SE425257B - Sett och anordning for avgasning av smelt metall - Google Patents

Description

7905061-3 I- - , Rigorösa metallbehandlingsmetoder, såsom gasspolning eller smältfiltrering, har kraftigt reducerat uppträdandet av sådana fel._Även om dessa behandlingar i allmänhet reducerar uppträdandet av dessa fel till en tillfredsställande nivå, så har de dock ofta visat sig vara overksamma och/eller oekono- miska.

På sedvanligt sätt genomförda förfaranden med spol- sgas, såsom den allmänna gasningen av smältrummet, har haft till ändamål införande av spolgasen i varmhållningsugnen, som inne- håller en smält metallmängd. Detta förfarandet gör det nödvän- digt att den smälta metallen under behandlingen med spolgas måste hållas i ugnen under en längre tid, så att den behandlade metallmängden förblir konstant och behandlingen kan ske. Detta uppvisar många nackdelar, bland annat en minskad verkningsgrad och ökade kostnader på grund av den längre tiden, under vilken ugnen icke kan utnyttjas under gasbehandlingen, samt en minsk- ning av effekten hos gasbehandlingen på grund av den sämre över- täckningen av den smälta metallen genom spolgasen, vilket kan tillskrivas de alltför stora blåsorna och den otillfredsstäl- lande fördelningen av blåsorna i smältan. Ytterligare nackdelar består i begränsningen av gasbehandlingen till själva ugnen, vilket möjliggör ett förnyat uppträdande av föroreningar i smäl- tan före gjutningen, samt de stora utsläppen, vilka härrör från Iden erforderliga stora gasmängden och platsen för deras cirku- lation. ' Som alternativ till det ovan beskrivna, diskontinuer- liga gasspolningsförfarandet användes vissa gasspolningsförfa- randen på kontinuerligt sätt, d.v.s. behandlingen och den till- hörande anordningen genomföres respektive anordnas utanför smält- eller hâllugnen, ofta antingen mellan smältugnen och varmhåll- ningsugnen eller mellan varmhållningsugnen och gjutmaskinen.

Detta reducerade den genom den längre oanvändbarheten av ugnen under gasbehandlingen förorsakade sämre ekonomin och de höga 'kostnaderna, men kunde dock icke förbättra verkningsgraden för själva avgasningen ur resultatsynpunkt, då alltför stora mäng- der spolgas per enhet smält metall erfordrades, vilket var kost- samt och ogynnsamt påverkade renheten för luften. 7905061-3 En sedvanlig kontinuerligt arbetande gasspolnings- teknik beskrives i den amerikanska patentskriften 3 737 304.

I den nämnda patentskriften är i ett hus en bädd av "stenar" Vanordnad, genom vilken den smälta metallen passerar. En spolgas införes i närheten av bädden och strömmar motströms till den smälta metallen genom mellanrummen mellan stenarna. Användning- en av en bädd av porösa "stenar" uppvisar dock en nackdel. Po- rerna i stenarna ligger mycket nära bredvid varandra, vilket har till följd att de genom stenarna passerande blàsorna koale- cherar på dess yta och i stället för ett stort antal små blåsor bildas ett förhållandevis litet antal stora blåsor. Genom de koalecherande blâsorna minskas dock den totala ytan för blåsor- na, på vilka väte kan adsorberas, vilket har till följd en läg- re avgasningseffekt.

Ett förbättrat sätt och en anordning för kontinuer- lig avgasning och filtrering av smält metall beskrives i den amerikanska patentskriften 4 052 198. Förbättringen i avgas- ningen och filtreringen av smält metall uppnås medelst en anord- ning, där två i rummet separerade, utbytbara filterelement och minst ett mellan de båda elementen anordnat inlopp för spolga- sen användes. Spolgasen införes genom inloppet i smältan och strömmar motströms till smältan genom det första av dessa fil- terelement. Filterplattan tjänar till att bryta upp spolgasen i en finfördelning, för att säkerställa en utvidgad kontakt med smältan. De använda filterplattorna består av porösa, kera- miska skummaterial, vilka av en rad skäl är särskilt lämpliga för filtrering av smält metall, bland annat på grund av deras föredragna filterverkningsgrad, vilken är att återföra till den homogena och kontrollerbara porstorleken, deras låga kostnader, samt att de är problemfria att använda och att de kan ersättas.

Det keramiska skumfiltret är hanterbart och ur kostnadssynpunkt gynnsamt att framställa och är enkelt att använda i en konti- nuerligt arbetande avgasnings- och filtreringsenhet.

Trots att den ovannämnda amerikanska patentskriften 4 052 198 medför betydande förbättringar jämfört med de tidiga- re kända, kontinuerliga gasspolningsteknikerna, uppträder dock ett stort antal problem. Pâ grund av att de är ekonomiska och 7905061-3 4 genom den ökade produktiviteten är avgasnings- och filtrerings- system önskvärda, vilka kontinuerligt och med en hastighet, som motsvarar ljudhastigheten, kan behandla smält metall. An- vändningen av kända, kontinuerligt arbetande avgasningsenheter, som t.ex. sådana i den ovannämnda amerikanska patentskriften 3 737 304 för kontinuerlig avgasning och filtrering, visar sig de' vara ytterst ineffektiva, då de för tillfredsställande be- handling av de för kontinuerliga gjutmetoder erforderliga mäng- derna av smält metall nödvändiggör stora kammaranordningar be- stående av flera delar. På grund av storleken för dessa behand- lingsenheter erfordras ytterligare uppvärmningsanordningar, vilka förhindrar stelning av den smälta metallen under dess be- handling. Även om en viss förbättring med avseende på mängden av smält metall, vilken kan behandlas, uppnås genom användning av ett mindre system, såsom det i den amerikanska patentskrif- ten 4 052 198 beskrivna systemet, där keramiska filter och gas- flöde i motström utnyttjas, har det visat sig att ett sådant system uppvisar en begränsad effekt. Skälet härtill ligger i den stora trycksänkningen, som uppstår genom den samtidigt i motström genom filterkroppen strömmande spolgasen och metallen.

På grund av det stora tryckfallet sker uppströms från filter- elementet en bildning av en högre nivå av smält metall, vilket nödvändiggör antingen en ökning av genomloppet uppströms från filterelementet eller en minskning i tillförselhastigheten för den smälta metallen till behandlingsenheten. Förutom den be- gränsade effekten med avseende pâ genomströmningen av smält me- tall, vilken kan övervinnas enligt den ovannämnda amerikanska patentskriften 4 052 198, har det visat sig att verkningsgraden för avgasningsförfarandet fortfarande uppvisar problem, då de genomströmmande gasblåsorna har benägenhet till koalescens, och därigenom begränsas den kinetiska verkningsgraden för adsorp- tionsreaktionen. i Ändamålet med denna uppfinning är sålunda åstadkom- mande av ett sätt och en anordning för avgasning och eventuellt filtrering av smält metall, vilket minskar koalescensen av blå- sorna av spolgasen och därigenom medger en högre genomströmning av metall, som skall behandlas. Anordningen bör vara effektiv, 7905061-3 f... enkel att hantera och gynnsam att driva ur kostnadssynpunkt.

Detta ändamål uppfyllas genom uppfinningen genom ett sätt, där - den smälta metallen införes genom ett på en första höjd an- ordnat inloppsrör tangentiellt i en reaktionskammare med en långsträckt, cylinderformig sidoväggdel och genom ett på en andra höjd anordnat utloppsrör, vilket ligger under den förs- ta höjden, avlägsnas den åter ur reaktionskammaren, spolgasen införes genom på en tredje höjd anordnade inlopps- munstycken, som ligger under den första höjden, i den smälta metallen, och den smälta metallen strömmar med en roterande virvelrörelse i medurs- respektive motursriktning genom reaktionskammaren och genombubblas samtidigt av spolgas.

Genom införandet av den strömmande gasen i den rote- rande virvelrörelsen för metallströmmen uppnår dispersionen av avgasningsblâsorna ett maximum, och genom optimering av mun- stycksstorleken ökas ytterligare den effektiva adsorptionen av gasformiga föroreningar.

Med ökande diameter för reaktionskammaren avtager dispersionen för spolgasblâsorna i centrum för kammaren. I en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning anordnas därför munstyckena för uppnàende av en bättre gasblâsdispersion på olika radiella avstånd till centrumaxeln för reaktionskamma- ren. Dessutom kan munstyckena med avseende på metallutsläppet vara anordnade på olika höjd. I en föredragen utföríngsform av föreliggande uppfinning är munstycksspetsarna koniskt utformade för undvikande av avlagringar i området för munstycksöppningen, vilket kan leda till en tilltäppning av munstyckena.

Ett med en öppenporig struktur försedd filterformigt medium, vilket kännetecknas av en mångfald av med ett nätverk av keramiskt material omgivna, med varandra förbundna hâlrum, kan anordnas i reaktionskamaren mellan metallinloppet och me- tallutloppet, i idealfall under inloppsmunstyckena för spolga- sen. Då reaktionskammaren användes tillsammans med ett filter- formigt medium, är positionen för metallutloppet i det undre omrâdet för kammaren icke väsentligt. Då reaktionskammaren dock _ 1905061-3 6 användes utan filtermedium, är metallutloppet företrädesvis *tangentiellt anordnat, för att understödja virvelrörelsen för den flytande metallen under genomflödet från inlopp till ut- lopp. _ I enlighet med sättet enligt föreliggande uppfinning kan som spolgas framför allt inerta gaser användas, vilka före- trädesvis innehâller en ringa mängd av ett aktivt gasformigt tillsatsmaterial, såsom klor eller en fullständigt halogenerad kolvätekomponent. Den använda gasen kan antingen vara en gas eller en gasblandning såsom kväve, argon, klor, kolmonoxid, freon 12 etc., vilken är lämpad för uppnående av en antaglig avgasning. För avgasningen av aluminiumsmältor användes i syn- nerhet blandningar av kväve-diklordifluormetan, argon-diklor- difluormetan, kväve-klor eller argon-klor. Vidare kan på ytan av den smälta metallen ett skyddskikt av en inert gas, såsom argon, kväve etc. anordnas, för att begränsa âteradsorptionen _av gasformiga föroreningar på ytan av smältan till ett minimum.

Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas av en reaktionskammare med en långsträckt, cylinderformig sido- väggdel och en centrumaxel, ett på en första höjd anordnat inloppsrör för tillförande av smält metall i reaktionskammaren, ett på en andra höjd anordnat utloppsrör, som ligger under den första höjden, för avlägsnande av den smälta metallen ur reaktionskammaren, och på en tredje höjd anordnade inloppsmunstycken, som ligger un- der den första höjden, för tillförande av spolgas till reak- tionskammaren, varvid åtminstone inloppsröret för den smälta metallen är anordnad tangentiellt med avseende på sidovägg- delen, så att den smälta metallen inträder i reaktionskamma- ren tangentiellt och strömmar i en i medurs- respektive mot- ursriktning roterande virvelrörelse i riktning mot utloppsöpp- ningen, medan spolgasen bubblar genom den smälta metallen, Enligt en föredragen utföringsform är den lângsträck- ta reaktionskammaren med avseende på tvärsnittet i huvudsak cir- kulär. Tvärsnittet för reaktionskammaren kan dock även vara av 'oktagonal form eller liknande. Det enda villkoret med avseende på formen för tvärsnittet är att det medger att den flytande 7905061-3 F metallen strömmar i en roterande virvelrörelse från inloppeti till reaktionskammaren till dess utlopp. För att uppnå den öns- kade roterande virvelrörelsen för den smälta metallen från me- tallinloppsröret till -utloppsröret, är det nödvändigt att me- tallinloppsröret med avseende på sidoväggen för reaktionskam- maren är anordnad så att den smälta metallen införes tangen- tiellt. Företrädesvis är flera inloppsmunstycken för spolgasen anordnade i kammarväggen under inloppsröret för den smälta me- tallen, företrädesvis mellan metallinloppet och metallutloppet.

Både sättet och anordningen enligt föreliggande uppfinning medför en avsevärd ökning av produktiviteten med avseende på avgasningen av smält metall, då avgasningen kan ske utan genom smältugnen förorsakade avbrott. Vidare möjlig- gör utformningen av anordningen att denna placeras i närheten av gjutmaskinen, varigenom möjligheten till ett ytterligare in- trängande av föroreningar i smältan avsevärt minskas. Slutli- gen förbättras avgasningen av smält metall genom optimeringen -av verkningsgraden för adsorptionen av gasformiga föroreningar.

Anordningen enligt uppfinningen sänker blâsstorleken för spolgasen till ett minimum, medan dispersionen för glas- blâsorna avsevärt förbättras, varigenom den verksamma ytan för genomförande av adsorptionsreaktionen ökas och sålunda optime- ras avgasningen av den smälta metallen.

Vidare medger den höga verkningsgraden för förelig- gande uppfinning genomförande av en avgasning med en avsevärt mindre mängd spolgas, varigenom den genom reningsförfarandet alstrade avgasmängden minskas i betydande utsträckning.

Pâ grund av den föredragna användningen av ett fil- terformigt medium i reaktionskammaren uppnås med sättet och an- ordningen enligt föreliggande uppfinning en renhetsgrad för smältan, som tidigare endast kunde uppnås under mycket rigorösa förfaringsbetingelser.

Uppfinningen belyses nedan med hänvisning till sche- matiskt visade utföringsexempel närmare, där fig. l är en planvy av anordningen med cylinderfor- mig reaktionskammare, fig. 2 en sidovy av anordningen enligt fig. l, .-..___..._._..~.._......_._... . ._ ___--. ....__.__..._. ___... ._l _- 7905061-3 fig. 3 ett horisontalsnitt längs linjen 3 - 3 i fig. 2, fig. 4 ett längdsnitt genom anordningen enligt fig. l, fig. 5 en planvy på en annan utföringsform av anord- iningen, _ fig. 6 en sidovy av utföringsformen enligt fig. 5, fig. 7 ett läqäšnitt genom utföringsformen enligt fig. s, ' fig. 8 en sidovy av en tredje utföringsform av an- ordningen, ' fig. 9 ett längdsnitt genom en fjärde utföringsform av anordningen, I fig. 10 en planvy av utföringsformen enligt fig. 9, och fig. ll en föredragen utformning av munstycksspet- sarna för inloppsmunstyckena för spolgasen.

I fig. 1 - 4 visas en anordning, vilken kan användas -inom ett överföringssystem för flytande metall tillsammans med gjutpannor, gjuttråg, överföringstråg, metallbehandlingsvannor eller liknande. Sättet och anordningen enligt föreliggande upp- finning kan insättas inom metallbearbetningssystemet vid olika »ställen mellan smältugnen och gjutmaskinen.

I fig. l och 2 visas ett första utföringsexempel av en eldfast virveltankreaktor 10, varvid en lângsträckt cylind- risk sidovägg 12 och en botten 14 bildar den cylindriska kamma- ren l6 för gasbehandling och filtrering. Genom ett inloppsrör 18 i det övre området av den cylindriska kammaren 16 inkommer smält metall i reaktionskammaren l6 och utkommer åter genom ut- loppsrör 20. Enligt den i fig. l - 4 visade utföringsformen är utloppet 20 tangentiellt anordnat. Det torde dock beaktas, att ett tangentiellt anordnat utlopp 20 är av ringa betydelse, då i anordningen ett filtermedium 24 användes. I det övre området av reaktionskammaren 16 är ett icke visat inert gastäcke närva- rande, som exempelvis bestâr av argon eller kväve, för att minska âteradsorptionen av gasformiga föroreningar på ytan av den smälta metallen. Den cylinderformiga sidoväggen 12 för re- aktionskammaren är försedd med en i fig. 4 visad, periferisk 7905061-3 F randlist 22, som är anordnad ovanför utloppsrör 20. Denna rand- list 22 uppvisar en nedåt avsmalnande, konisk inre yta, vilket möjliggör införande och utbyte av ett lämpligt format filter- formigt medium 24. Det filterformiga mediet 24 uppvisar en mot- svarande koniskt utformad yttre yta 26, vilken är försedd med tätningsmedel 28 och som står i tätande ingrepp med innersidan på randlist 22 i den cylindriska reaktionskammaren 16.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är sidoväggen 12 ovanför det filterformiga mediet 24 vid sin yttre periferi försedd med flera inloppsmunstycken 30 för spolgasen. Dessa inloppsmunstycken 30 är anordnade på så- dant sätt, att spolgasen inledes i den smälta metallen, vilken strömmar genom den cylindriska reaktionskamaren 16 från in- lopp l8 till utlopp 20. Som framgår av fig. 3 inledes spolgasen genom munstyckena tangentiellt och i samma flödesriktning i metallen, d.v.s. i medurs- eller motursriktning, såsom den smälta metallen, så att metallen i kammaren 16 kontinuerligt virvlar runt, då den strömmar från inlopp 18 till utlopp 20.

Det är dock, såsom redan nämnts, endast nödvändigt att alstra en tillräcklig virvelrörelse, och en sådan kan även alstras ge- nom att metallen införes tangentiellt. Under vissa förhållan- den, vilka belyses närmare nedan i samband med den i fig. 5 vi- sade utföringsformen, kan det vara önskvärt att införa gasen väsentligen rätvinkligt till en tangent till kammarväggen 12.

Med avseende på utföringsexemplet enligt fig. 1 - 4 har användningen av en cylindrisk avgasnings- och filtrerings- kammare i kombination med ett tangentiellt anordnat metallin- lopp och tangentiellt anordnade inlopp för spolgasen en tydlig fördel jämfört med konventionella metoder och anordningar för filtrering och avgasning av smält metall.

För att öka verkningsgraden för avgasningsförfaran- det ytterligare, d.v.s. för att bringa adsorptionsreaktionens kinetik till ett maximum, bör införandet av spolgasen i smältan förbättras i så hög grad att en minimal blâsstorlek och en maximal blåstäthet alstras, vilket eliminerar koalechering av blåsor. Utloppsöppningen för gasinloppsmunstyckena bör sålunda vara utformade så, att blâsstorleken reduceras till ett minimum, 7905061-3 10 F för att bringa ytan för adsorptionsreaktionen till ett maximum.

Dessa utloppsöppningar göres så små som möjligt, varvid en tilltäppning av utloppsöppningen med metall bör förhindras.

Munstyckena kan vara utformade i form av ett rakt rör, ett ko- niskt mnnstycke eller ett dubbeltrattformigt ultraljudmunstyc- ke. I överensstämmelse med föreliggande uppfinning är det en- ligt fig. ll av fördel, då spetsarna för gasinloppsmunstyckena .är koniskt utformade, för att förhindra avlagringar i mun- stycksöppningen, vilket kan leda till tilltäppning av desamma.

I fig. 11 visas ett munstycke 30, vilket uppvisar en koniskt löpande munstycksspets 36 och en utloppsöppning 34. Utloppsöpp- ningen i munstycksspetsen göres så liten som möjligt, varvid dock en tilltäppning av utloppsöppningen med metall bör för- hindras. I enlighet med föreliggande uppfinning kan diametern för utloppsöppningen ligga mellan 0,127 och 1,905 mm, företrä- desvis mellan 0,254 och 1,27 mm.

A Företrädesvis uppgår den genom den koniska delen 36 för munstycket 30 med axeln för utloppsöppningen 34 bildade vinkeln till 10 - 600, företrädesvis 20 - 40°._ Blåsfördelningen över hela smältan liksom även för- hindrande av koalescens av blåsor kan även kontrolleras genom det tryck, med vilket den genomströmmande gasen införes. Gas- tryck i omrâdet 35 - 1400 x l03N/m2, företrädesvis större än 140 x 103N/m2, har visat sig optimala för avgasning av smält aluminium och dess legeringar. Spolgasen, vilken kan användas vid anordningen och sättet enligt föreliggande uppfinning, om- fattar ett stort omrâde av kända komponenter såsom gasformigt klor och andra halogenerade gasformiga material, kolmonoxid, samt vissa inerta gasblandningar, såsom kväve, argon, helium och liknande. En föredragen gasblandning för avgasning av smält aluminium och aluminiumlegeringar enligt föreliggande uppfinning omfattar en blandning av kväveeller argon, med unge- fär 2 - 20 volym-%, företrädesvis 5 ~ 15 volym-% diklordifluor- metan. I förening med denna gasblandning kan över den smälta metallen ett gasformigt skyddstäcke av argon, kväve eller lik- nande upprätthållas, för att minska återadsorptionen av gasfor- miga föroreningar på ytan av smältan. 7905061-3 ll I en utföringsform av föreliggande uppfinning använ- des i den cylinderformiga kammaren ett filterformigt medium.

Det filterformiga mediet omfattar ett filtermedium, såsom t.ex. visas i fig. 4. Filtermediet uppvisar en öppen cellstruktur, vilken kännetecknas av en mångfald av med varandra förbundna hàlrum, så att den smälta metallen kan strömma igenom för av- lägsnande eller minskning av meddragna partiklar. Ett sådant filtermedium kan t.ex. omfatta ett fast, av ett sintrat kera- mikaggregat eller ett poröst kolmedium framställt filter. En- ligt en föredragen utföringsform användes ett keramiskt skum- filter, t.ex. såsom beskrives i amerikanska patentskriften 3 962 081, och vilket kan framställas enligt det allmänna för- farandet i den amerikanska patentskriften 3 893 917. Enligt denna amerikanska patentskrift uppvisar det keramiska skumfilt- ret en luftgenomsläpplighet av 400 - 8000 x l0'7 cmz, företrä- desvis 400 ~ 2500 x 10-7 cmz, en porositet av 0,80 - 0,95 och ett porantal av 2 - 18 porer per l cm längd, företrädesvis 8 - 18 porer per l cm längd. Mängden av den genom filtret strömman- de smälta metallen kan ligga i området 13 - 130 cm3 per minut och cmz filteryta.

Då filtermediet enligt föreliggande uppfinning är anordnat som engângsartikel, måste ett verksamt tätningsmedel för filtermediet finnas. Företrädesvis användes för tätning av filtermediet på platsen ett elastiskt tätningsmedel, vilket om- ger filtermediet vid dess yttre koniska del, såsom visas och diskuteras ovan. Det elastiska tätningsmedlet bör icke vara vätbart av den använda flytande metallen, motstå kemiskt an- grepp av denna och vara termiskt beständigt, för att klara de höga arbetstemperaturerna. Typiska tätningsmaterial, vilka an- vändes vid bearbetning av aluminium, omfattar fiberformiga, eldfasta tätningsmaterial av olika sammansättningar, såsom visas genom följande exempel: Tätningsmedel med ungefär 45 % aluminiumoxid, 52 % kisel- oxid, 1,3 % järnoxid och 1,7 % titanoxid.

Tätningsmedel med ungefär 55 % kiseloxid, 40,5 % aluminium- oxid, 4 % kromoxid och 0,5 % järnoxid.

Tätningsmedel med ungefär 53 % kiseloxid, 46 % aluminiumoxid och l % järnoxid å 7995061-3 12 I fig. 4 införes smält metall genom det i övre omrâ- det av den cylindriska reaktionskammaren 16 tangentiellt anord- nade inloppsröret 18 i en eldfast virveltankreaktor 10. Spolga- sen införes genom i undre omrâdet av reaktionskammaren 16 anord- nade munstycken 30 i den smälta metallen, varvid spolgasen strömmar i samma riktning som den smälta metallen i reaktions- p kammaren. Den i reaktionskammaren 16 införda smälta metallen strömmar bort till utloppsrör 20, varvid den utför en virvel- rörelse i riktningen av den inledda gasen. Medan den smälta me- tallen virvlar genom reaktionskammaren 16, strömmar den som en mångfald blåsor uppträdande uppträdande spolgasen uppât.genom smältan i motströmsriktning. De gasformiga föroreningarna dif- funderar genom smältan, vidhäftar till blåsorna av spolgasen och adsorberas av dessa. Då blâsorna bubblar uppåt genom smäl- tan, avlägsnas föroreningarna från smältan.

Den i fig. l - 4 visade virveltankreaktorn lämpar sig i synnerhet för avgasning av smält aluminium, varvid den inre diametern för reaktion kan uppgå till upp till 30 cm. Anta- let av inloppsmunstyckena och mängden av införd spolgas är kraftigt beroende av genomströmningsmängden av den behandlade metallen. Vinkeln för gasinloppsmunstyckena kan uppgå till 10 - 90°. Vinkeln mätes därvid mellan munstycksaxeln och tan- genten vid periferin för den cylinderformiga kammarväggen vid den aktuella skärningspunkten för munstycksaxeln med den cylin- derformiga väggen, såsom visas i fig. 3 genom vinkeln A. Det kan här nämnas att vid användning av flera munstycken måste des- sa icke uppvisa samma vinkel.

Exempel l En virveltankreaktor enligt fig. l med en inre dia- inbyggdes i ett redan- metall. Avståndet mellan meter för reaktionskammaren av 20,5 cm närvarande överföringssystem för smält metallinlopp och -utlopp uppgick till 63,5 cm och avståndet för metallinloppet från gasinsprutningsmunstyckena låg vid 45,5 cm.

Ett av keramikskum bestående filtermedium anordnades mellan gas- insprutningsmunstyckena och utloppet för den smälta metallen.

Bör tillförsel av spolgasen anordnades två munstycken med en diameter för inloppsöppningen av 0,64 mm. Längdaxeln för mun- 7905061-3 13 F styckena och motsvarande tangent för sidoväggen på reaktions- kammaren bildar en vinkel av 200. Genomflödeshastigheten för den smälta metallen var 39 kg/minut. En gasblandning av 10 vo- lym-% diklordifluormetan och 90 volym-% argon infördes med en genomflödeshastighet av 14 liter/minut genom munstyckena i reak- tionskammaren. Både den flytande metallen och spolgasen inför- des, uppifrån sett, i motursriktning i reaktionskamaren. Vät- gashalten i den smälta metallen mättes före och efter behand- lingen i reaktionskammaren. Den uppgick till före behandlingen 0,36 - 0,40 cm3 per 100 g aluminium och efter avgasbehandlingen till 0,08 - 0,14 cm3 per 100 g aluminium. Dessa siffror visar den ytterst höga verkningsgraden hos avgasningen.

Exempel 2 Samma anordning som i exempel l användes. Genomflö- deshastigheten för den smälta metallen genom virveltankreak- torn uppgick till 43,5 kg/minut. Sammansättningen och genomflö- deshastigheten för spolgasen var samma som i exempel l. Det vi- sade sig, att den uppmätta vätehalten av 0,35 och 0,38 cm3 per 100 g aluminium före behandlingen kunde reduceras till 0,10 - 0,12 cm3 per 100 g aluminium efter avgasningen. Därigenom har sålunda åter den mycket höga verkningsgraden hos avgasningen visats.

Anordningen och sättet enligt föreliggande uppfin- ning uppvisar, i samtliga olika utföringsformer, ett mycket brett användningsområde. I synnerhet vid stränggjutförfarande kan ett par virveltankreaktorer användas i parallellkoppling.

Vid stränggjutförfaranden av längre varaktighet och ett därmed förbundet stort genomflöde av metall kan det vara nödvändigt, att under loppet av gjutningen genomföra ett utbyte av filterma- diet. Ett sådant utbyte kan underlättas genom användningen av parallellt anordnade genomflödeskanaler med vardera en reaktor, då man garanterar att den smälta metallen utan avbrott kan om- ledas från en kanal till en annan, exempelvis genom ventiler, klaffar eller liknande. Flödet av den smälta metallen begränsas sålunda till en reaktionskammare och kan genast omledas till den andra kanalen, om verkningsgraden för den första kammaren skulle sjunka. Därigenom garanteras att en oavbruten ström av 7905061-3 14 F - _ renad flytande metall kan tillföras till en stränggjutmaskin.

I fig. 5 Ä 7 visas ett andra utföringsexempel av fö- religgande uppfinning, vars munstycksanordning och -fördelning är särskilt lämpad för virveltankreaktorer med stor kammardia- ' meter. Som beskrivits ovan, avtager dispersionen av glasblâsor- na gentemot centrum av metallen i reaktorn med ökande reaktor- diameter. Detta problem kan påträffas vid en virveltankreaktor 110, vilken uppvisar en första,_i huvudsak cylinderformig sido- väggdel 112, och en andra, nedåt avsmalnande konisk sidovägg- del 114, vilka tillsammans bildar avgasningskammaren. Den förs- ta sidoväggdelen 112 måste icke nödvändigtvis vara av cylinder- formig utformning. Den kan även uppvisa oktagonal eller någon "annan form, som möjliggör en virvlande rotationsrörelse för me- tallen vid dess genomflöde genom avgasningskammaren 116. Inträ- det av den smälta metallen i avgasningskammaren 116 sker över ett i det övre omrâdet av kammaren 116 anordnat inloppsrör 118, vilket med avseende på den första sidoväggdelen 112 är tangen- tiellt anordnat. Utloppet för metallen sker via det vid botten på kammaren 116 anordnade utloppsröret 120. Därigenom inkommer 'den smälta metallen tangentiellt i avgasningskammaren 116, strömmar i en virvlande rotationsrörelse genom kammaren 116 och lämnar kammaren 116 via utloppsrör 120 på samma sätt, som beskrivits för utföringsexemplet enligt fig. 1.

Som framgår av fig. 5 - 7 kan till den nedåt avsmal- nande koniska sidoväggdelen 114 en i huvudsak cylinderformig sidoväggdel 122 vara ansluten, vilken är anpassad för upptag- ning av ett lämpligt filterformigt medium. Som speciellt tyd- ligt framgår av fig. 7, är den cylinderformiga sidoväggdelen 122 försedd med en_perifer randlist 124, som är anordnad i när- heten av och ovanför utloppsrör 120. Randlist 124 uppvisar en nedåt avsmalnande konisk inre yta, vilken möjliggör infogande och ersättande av ett lämpligt format filterformigt medium 126.

Det filterformiga mediet 126 uppvisar en motsvarande konisk ut- formad yttre yta 128, vilken är försedd med ett tätningsmedel 130 och som står i tätande ingrepp med insidan på randlist 124 och sidoväggdel 122 på samma sätt som filtret i fig. 4. Det tor-_ de här understrykas, att filterelementet icke nödvändigtvis 7905061-3 15 F mäste vara inbyggt i sidoväggdel 122. Filterelementet kan mon- teras som separat detalj utanför virveltankreaktorn. Dessutom kan i det övre området på reaktionskammaren 116 ett icke visat inert gastäcke vara närvarande, som består av exempelvis argon eller kväve, för att minska återadsorptionen av gasformiga föro- reningar på ytan av den smälta metallen.

I överensstämmelse med föreliggande uppfinning är den som andra utföringsexempel i fig. 5 - 7 visade virveltank- reaktorn försedd med en första, i huvudsak cylinderformig sido- väggdel 112 och en därtill anslutande andra, nedåt avsmalnande konisk sidoväggdel 114, som bildar avgasningskammare 116. I överensstämmelse med föreliggande uppfinning är den nedåt av- smalnande sidoväggdelen 114 vid sin yttre periferi försedd med flera inloppsmunstycken 132 för spolgasen. Dessa inloppsmun- stycken 132 av typen enligt fig. ll är anordnade på sådant sätt, att spolgasen inledes i den smälta metallen, vilken strönw mar genom kammaren 116 från det tangentiellt anordnade inloppet 118 till utloppet 120. För erhållande av en optimal blåsfördel- ning över hela smältan under dess genomströmning från inlopp till utlopp, är munstyckena 132 anordnade på olika höjder på periferiytan av sidoväggdel 114. Pâ detta sätt uppnås en maxi- mal blâsfördelning av spolgasen, då spolgasmunstyckena är anord- nade på olika avstånd med avseende på centralaxeln för virvel- tankreaktorn. Om exempelvis sidoväggdelen ll2 uppvisar en dia- meter av 50 cm, så kan den optimala blåsfördelningen av spolga- sen uppnås genom att en första uppsättning av munstycken är anordnade på ett radiellt avstånd av cirka 22 om från central- axeln för virveltankreaktorn och en andra uppsättning av mun- stycken på ett radiellt avstånd av cirka 15 cm från central- axeln för virveltankreaktorn. I överensstämmelse med förelig- gande uppfinning uppnâs därigenom en avsevärd förbättring av verkningsgraden för avgasningsprocessen, d.v.s. genom optime- ringen av blåsfördelningen av spolgasen förbättras kinetiken för adsorptionsreaktionen. Det torde här understrykas, att de båda uppsättningarna av munstycken icke nödvändigtvis mäste va- ra anordnade i den nedåt avsmalnande sidoväggdelen 114. Samma resultat kan även uppnås, då den första uppsättningen av mun- 7905061-3 16 r stycken är anordnade i sidoväggdel 112 och den andra uppsätt- ningen av munstycken i sidoväggdel 114.

I fig. 8 visas ett tredje utföringsexempel av en virveltankreaktor i överensstämmelse med föreliggande uppfin- ning, där virveltankreaktorn 210 uppvisar en första cylinderfor- mig sidoväggdel 212 och en andra cylinderformig sidoväggdel 214, vilka tillsammans bildar avgasningskammare 216. Pâ samma sätt såsom diskuterats i samband med fig. 5 - 7, är avgasningskamma- ren 216 försedd med ett tangentiellt anordnat inlopp 218 i det övre området av kammaren 216 och med ett utlopp 220 vid botten därav. Den smälta metallen införes via det tangentiellt anord- nade inloppet 218 i avgasningskammaren 216 och strömmar i en virvlande rotationsrörelse genom kammaren 216 från inloppet 218 till utloppet 220. Vid botten på sidoväggdel 214 ovanför och i närheten av utlopp 220 kan ett filterformigt medium an- bringas på samma sätt och med samma medel, som ovan beskrivits med hänvisning till det första och andra utföringsexemplet av föreliggande uppfinning.

I överensstämmelse med föreliggande uppfinning an- ordnas för uppnående av en optimal blâsfördelning av spolgasen en första sats koniska munstycken 232, som visas i fig. 8, i sidoväggdel 212 för virveltankreaktor 210 och en andra uppsätt- ning munstycken 232 i den andra sidoväggdelen 214 pâ virvel- tankreaktorn 210. Det har visat sig, att vid en sådan anordning av munstyckena kan en maximal blâsfördelning av spolgasen upp- nås. Om exempelvis diametern för sidoväggdel 212 ligger i stor- leksordningen 45 - 50 cm, så bör diametern för den andra sido- väggdelen 212 ligga i storleksordningen 25 - 30 cm. Munstyckena är anordnade på samma sätt som i fig. 5 på ett radiellt avstånd till centralaxeln för reaktorn.

I fig. 9 och 10 visas ett fjärde utföringsexempel enligt föreliggande uppfinning, där en virveltankreaktor 310 uppvisar en i huvudsak cylinderformig sidoväggdel 312, som bil- dar reaktionskammaren 316. Kammaren 316 är försedd med ett tan- gentiellt anordnat inlopp 318 och ett utlopp 320. Som diskute- rats ovan med hänvisning till fig. 5 och 8, inträder den smälta metallen tangentiellt genom inloppet 318 i reaktionskammaren 7905061-3 17 316 och strömmar i en virvlande rotationsrörelse genom kammaren 316 och genom utloppet 320 ut ur kammaren 316. Vid botten på kammaren 316 i närheten av utloppet 320 kan ett filterformigt medium vara infört på samma sätt, såsom diskuterats i samband med utföringsexemplet i fig. 5 - 7. I enlighet med föreliggande uppfinning monteras de föredragna och i fig. ll visade munstyc- kena i tvâ uppsättningar i sidovägg 312 på virveltankreaktor 310. För uppnàende av den önskade blâsfördelningen av spolgasen anordnas en första uppsättning av munstycken på ett första ra- diellt avstånd till centralaxeln för virveltankreaktorn och en andra uppsättning av munstycken på ett andra radiellt avstånd till denna centralaxel, såsom visas i fig. 5.

Pâ detta sätt kan blåsfördelningen av spolgasen för- bättras, vilket ökar hela verkningsgraden för avgasningen.

Dimensionerna för virveltankreaktorn, antalet mun- stycken och den erforderliga mängden spolgas vid utförings- exemplen enligt fig. 5, 8 och 9, är kraftigt beroende av genom- flödeshastigheten för den smälta metallen, som skall behandlas.

Det har visat sig, att för genomflödeshastigheter av 225 kgjmi- nut bör diametern för reaktionskammare 116, 216 respektive 316, definierad genom sidoväggdelarna ll2, 2l2 respektive 312, uppgå till cirka 45 - 50 cm och längden för kammaren från metallin- lopp till metallutlopp bör vara cirka 60 - 180 cm. För en vir- veltankreaktor med ovannämnda dimensioner har det visat sig, att för uppnâende av en maximal blåsfördelning av spolgasen och sålunda för optimering av verkningsgraden för avgasnings- anordningen bör en första uppsättning av tre munstycken vara anordnade på ett radiellt avstånd av cirka 20 - 24 cm från centralaxeln på reaktorn och en andra uppsättning av tre mun- stycken på ett radiellt avstånd av cirka 12,5 - 16 cm från centralaxeln på reaktorn. Det visade sig, att munstyckena för uppnâende av en optimal blâsfördelning av spolgasen bör vara anordnade väsentligen vinkelrätt mot tangenten till reaktions- cylindern vid orten för skärningspunkten för gasinloppsröret.

Det torde här nämnas, att munstyckena för inställning av vin- keln kan vara monterade på förbindningsdelar med kullänk. Vida- re kan munstyckena vara monterade på sådant sätt, att de kan 7905061-3 18 f. . .vara ställbara med avseende på det radiella avståndet till centralaxeln för virveltankreaktorn.

Exempel 3 A Virveltankreaktorn enligt fig. 8 med en inre diame- ter för reaktionskammaren av 45 cm inbyggdes i ett redan när- varande överföringssystem för smält metall. I sidoväggdelen för virveltankreaktorn anbringades sex munstycksspetsar för spolgasen. En första uppsättning av tre munstycken sträckte sig 7,5 cm in i reaktorn, och en andra uppsättning av tre mun- stycken sträckte sig ungefär 1,3 cm in i reaktorn. En metall- smälta leddes med en genomflödeshastighet av 225 kg/minut ge- nom kammaren. En spolgasblandning av 6 volym-% diklordifluor- metan och 94 volym-% argon inleddes med en total genomflödes- hastighet av 70 liter/minut (mätt under standardbetingelser för temperatur och tryck) genom munstyckena in i metallsmältan.

Axlarna för munstycksöppningarna bildade med tangenterna för sidoväggdelen på den cylinderformiga kammaren en vinkel av 90°.

Vätehalten i den smälta metallen före behandlingen bestämdes till 0,23 cm3 väte per 100 g aluminium. Efter behandlingen i virveltankreaktorn uppgick vätehalten endast till 0,17 cm per 100 g aluminium. Bestämningen av väte skedde med Alcoa- Telegas-instrument. Dessa siffror visar, att vätehalten sänk- tes väsentligt och avgasningen genomfördes med god verknings- grad.

Claims (14)

1. 7905061-3 19 Patentkrav l. Sätt för avgasning av smält metall med en spol- gas, som genomströmmar metallen i en reaktionskammare, k ä n n e t e c k n a t av att den smälta metallen införes genom ett på en första höjd anordnat inloppsrör tangentiellt i en reaktionskammare med en lângsträckt, cylinderformig sido- väggdel och avlägsnas åter ur reaktionskammaren genom ett på en andra höjd anordnat, under den första höjden liggande ut- loppsrör, att spolgasen införes genom på en tredje höjd anord- nade, under den första höjden liggande inloppsmunstycken i den smälta metallen, och att den smälta metallen strömmar med en i medurs- respektive motursriktning roterande virvelrörelse genom reaktionskammaren och samtidigt genombubblas av spolgas. I,

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att spolgasen införes genom väsentligen tangentiellt till sidoväggdelen anordnade inloppsmunstycken.

3. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att spolgasen införes genom två uppsättningar av inloppsmun- stycken med olika radiellt avstånd till centralaxeln för reak- tionskammaren, varvid inloppsmunstyckena är anordnade väsent- ligen vinkelrätt mot den cylinderformiga sidoväggdelen.

4. Anordning för genomförande av sättet enligt krav l för avgasning av smält metall, i synnerhet en virvel- tankreaktor, k ä n n e t e c k n a d av en reaktionskamma- re (10) med en långsträckt, cylinderformig sidoväggdel (12) och en centralaxel, ett på en första höjd anordnat inloppsrör (18) för tillförsel av smält metall till reaktionskammaren (10), ett på en andra höjd anordnat, under den första höjden liggande utloppsrör (20) för avlägsnande av smält metall från reaktions- kämmären (10), på en tredje höjd anordnade, under den första höjden liggande inloppsmunstycken (30) för tillförsel av spol- gasen till reaktionskammaren (10), varvid åtminstone inlopps- rör (18) för den smälta metallen är tangentiellt anordnat med ...nf-fiv-vfl-...a-ßn-à.. ..._...._ __... .ífi 7905061-3 20 ' F' _ avseende på sidoväggdel (12) så att den smälta metallen inkom- mer tangentiellt i reaktionskammaren (10) och strömmar i en ' i medurs- respektive motursriktning roterande virvelrörelse i riktning mot utloppsöppningen medan spolgasen bubblar genom den smälta metallen.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a d av att inloppsmunstyckena (30) för tillförsel av spol- gasen är tangentiellt anordnade med avseende på sidoväggdelen (12) och är anordnade i samma riktning som inloppsrör (18) för tillförsel av den smälta metallen. e.

6. Anordning enligt' krav 4 eiier s, k a n n e - t e c k n a d. av att öppningsdiametern för inloppsmunstyc- kena (30) för tillförseln av spolgasen ligger mellan 0,127 och 1,905 mm, företrädesvis mellan 0,254 och 1,27 mm.

7. Anordning enligt något av kraven 4 - 6, k ä n n e t e c k n a d av att spetsarna för inloppsmunstyc- kena för tillförsel av spolgasen uppvisar en konisk utform- ning. _

8. Anordning enligt något av kraven 4 - 7, klä n n e t e c k n a d av att den uppvisar tvâ uppsättning- ar av inloppsmunstycken för tillförsel av spolgas med olika radiellt avstånd till centralaxeln för reaktionskammaren.

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k - in a d av att en nedåt avsmalnande, konisk andra sidoväggdel (ll4) är ansluten till en första cylinderformig sidoväggdel (112).

10. Anordning enligt krav S, k ä n n e t e c k - n a d av att till en första cylinderformig sidoväggdel (212) är en andra cylinderformig sidoväggdel (214) med mindre dia- meter ansluten.

11. ll. Anordning enligt krav 9 eller 10, k ä n n e - t e c k n a d nav att en första uppsättning av inloppsmun- stycken för tillförsel av spolgasen är anordnad i den första sidoväggdelen och en andra uppsättning av inloppsmunstycken för tillförsel av spolgasen är anordnad i den andra sidovägg- delen. 7905061-3 21

12. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k - n a d av att de båda uppsättningarna av inloppsmunstycken för tillförsel av spolgasen är anordnade i den nedåt avsmal- nande, koniska andra sidoväggdelen (114) på olika höjd.

13. Anordning enligt något av kraven 4 - 12,0 k ä n n e t e c k n a d av att innerväggen på reaktionskam- maren på en fjärde höjd mellan utloppsröret för den smälta me- tallen och inloppsröret för spolgasen uppvisar en hållare (22) för ett utbytbart filtermedium (24).

14. Anordning enligt krav 13, k ä n n e t e c k - nia d av att filtermediet (24) uppvisar en genom en mång- fald av med ett nätverk av keramiskt material omgivna, med varandra förbundna hålrum bildad, öppencellig skumstruktur, varvid skumstrukturen företrädesvis uppvisar en luftgenom- släpplighet i området 400 - 8000 x 10-7 cmz, en porositet av 0,80 - 0,95 och ett porantal av 2 - 18 porer per l cm längd.