o veio está ligado ao rótor enroscando o veio na abertura. A invenção compreende igualmente um processo para Μ / 00 'Í£U*

L - 5 -

I dispersar um gás num metal fundido que compreende as operações que consistem em se instalar um rotor, um -veio e meios para transportar o gás como se descreveu anteriormente, se mergulhar o rótor no metal fundido contido num recipiente, se fazer rodar o veio em torno do seu eixo longitudinal e fazer passar o gás através da abertura de descarga do gás, enquanto se faz rodar o veio de forma a se descarregar o gá ao longo da face inferior do rótor. Grandes bolhas de gás são cortadas em bolhas finamente divididas pelo impacto cauf sado pelos cantos do rótor. Se o metal fundido estiver contido num recipiente que possui um diâmetro interior (D), o rótor está centrado dentro do recipiente e a proporção de A para 13 está compreendida no intervalo entre 1;6 e IjS. Além disso, para um rótor e para um recipiente possuindo as mencionadas proporções dimensionais, o veio deverá ser feito ro dar a uma velocidade compreendida entre 200 e 400 rotações por minuto a fim da se obter uma acção de misturaçao máxima

Mediante a utilização do processo e aparelho da presente invenção para dispersar um gás num metal fundido, ultrapassam-se os problemas associados aos dispositivos anteriores. De acordo com a presente invenção, o aparelho para realizar o processo de dispersão dum gás num metal fundido ê barato, fácil de fabricar, e possui uma excelente longevidade devido ao seu desenho deconstrução resistente e confiá vel. 0 dispositivo não pode ficar obstruído com escória ou ob^ectos estranhos, i utilizável com todos os tipos de sistemas de manipulação e transporte de metal fundido, e possui uma excelente acção de misturaçao e de dispersão de gás o cue evita problemas, tais como, a cavitaçto e a criação de redemoinhos. 0 gás é disperso por meio de bolhas finamente divididas, as quais são uniformemente misturadas por todo o metal fundido. listas e outras características e vantagens da in- β

- 6 - venção são ilustradas nos desenhos em anexo e sao descritas com mais pormenor na especificação e reivindicações que se seguem.

EWF PSSCBldO DOS PE3M5CS 1 figura 1 ê ua plano em corte vertical de um recipien te contendo aetal fundido, no qual foi mergulhado um aparelho para dispersar gás; A figura 2 é um plano ampliado do aparelho para dispersar gás num metal fundido da figura 1, aí se ilustrando, em posição de afastamento, um rótor e um veio; e  Figura 3 e um plano inferior do rótor da Figura 2.

DB30EIÇÍ0 PA FOPloA m BlâhlgAQlO PE1F1ÍB.1SA

Com referência às Figuras 1-3, um dispositivo pa ra injectar um gás num metal fundido, de acordo com a invenção, i aí indicado genericamente pelo numero (10). 0 disposi tivo (10) está adaptado para ser mergulhado num metal fundido (12) contido num recipiente (14). I-ste recipiente (14) ê dotado com uma tampa removível (16), a fim de se evitar a perda de calor excessiva pela superfície superior do metal fundido (12). C recipiente (14) pode apresentar várias configurações, tais como uma configuração cúbica ou cilíndrica, por rasões inerentes à presente descrição, o recipiente (14) será descrito possuindo uma configuração cilíndrica, sendo o seu diâmetro interno indicado pela letra D na Figura 1. Fj. ra aplicações de configuração não-cilíndrica, a letra 3 iden tifiçará aquela dimensão que defina o diâmetro interno médic do recipiente (14). 0 aparelho (10) compreende um rótor (20) e um veie (40). 0 rótor (20) e o veio (40) deverão ser normalmente feá_ tos de grafite, particularmente no caso do metal fundido que - 7 - está a ser tratado ser alumínio. Se se utilizar grafite dever- se- á preferencialmente revesti-la ou tratá-la, mediante qualquer outra forma, para resistir à erosão e à oxidação.

Cs tratamentos contra a oxidação e a erosão da grafite estão comercialmente disponíveis e poderão ser obtidos de fontes tais como a "Metaullics Systems”, 31935 Aurora Road, Solon, Oiiio 44-139.

Como se ilustra na Figura 1, o veio (40) é um ele mento alongado que está rigidamente fixado ao rótor (20) e que se prolonga para além do recipiente (14) através de uma abertura (22) existente na tampa (16). 0 r6tor (20) tem a forma de um prisma rectangular possuindo uma face superior r (24), um face inferior (26) e paredes laterais (28, 30, 32, 34). 0 rótor (20) possui, na sua face inferior (26), uma abe tura (36) para a saída de descarga do gás. Ka forma de realização preferida, a abertura (36) para a saída de descarga do gás constitui uma parte de uma abertura roscada (38) que se prolonga através do rotor (20) e que abre através das fa C33 superior e inferior (24, 26). As faces (24, 26) sao paralelas entre si à semelhança das paredes laterais (28, 32) e das paredes laterais (30, 34). As faces (24, 26) e as paredes laterais (28, 30, 32, 34) são superfícies planas que definem arestas vivas e rectas (39)·

Gomo se mostra nas Figuras 2 e 3, as paredes late rais (30, 34·) possuem um comprimento identificado pela letra (A), enquanto que as paredes laterais (28, 32) possuem uma largura indicada pela letra (B). A altura do rótor (20), isto é, a distância compreendida entre as faces superior e in ferior (24, 26), é indicada pela letra (0). Preferencialmen te, a dimensão (A) ê igual à dimensão (3), sendo a dimensão (0) igual a 1/3 da dimensão (A). Poderão existir desvios em relação às dimensões citadas, mas atingir-se-ão melhores re sultados se as dimensões (A) e (3) foram iguais entre si (o - 8 - .Λ

rótor ¢0) é quadrangular visto em plano) e se arestas (39) forem vivas e formarem um ângulo recto. As arestas (39) deverão também prolongar-se perpendicularmente em relação à fs. ce inferior (26), pelo menos numa curta distância em relação à face inferior (26), pelo menos numa curta distância acima da face inferior (26). Como se ilustra, as arestas (39) são perpendiculares em relação à superfície inferior (26) comple mentarmente à sua intersecção com a face superior (24). li possível, embora não se^a desejável, que a face superior (2^)-) se^a maior ou menor do que a face inferior (26) ou que a face superior (26) se^ja oblíqua em relação à face inferior (2£j>); em qualquer um dos casos, as arestas (39) nunca seriam perpendiculares relativamente à face inferior (26). Atingem-se os melhores resultados quando as arestas (39) são exactaaen-te perpendiculares em relação à face inferior (26). íi igual-mente possível que o rotor possua, em plano, uma configuração triangular, pentagonal ou então poligonal, mas outra qug|.l quer configuração que não a de prisma reetangular apresenta fracos resultados a nível de cisalhamento das bolhas de gás e misturaçao das referidas bolhas.

As dimensões A, 3 e 0 deverão também, caso isso se, ja possível, ser relacionadas com a dimensão do recipiente (14). Sn particular, descobriu-se que o rótor (20) realiza melhor a sua função quando está centrado dentro do reoipientje (14) e a proporção entre as dimensões (A) e (D) deverão estar compreendidas no intervalo entre 1;6 e ls8. Embora o r6-tor (20) opere adequadamente mm recipiente (14) tendo virtualmente qualquer tamanho ou formato, preferem-se as enunciadas relações de dimensões. 0 veio (40) compreende uma parte central (42) cilíndrica alongada da qual se salientam as extremidades roscadas superior e inferior (44, 46). 0 veio (40) pode ser fabricado a partir de um tubo de fluxo comercialmente disnoní-

ο ? /? - 9 - vel, ou de um tubo de irgecção de gás, fazendo-se simplesme|L te ua enroscamento em cada uma das extremidades do tubo. Um tipo de tubo de fluxo apropriado para ser utilizado no proc^s so da presente invenção deverá ter um diâmetro com cerca de 7,5 chis. de diâmetro, um furo com cerca de 2 cms. de diâmetro e um comprimento que está dependente da largura do recipiente. Gomo se ilustra nas Piguras, a extremidade inferior (46), está roscada dentro da abertura (53) atê que um ressalto, definido pela parte cilíndrica (42), vá encostar com a face superior (24). Se se desejar, o veio (40) poderá estar rigidamente ligado ao rotor (20) por outras técnicas diferen tes da ligação por enroscamento, quer por cimentação ou por meio de pernos. Uma ligação por roseamente é considerada pro ferencial devido â sua resistência e facilidade de fabricação. 0 uso de roscas largas (4-1/2 inch piteh, UNO), facilita a fabricação e a reunião dos elementos. A extremidade roscada (44) está ligada a um mecanismo de accionamento rotativo (não ilustrado) e o furo (48) está ligado a uma fonte de gás (não ilustrada). mediante a imersão do rótor (20) no metal fundido a fazer-se passar gás através do furo (48), a descarga do gás será feita através da abertura (56) sob a forma de grandes bolhas que saiem para fora ao longo da face inferior (26). Ao rodar-se o veio (40), o rótor (20) rodará. Partindo do princípio de que o gás possui uma gravidade específica mais baixa do que a do metal fundido, as bolhas de gás erguer-se-ão assim que atin girem as margens inferiores das paredes laterais (28, 30, 32, 34). Eventualmente, as bolhas de gás serão contactadas pelas arestas vivas (39). As bolhas serão cortadas formando bolhas finaaente divididas as quais serão projectadas para o exterior e completamente misturadas com o metal fundido (12) que está a ser agitado dentro do recipiente (14). Ho ca so particular em que o metal fundido (12) e alumínio e o gás que assiste ao tratamento I azoto ou argónio, o veio (40) de

A verá ter um movimento compreendido entre as 200 e as 400 ro tações por minuto. ITma vez que existem quatro cantos (59)» haverá entre 800 e 1600 rotações das arestas cortantes por minuto.

Mediante a utilização do aparelho de acordo com a presente invenção, pode-se fazer passar elevadas quantidades de gás, sob a forma de bolhas finamente divididas, através do metal fundido (12), e o gás que é feito passar desta for ma terá um longo tempo de residência. 0 aparelho (10) pode fazer passar gás à velocidade de fluxo nominal compreendida entre 1 e 2 pes cúbicos por minuto (cfm), podendo-se atingir valores tão elevados como de 4 a 5 pés cúbicos por minuto sem se registar obstrução. 0 aparelho (10) ê muito eficaz eu dispersar um gás e misturá-lo com o metal fundido (12). A in vençâo ê enormemente pouco dispendiosa e fácil de realizar, enquanto que I adaptável a todos os tipos de sistemas de ar mazenagea e transporte de metal fundido. 0 aparelho (10) nã necessita de maquinaria aprurada, possuindo maior capacidade de resistência à oxidação e à erosão, bem como uma resis tência mecânica aperfeiçoada. Devido ao facto de o rótor (20) e do veio (40) apresentarem superfícies sélidas ao metal fun dido (12), não existem nem orifícios nem canais que possam ficar obstruídos por escória ou por elementos estranhos.

Embora a invenção tivesse sido descrita na sua for ma de realização preferencial com um certo grau de pormenor;, zação, deverá ser entendido que a presente divulgação da for ma de realização £3referida foi feita a título meramente exem plificativo e que dela podem surgir várias alterações sem se abandonar o verdadeiro espírito e âmbito da invenção como a seguir se reivindica. Pretende-se que a patente proteja, pe la expressão apropriada nas reivindicações em. anexo, quaisquer características da inovação patenteada que existam na invenção apresentada.

Claims (1)

1. - IX - β £/'" A

   EOTIEDIOÀÇtSS: 1¾. - Processo para dispersar um gás rum metal fun dido, caracterizado pelo facto de compreender as operaçães que consistem em se instalar um rotor (20) com a forma de un prisma rectangular que tem faces superior e inferior (24, 26), um comprimento (A), uma largura (B) e uma altura (0), sendo (A) igual a (3)„ possuindo o rótor (20) uma abertura (36) para a saída de descarga do gás através da face inferior (26) do prisma; se montar um veio alongado rotativo (40) rigidamente ligado ao rótor (20) e que fica saliente em relação â face superior (24) do rótor (20); se proporcionarem meios para transportar o gás até à saída de descarga (36) do gás; se proporcionar um recipiente (14) no qual está contido o metal fundido; se mergulliar o rótor (20) no metal fundido contido no recipiente (14); se fazer rodar o veio (40) em torno do seu eixo longitudinal; e se fazer passar o gás através da abertura de descarga do gás (36) enquanto se faz rodar o veio (40). 2S. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a saída de descarga do gás (36) ser definida por uma abertura (38) que se prolonga através das faces superior e inferior (24, 26) do rótor (20), e os meios para transportar o gás atl à saída de descarga (36) s^ rem constituídos por um furo (48) que se prolonga longituâl nalmente, feito no veio (40), sendo o veio ligado ao rótor (20) de tal forma que o furo (48) no veio (40) e a abertura (38) no rótor (20) ficam em comunicação direeta uma com a - 12 -

   ou t;ra. 3&. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizaào pelo facto de a superfície externa do veio (4{|3) e a superfície interna da abertura (38) do rotor (20) serem roscadas e o veio (4Q) ser ligado ao rôtor (20) enroscando o veio (40) na abertura (38). 4â. - Processo de acordo com a reiviidicação 1, caracterizado pelo facto de o metal fundido ser contido num recipiente (14) que tem um diâmetro interno (D) tal que a prporção de A para D está compreendida dentro do intervalo entre 1:6 e 1:8, e o rôtor (20) ficar centrado dentro do re cipiente (14). 5ê. - Aparelho para dispersar um gás num metal fun dido, caracterizado pelo facto de compreender um rôtor (20) com a forma de um prisma rectangular ten do faces superior e inferior (24, 26), um comprimento (A), uma largura (B) e uma altura (0), sendo (A) igual a (B), e tendo o referido rotor (20) uma abertura de saída para a des carga áo gás (36) através da face inferior (26) do prisma; um veio rotativo alongado (40), ligado rigidamente ao rôtor (20) e que fica saliente em relação à face superior (24) do rôtor (20); © meios para transportar o gás até ã abertura de saída (36) para descarga do gás, por meio dos quais o gás a ser disperso no metal fundido pode ser feito jjassar ao longo da face inferior (26) do rôtor (20). 6ê. - Aparelho de acordo com a reivindicação 3j caracterizado pelo facto de a abertura para descarga do gás ($6) ser definida por uma abertura (38) que se prolonga atru vês das faces (24, 26) superior e inferior do rôtor- (20) e 13

   os meios para transportar o gás até à abertura de descarga (36) ão gás serem constituídos por um furo (48) que se prolonga longitudinalmente e I formado no veio (40), sendo o veio (40) ligado ao rótor (20) de tal forma que o furo (48) do veio (40) e a abertura (38) do impulsor (20) ficam em eo municação directa mútua. 7®. - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de a superfície externa do veio (4Ô) e a superfície interna da abertura (38) do impulsor (20) serem roscadas, e o veio (40) ser ligado ao rótor (20) enroscando o veio (40) na abertura (38). 8S. - Aparelho de acordo com a reivindicação caracterizado pelo facto de 0 ser igual a V3 de A. 9â. - Aparelho de acordo com a reivindicação 5? caracterizado pelo facto de o metal fundido ser colocado nun recipiente (14) que possui um diâmetro interno (D) tal que a proporção de A. para D está compreendida no intervalo entro 1:6 e 1:8. 1CS··. - Aparelho para dispersar um gás num metal fundido, caracterizado pelo facto de compreender um rótor (20) com a forma de um prisma rectangular que tem faces superior e inferior (24, 26), um comprimento (A), uma largura (B) e uma altura (0), sendo (A) igual a (B) e sendo (0) igual a cerca de 1/3 de (A); possuindo o rótor (20) uma abertura roscada (38) que so prolonga através dos centros das faces superior e inferior (24, 26) do -prisma; e um veio alongado (40) que tem uma primeira e uma eegun da extremidade (44, 46), sendo a primeira extremidade (44) adaptada para ser ligada a uma fonte de gás e sendo a segun da extremidade (46) roscada para ligação com a abertura (38 14 - H <ι no do rôtor (20) e tendo o veio (40) um furo (48) que se pro longa longitudinalmente e fica em comunicação directa com a abertura (38) do impulsor (20), de modo que o gás a ser dis perso no metal fundido pode ser feito passar através do veio (40) e para fora do rôtor (20) ao longo da face inferior (26) do rôtor (20). Xisboa, 5 de Fevereiro de 1990 0 Agente Oficial da Propriedade Industrial Américo áa Silva Carvalho AgBnie Oficia! de Prcpriedede Industrial R. Castilho, 201 -3. E.-1000 LISSOA Telefs. 65 1 3 39 - Ó5 46 13