WO1999060177A1 - Verfahren zum kontinuierlichen abtrennen von verunreinigungen und legierungen aus flüssigen metallbädern sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

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WO1999060177A1
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metal bath
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PCT/AT1999/000120
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Stefan Trojer
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Voest-Alpine Industrial Services Gmbh
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/0038—Obtaining aluminium by other processes
    • C22B21/0069—Obtaining aluminium by other processes from scrap, skimmings or any secondary source aluminium, e.g. recovery of alloy constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/02—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous separation of impurities and alloys from liquid metal baths, e.g. Iron-aluminum alloys, zinc oxides or mixed crystals from zinc baths, in which the metal bath is suctioned off, cleaned and the cleaned metal bath is returned, and to a device for carrying out this method.
  • liquid metal baths e.g. Iron-aluminum alloys, zinc oxides or mixed crystals from zinc baths
  • a zinc bath is used in strip galvanizing plants, which is contaminated by floating slag and solid Fe2Al5 particles during use. Zinc slag floating on the zinc bath can lead to scrap production when galvanizing, since slag splashes can reach the surface of the galvanized bath.
  • JP 03-126 853A a continuously operating separation process for the separation of iron-aluminum alloys from a zinc bath has become known, in which the contaminated metal bath is conveyed via a pump and a line into a centrifuge, from which the contaminants floating on top withdrawn and the cleaned metal bath is returned via an opening in the bottom of the centrifuge and a line.
  • the contaminated metal bath is suctioned off at a lower point of the bath, so that a suction to the suction opening arises which promotes the mixing of the contaminants with the metal bath and thus makes complete separation difficult.
  • the invention now aims to provide a process for the continuous removal of such contaminants, such as slags or alloy particles, in particular Fe2Als particles, from zinc baths in strip galvanizing plants, which ensures a constant quality of the galvanizing or the metal coating.
  • the invention aims to reduce the loss of pure metal, in particular pure zinc, and to minimize the amount to be circulated and cleaned with higher cleaning efficiency and to keep temperature losses as low as possible.
  • the process according to the invention essentially in that liquid slag and metal are drawn off near the bath surface, that the drawn off slag and metal bath is centrifuged and that the centrifugate containing the pure metal is returned to the metal bath below the bath surface.
  • the procedure is advantageously such that the temperature of sections of the centrifuge from which phases other than the metal bath are obtained be withdrawn, is chosen higher than the temperature of the centrifuge section from which the metal bath is withdrawn.
  • the device according to the invention for carrying out this method is essentially characterized by an overflow channel which can be lowered below the bath surface and to which a conveyor or connects a pump and a thermally insulated and / or heatable centrifuge connected to the conveyor or the pump for separating at least one lighter from at least one heavier flowable phase, the discharge for the phase corresponding to the pure metal bath opening into the bath below the bath surface.
  • the overflow channel immersed in the zinc bath or the bath surface permits the continuous removal of the phases enriched with impurities or slags, whereby the phase separation uses the fact that the metallic pure phase differs in specific weight from the slag phase or from which the Fe2Als- Particle-containing phase differs.
  • the pure metal bath generally has a higher density and therefore reaches the outside more quickly in the centrifuge, a jacket of molten bath being formed in the centrifuge, which can be discharged in a corresponding manner and returned to the bath.
  • the centrifuge and pump can be designed separately from one another, so that the masses to be cleaned in the time unit can be optimally taken into account by regulating the rotational speed of the pump and correspondingly regulating the rotational speed of the centrifuge.
  • the design is advantageously made such that the gutter has a drain at its lowest point, in which a feed pump, in particular screw conveyor, is arranged and a feed line is connected, which rotates in the middle of the height of a vertical axis Centrifuge opens.
  • the centrifuge can rotate at the optimum speed for the separation and the amount to be separated can be adjusted by varying the pump delivery rate.
  • the delivery line now opens vertically in the middle part of a centrifuge rotating about a vertical axis, an extremely compact design can be created, in which the centrifuge is arranged directly above the hot metal bath and the line largely goes through the bath itself the required temperature can be held.
  • the mouth in the central region of such a centrifuge ensures that the two phases separate from one another in the radial direction of the centrifuge, the two phases being able to be removed in a suitable manner on the two end faces of the centrifuge.
  • the cost of the thermal insulation or possibly additional heating can be reduced in that the centrifuge is arranged above the trough, and the necessary adaptation to the amount to be conveyed can be ensured in a simple manner by the fact that the centrifuge and the Pump are connected to separate, separately switchable or controllable drives.
  • the design is advantageously made such that the centrifuge has an annular disc at its upper end for the outlet of the inner lighter fraction and at least one of a larger diameter at its lower end has as the clear diameter of the washer outlet opening for the heavier fraction.
  • a direct return without further pumps or lines can be realized in a particularly advantageous manner in such a compact device in that the outlet opening for the heavier fraction opens into a funnel, which engages around the delivery line and opens below the channel.
  • the design according to the invention can also be developed in such a way that the conveying device and the centrifuge are designed as coaxial, rotatably and driveably mounted pipe sections, the conveyor being arranged on the inner circumference of the pipe section immersed in the overflow channel in a helical or thread-shaped guide surface carries and at least two discharge openings offset in the axial direction are connected to the pipe section corresponding to the centrifuge section, which are separated in the axial direction by an annular partition with coaxial ler passage opening are separated from each other.
  • Such a design allows, because of the helical or thread-shaped guide surface, the same device to be used for pumping or suctioning off the bath and centrifuging, the centrifuge section being correspondingly larger in order to achieve the desired centrifugal force for the safe separation of the phase Has inner diameter.
  • the centrifuge section with a larger clear width essentially radial openings for withdrawing the phases separated from one another can be provided, the openings for withdrawing the pure zinc bath or pure metal bath in turn opening directly into the bath.
  • the safe separation of the two phases can be improved by the ring-shaped partition.
  • a further improvement in the separating effect can be achieved in that the annular partition wall at the edge of the passage opening to the conveying section has downwardly facing jacket surfaces coaxial with the jacket of the centrifuge.
  • the design can be such that the conveyor plunges into a stepped sump of the overflow channel.
  • the design can be such that the inlet cross-section for the liquid bath to the settled sump can be adjusted by means of an adjustable diaphragm.
  • the arrangement can be such that the axis of rotation of the centrifuge is in one
  • At least one discharge opening for phases other than the metal bath is connected to a suction pump or a suction fan, and another, a plurality of separate heating devices is arranged in the axial direction of the centrifuge along the jacket of the centrifuge.
  • the separate heating devices allow the area in which phases with a higher melting point are present, such as oxidic phases, to be heated correspondingly higher in order to promote the discharge of the material obtained there by correspondingly lowering the viscosity.
  • the pure zinc separated in this way can be pressed through the radial openings or bores in the drum shell or the lower end wall into a fixed collecting chamber or a collecting funnel that grinds against the drum and can then be withdrawn as a product or immediately via a take-off nozzle be returned to the bathroom.
  • the floors of the anghuntn are preferably formed inclined downwards in the radial direction to the bath surface.
  • a container can be attached to the throttle outlet connection, on which, for example, an ejector can be installed, which enables a vacuum to be built up in the collecting chamber and in the discharge area and thus supports the throttle discharge.
  • Dross is much more viscous than the zinc bath and tends to freeze, especially when it is not moving. For this reason, heating to higher temperatures is particularly advantageous in this area. Additional heating of the centrifuge is therefore primarily advantageous in the area of the chimney hood, since in the area above the bath surface, with relatively small centrifuges, only relatively small temperature losses have to be accepted.
  • the centrifuge itself is supported on one side, whereby the bearings can be cooled by compressed air.
  • the compressed air required for this can be taken from the pressure side of the ejector described above.
  • the regulation and optimization of the method or the device can essentially relate to the throughput, the separation performance and the heating and can be carried out in a conventional manner according to the requirements.
  • the feed quantity from the trough into the centrifuge sump can be made in a simple manner with the above-mentioned adjustable orifice.
  • the structurally simple structure and the small dimensions allow the device to be installed at any point in the area of the bath surface in order to ensure that the bath surface is continuously and largely homogeneously depleted of impurities, with the recycling of the separated zinc Zinc losses and thermal losses can be kept low by the arrangement.
  • FIG. 1 shows an axial section through a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows an axial section through a preferred embodiment
  • FIG. 3 shows a view in the direction of arrow III of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a centrifuge suitable for the continuous removal of impurities and alloys and slags from liquid metal baths, the housing of which is designated by 1.
  • An overflow channel 2 is lowered to below the bath level designated 3 and in this way allows near-surface phases of the metal bath to enter the overflow channel.
  • the material entering in this way passes into a pump sump 4, in which a first pipe section 5 is immersed, which is designed as a spiral conveyor.
  • helical or thread-shaped guide surfaces are arranged on the inside of the pipe section 5, via which the material immersed in the pump sump is conveyed upwards in the direction of arrow 6.
  • the bath consisting of several phases passes into a second tube section 7, which is arranged coaxially to the first tube section 5 and is designed as a centrifuge.
  • the pipe sections 5 and 7 are connected to a motor 9 via a drive shaft 8 and driven to rotate.
  • the drive shaft 8 is mounted outside of the metal bath in air-cooled bearings 10.
  • the material entering the centrifuge section or the pipe section 7 is separated from one another by the rotation of the centrifuge separated, a first heavier phase reaching radial discharge openings 11 into a discharge pipe 12.
  • the specifically heavier pure zinc can again be discharged in liquid form via this discharge pipe 12 and returned to the bath.
  • lighter particles move upward in the direction of arrow 6 into a second chamber 13, which is separated from the centrifuge chamber 14 by an annular partition 15, a coaxial passage opening 16 being provided for the passage into the upper chamber 13.
  • the ring-shaped partition wall has downward-facing lateral surfaces 17 which are coaxial with the jacket of the centrifuge, so that a clean separation of the phases in the area of the radial passage opening 11 for the clean bath is ensured.
  • the centrifuge On the outside of the centrifuge are collecting chambers 18 for the pure metal or pure zinc and 19 for the respectively lighter phase, for example the dross or alloys of the pure metal with other lighter metals or metallic oxides, e.g. AI2O3 or A1N connected, into which the respective discharge pipe ends.
  • the radial openings for the discharge of the lighter phase are designated by 20, slag or iron-aluminum alloys being able to be drawn off in the case of zinc baths from a galvanizing plant.
  • the housing 1 can be heated from the outside with heating devices 21, insulations 22 and 23 being provided in order to keep heat losses low.
  • a height-adjustable screen 25 is arranged for setting the desired inlet cross-section. Since the centrifuge is located directly above the surface of the bath, only minor heat losses need to be compensated, especially in the area of the fume cupboard for easy tere phase additional heaters favor the spreading of the material.
  • FIG. 2 and 3 show a further preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the overflow channel is now designated 26 and is formed with an asymmetrical cross section, whereby a sump or a discharge funnel for pumping out material that has entered the overflow channel 26 is formed off-center.
  • the bath level is indicated schematically in FIG. 2 by 27, the pump here being formed by a worm pump 28 which is driven by a drive motor 29 and a pump shaft 30.
  • the screw 28 can be set in rotation according to the needs by the motor 29, so that the material introduced into the overflow channel 26 is subsequently brought into the interior of a centrifuge 32 via the delivery line 31.
  • the mouth of this conveyor line takes place in the middle part of the centrifuge rotating about the vertical axis 33.
  • the centrifuge has a centrifuge jacket 34 and a lower end face 35 and an upper end face formed by an annular disk 36.
  • the lower end face 35 has openings 37 near its outer circumference for the passage of the specifically heavier, cleaned metal phase, whereas the annular disk 36 delimits inward edges over which the specifically lighter inner phase can emerge, this specifically lighter phase subsequently in turn an outer annular chamber 38 and a corresponding drain 39 opens.
  • the centrifuge is driven here by the motor 40, which is connected to the axial shaft 42 of the centrifuge via a coupling 41.
  • the spatial separation of the motor from the centrifuge subsequently facilitates cooling and storage, the storage being indicated schematically at 43. 44 with a compressed air line for cooling the bearing is designated.
  • the delivery line 31 is located off-center in the lateral region of the overflow channel 26, so that the corresponding space for the drive is created.
  • the central mouth of the delivery line is again identified by the reference number of the delivery line 31, this delivery line now being concentrically surrounded in plan view by the collecting funnel 45 which can already be seen in FIG. 2.
  • the collecting funnel 45 has a relatively wide funnel mouth 46 in the interior of the overflow channel 26, via which the cleaned material or the specifically heavier phase, which enters the funnel via the openings 37, concentrically to the delivery line 31 into the bath below the bath surface 27 is returned.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum kontinuierlichen Abtrennen von Verunreinigungen und Legierungen aus flüssigen Metallbädern, wie z.B. Eisen-Aluminium-Legierungen, Zinkoxiden oder Mischkristallen aus Zinkbädern wird nahe der Badoberfläche flüssiges Metall abgezogen, wobei das abgezogene Metallbad zentrifugiert und das das Reinmetall enthaltende Zentrifugat in das Metallbad rückgeführt wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine unter die Badoberfläche (27) absenkbare Überlaufrinne (26) auf, in welche ein Förderer oder eine Pumpe (28) eintaucht. An den Förderer oder die Pumpe (28) ist eine thermisch isolierte und/oder beheizbare Zentrifuge (32) zur Trennung wenigstens einer leichteren von wenigstens einer schwereren fließfähigen Phase angeschlossen, wobei der Austrag für die dem Reinmetallbad entsprechende Phase in das Bad mündet.

Description

Verfahren zum kontinuierlichen Abtrennen von Verunreinigungen und Legierungen aus flüssigen Metallbädern sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Abtrennen von Verunreinigungen und Legierungen aus flüssigen Metallbädern, wie z.B. Eisen-Aluminium-Legierungen, Zinkoxiden oder Mischkristallen aus Zinkbädern, bei welchem das Metallbad abgesaugt, gereinigt und das gereinigte Metallbad rückgeführt wird sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .
Bei Bandverzinkungsanlagen wird ein Zinkbad eingesetzt, welches im Zuge der Verwendung durch aufschwimmende Schlacke und feste Fe2Al5~Partikel verunreinigt wird. Aufschwimmende Zinkschlacke auf dem Zinkbad kann bei der Verzinkung zur Ausschußproduktion führen, da Schlackenspritzer an die Oberfläche des verzinkten Bades gelangen können.
Um derartige aufschwimmende Schlacken und insbesondere Zinkschlacken abzutrennen sowie eine an der Oberfläche eines Zinkbades zu beobachtende Anreicherung von Fe2 l5-Partikel zu verringern, ist es bekannt die sich bildende Schlackenhaut manuell abzuziehen und in Formen zu gießen. Ein derartiges manuelles Abziehen der Schlackenhaut führt dazu, daß die Schlacke einen relativ hohen Restzinkgehalt von ca. 97 Gew.% enthält, sodaß bei manuellem Abziehen der Schlacke ein beträchtlicher Zinkverlust entsteht, der mit teurem Rohzink wiederum kompensiert werden muß. Die Qualität des händischen Abzuges ist darüberhinaus von der jeweils verwendeten Technik beim manuellem Abziehen der Schlacke abhängig, sodaß die Zinkverluste teilweise wesentlich höher liegen können. Durch ein manuelles Abziehen der Schlacke werden insbesondere Problemzonen, wie beispielsweise die Ein- und Austragsvorrichtungen des zu verzinkenden Blechbandes nicht erfaßt, sodaß die Gefahr weiterhin besteht, daß Schlacke vom austretenden Band mitgerissen wird und auf diese Weise die Qualität des Zinküberzuges beeinträchtigt wird. Die bisherigen Verfahren werden zumeist diskontinuierlich ausgeführt, sodaß eine kontinuierliche Überwachung und Einhaltung bestimmter Qualitäten der Verzinkung nicht ohne weiteres möglich erscheint.
Aus der JP 03-126 853A ist ein kontinuierlich arbeitendes Trennverfahren zur Abtrennung von Eisen-Aluminium-Legierungen aus einem Zinkbad bekanntgeworden, bei dem das verunreinigte Metallbad über eine Pumpe und eine Leitung in eine Zentrifuge geför- dert wird, aus der die oben aufschwimmenden Verunreinigungen abgezogen und das gereinigte Metallbad über eine Öffnung im Boden der Zentrifuge und eine Leitung rückgeführt wird. Die Absaugung des verunreinigten Metallbades erfolgt an einer tieferen Stelle des Bades, sodaß ein Sog zur Absaugöffnung hin ent- steht, der die Durchmischung der Verunreinigungen mit dem Metallbad fördert und damit eine vollständige Abtrennung erschwert .
Durch die entstehenden Strömungen im Metallbad werden die Verun- reinigungen in diesem verteilt, wodurch ein gezieltes Abziehen von konzentrierter Schlacke nicht möglich ist. Um bei einem derartigen Verfahren die die Verunreinigung bildenden Partikel abzutrennen, ist ein hoher Massenstrom pro Zeiteinheit durch die Zentrifuge notwendig, wodurch auch erhebliche Temperaturverluste in Kauf genommen werden müssen, die nur durch zusätzliches Einbringen von Energie für das Aufheizen kompensiert werden können.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zum kontinuierlichen Abtrennen derartiger Verunreinigungen, wie Schlacken oder Legierungspartikeln, insbesondere Fe2Als-Partikeln, aus Zinkbädern in Bandverzinkungsanlagen zu schaffen, welches eine gleichbleibende Qualität der Verzinkung bzw. des Metallüberzuges gewährleistet. Gleichzeitig zielt die Erfindung darauf ab, den Verlust an Reinmetall, insbesondere Reinzink, zu verringern sowie die umzuwälzende und zu reinigende Menge bei höherer Effizienz der Reinigung zu minimieren und Temperaturverluste so gering wie möglich zu halten. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß nahe der Badoberfläche flüssige Schlacke und Metall abgezogen werden, daß das abgezogene Schlacken- und Metallbad zentrifugiert wird und daß das das Reinmetall enthaltende Zentrifugat in das Metallbad unter der Badoberfläche rückgeführt wird. Dadurch, daß nahe der Badoberfläche flüssiges Metall und Schlacke abgezogen wird und dieses abgezogene Metall- und Schlackenbad zentrifugiert wird, gelingt es die gewünschte Phasentrennung zu erzielen und das Verfahren kontinuierlich zu führen, wobei die umzuwäl- zende Masse aufgrund der im wesentlichen nur im oberflächennahen Bereich aufschwimmenden Verunreinigungen gering gehalten werden kann. Das Abziehen des flüssigen Metalles kann kontinuierlich erfolgen. Dadurch, daß nun unmittelbar eine Phasentrennung durch Zentrifugieren vorgenommen wird, kann das jeweils abgetrennte Reinmetall und insbesondere das abgetrennte Reinzink unmittelbar in das Bad unter der Badoberfläche rückgeführt werden und auf diese Weise die Badverluste verringert werden. Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß die Zentrifuge über der Temperatur des Schmelzpunktes des Metallbades gehalten oder auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird. Dadurch, daß die Zentrifuge unmittelbar an der Oberfläche des Bades angeordnet werden kann, kann bei geringen Temperaturverlusten die zusätzliche Energie für das Aufheizen gering gehalten werden.
Um nun sicherzustellen, daß Legierungen bzw. Schlacken, deren Schmelzpunkte teilweise höher als die Schmelzpunkte einer Reinzinkphase bzw. einer Reinmetallphase liegen, kontinuierlich ausgetragen werden können, wird mit Vorteil so vorgegangen, daß die Temperatur von Abschnitten der Zentrifuge, aus welchen vom Metallbad verschiedene Phasen abgezogen werden, höher gewählt wird, als die Temperatur des Zentrifugenabschnittes, aus welchem das Metallbad abgezogen wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine unter die Badoberfläche absenkbare Überlaufrinne, an welche ein Förderer oder eine Pumpe anschließt und eine an den Förderer oder die Pumpe angeschlossene thermisch isolierte und/oder beheizbare Zentrifuge zur Trennung wenigstens einer leichteren von wenigstens einer schwereren fließfähigen Phase, wobei der Austrag für die dem Reinmetallbad entsprechende Phase in das Bad unter der Badoberfläche mündet. Die in das Zinkbad bzw. die Badoberfläche eintauchende Überlaufrinne erlaubt das kontinuierliche Abziehen der mit Verunreinigungen bzw. Schlacken angereicherten Phasen, wobei bei der Phasentrennung der Umstand genutzt wird, daß die metallische Reinphase sich im spezifischen Gewicht von der Schlackenphase bzw. von der die Fe2Als-Partikel enthaltenden Phase unterscheidet. Das Reinmetallbad hat in der Regel eine höhere Dichte und gelangt daher in der Zentrifuge rascher nach außen, wobei in der Zentrifuge ein Mantel aus schmelztlüssigem Bad gebildet wird, welcher in entsprechender Weise ausgetragen und in das Bad rückgeführt werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise können Zentrifuge und Pumpe voneinander getrennt ausgebildet sein, sodaß durch Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe sowie entsprechende Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge den jeweils anfallenden in der Zeiteinheit zu reinigenden Massen optimal Rechnung getragen werden kann. Zu diesem Zweck ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß die Rinne an ihrer tiefsten Stelle einen Ablauf aufweist, in welchem eine Förderpumpe, insbesondere Förderschnecke, angeordnet ist und eine Förderleitung angeschlossen ist, welche im in Höhenrichtung mittleren Teil einer um eine vertikale Achse rotierenden Zentrifuge mündet. Bei einer derartigen Ausbildung kann die Zentrifuge mit der jeweils für die Trennung optimalen Geschwindigkeit rotieren und die jeweils zu trennende Menge durch Variation der Pumpenförderleistung angepaßt werden. Dadurch, daß die Förderleitung nun in Höhenrichtung im mittleren Teil einer um eine vertikale Achse rotierenden Zentrifuge mündet, kann eine überaus kompakte Ausbildung geschaffen werden, bei welcher die Zentrifuge unmittelbar über dem heißen Metallbad angeordnet wird und die Leitung weitest- gehend durch das Bad selbst auf der erforderlichen Temperatur gehalten werden kann. Die Mündung im mittleren Bereich einer derartigen Zentrifuge stellt hiebei sicher, daß sich in radialer Richtung der Zentrifuge die beiden Phasen voneinander trennen, wobei die beiden Phasen an den beiden Stirnseiten der Zentrifuge in geeigneter Weise abgezogen werden können. Der Aufwand für die thermische Isolation bzw. gegebenenf lls eine zusätzliche Heizung läßt sich dadurch verringern, daß die Zentrifuge oberhalb der Rinne angeordnet ist, wobei die erforderliche Anpassung an die jeweils zu fördernde Menge in einfacher Weise dadurch gewährleistet werden kann, daß die Zentrifuge und die Pumpe mit gesonderten, jeweils gesondert schalt- oder regelbaren Antrieben verbunden sind.
Um nun die voneinander durch Zentrifugalkraft getrennten Phasen in einfacher Weise gesondert ausbringen zu können, ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß die Zentrifuge an ihrem oberen Ende eine Ringscheibe für den Austritt der innenliegenden leichteren Fraktion und an ihrem unteren Ende wenigstens eine auf größerem Durchmesser als dem lichten Durchmesser der Ring- scheibe liegende Austrittsöffnung für die schwerere Fraktion aufweist.
Eine unmittelbare Rückführung ohne weitere Pumpen oder Leitungen läßt sich in besonders vorteilhafter Weise bei einem derartigen kompakten Gerät dadurch verwirklichen, daß die Austrittsöffnung für die schwerere Fraktion in einen Trichter mündet, welcher die Förderleitung umgreift und unterhalb der Rinne mündet.
Mit Vorteil kann die erfindungsgemäße Ausbildung auch so weiter- gebildet sein, daß die Fördereinrichtung und die Zentrifuge als koaxiale, rotierbar und antreibbar gelagerte, Rohrschüsse ausgebildet sind, wobei der Förderer am Innenumfang des in die Überlaufrinne eintauchenden Rohrschusses wendeiförmig bzw. gewinde- förmig angeordnete Leitflächen trägt und an den dem Zentrifugen- abschnitt entsprechenden Rohrschuß wenigstens zwei in axialer Richtung versetzte Austragsöffnungen angeschlossen sind, welche in axialer Richtung durch eine ringförmige Trennwand mit koaxia- ler Durchtrittsöffnung voneinander getrennt sind. Eine derartige Ausbildung erlaubt es aufgrund der wendeiförmig bzw. gewinde- förmig angeordneten Leitfläche mit der gleichen Einrichtung das Abpumpen bzw. Absaugen des Bades und das Zentrifugieren vor- zunehmen, wobei zur Erzielung der gewünschten Zentrifugalkraft für die sichere Trennung der Phase der Zentrifugenabschnitt einen entsprechend größeren Innendurchmesser aufweist. An diesen Zentrifugenabschnitt mit größerer lichter Weite können im wesentlichen radiale Durchbrechungen für das Abziehen der von- einander separierten Phasen vorgesehen sein, wobei die Durchbrechungen für das Abziehen des Reinzinkbades bzw. Reinmetallbades wiederum unmittelbar in das Bad münden können. Die sichere Trennung der beiden Phasen kann hiebei durch die ringförmige Trennwand verbessert werden. Eine weitere Verbesserung der Trenn- Wirkung kann dadurch erzielt werden, daß die ringförmige Trennwand am Rand der Durchtrittsöffnung zum Förderabschnitt abwärts weisende zum Mantel der Zentrifuge koaxiale Mantelflächen trägt.
Um sicherzustellen, daß beim Absaugen des Bades aus der Über- laufrinne keine Luft angesaugt wird und eine weitere Oxidation des Bades verringert wird, kann die Ausbildung so getroffen sein, daß der Förderer in einen abgesetzten Sumpf der Überlaufrinne eintaucht .
Bei vorgegebener Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge zur Erzielung der gewünschten Trennwirkung muß nun sichergestellt werden, daß für einen entsprechend kontinuierlichen Betrieb die zuströmende Badmenge zur Zentrifuge mit der aus der Zentrifuge ausgetragenen Menge der getrennten Phasen weitestgehend überein- stimmt. Zu diesem Zwecke kann die Ausbildung so getroffen sein, daß der Eintrittsquerschnitt für das flüssige Bad zum abgesetzten Sumpf durch eine verstellbare Blende einstellbar ist.
Um das Austragen der durch Zentrifugieren getrennten Phasen bei einer derartigen Konstruktion zu erleichtern, kann die Anordnung so erfolgen, daß die Rotationsachse der Zentrifuge in einem
Winkel von 0° bis 10°, vorzugsweise 3 bis 5°, zur Normalen auf die Badoberfläche angeordnet ist und daß der Antrieb und die Lagerung der Zentrifuge oberhalb des Badspiegels angeordnet ist. Eine derartige geneigte Anordnung begünstigt das Sammeln des über die radialen Durchbrechungen ausgetragenen Materiales, sodaß dieses beispielsweise unter Einwirkung der Schwerkraft im Falle des Reinzinkbades wiederum in das Zinkbad rückströmen kann. Um den Austrag insbesondere der spezifisch leichteren Schlackenphasen bzw. Legierungsphasen mit in der Regel höheren Schmelzpunkten zu unterstützen und zu begünstigen, ist es vor- teilhaft, wenn zum einen wenigstens eine Austragsöffnung für vom Metallbad verschiedene Phasen mit einer Saugpumpe oder einem Sauggebläse verbunden ist und zum anderen in Achsrichtung der Zentrifuge längs des Mantels der Zentrifuge eine Mehrzahl von gesonderten Heizeinrichtungen angeordnet ist. Die gesonderten Heizeinrichtungen erlauben es den Bereich, in welchem Phasen mit höherem Schmelzpunkt vorliegen, wie beispielsweise oxidische Phasen, entsprechend höher zu erwärmen, um das Austragen des dort anfallenden Materiales durch entsprechende Absenkung der Viskosität zu begünstigen.
Im Falle eines Zinkbades wird in der Zentrifuge das schwerere Zink nach außen an die Trommelwand gedrückt, während die überaus kleinen Feststoffpartikel, deren Durchmesser in der Regel im Mikrometerbereich liegen, an die Innenseite des flüssigen Rota- tionskörpers driften. Zur Abscheidung von Partikeln bestimmter Korngröße existiert jeweils eine bestimmte errechenbare Mindest- verweilzeit in der Trommel, wobei die ringförmige Trennwand zwischen den Austrittsöffnungen für verschiedene Phasen in Kombination mit der abwärts weisenden zum Mantel der Zentrifuge koaxialen Mantelfläche, welche eine Art Abstreifring bildet, die Phasentrennung erleichtert. Das auf diese Weise abgetrennte Reinzink kann durch die radialen Durchbrechungen bzw. Bohrungen im Trommelmantel bzw. der unteren Stirnwand in eine feststehende an der Trommel schleifende Auffangkammer oder einen Auffang- trichter gedrückt werden und in der Folge über einen Abnahmestutzen als Produkt abgezogen werden bzw. unmittelbar in das Bad rückgeleitet werden. Um das Austragen des jeweiligen Produktes zu erleichtern, sind bevorzugt die Böden der Auf angkammern in radialer Richtung zur Badoberfläche abwärts geneigt ausgebildet.
Die von Reinzink verschiedene Phase, welche im Falle von Zink- bädern als Dross bezeichnet wird, gelangt durch die koaxiale Durchtrittsöffnung der Trennwand in eine darüberliegende weitere Kammer, aus welcher sie wiederum über radiale Bohrungen abgezogen werden kann, wobei eine analoge Konstruktion für die Auf- fangkammer gewählt werden kann. Sowohl der Zink- als auch der Drossaustritt liegt bedingt durch die Bauhöhe der Zentrifuge deutlich über dem Badspiegel, sodaß ein natürliches Gefälle für die weitere Verwendung ausgenützt werden kann.
Am Drossaustrittsstutzen kann ein Behälter angebracht werden, an welchem beispielsweise ein Ejektor installiert sein kann, welcher den Aufbau eines Vakuums in der Auffangkammer und im Abzugbereich ermöglicht und damit den Drossabzug unterstützt. Dross ist gegenüber dem Zinkbad wesentlich zähflüssiger und neigt insbesondere bei Stillständen zum Einfrieren. Aus diesem Grund ist in diesem Bereich die Aufheizung auf höhere Temperaturen besonders vorteilhaft. Eine zusätzliche Beheizung der Zentrifuge ist somit in erster Linie im Bereich des Drossabzuges vorteilhaft, da im Bereich oberhalb der Badoberfläche bei entsprechend kleinbauenden Zentrifugen nur relativ geringe Tempera- turverluste in Kauf genommen werden müssen.
Die Zentrifuge selbst ist einseitig gelagert, wobei die Lager durch Preßluft gekühlt werden können. Die hiefür erforderliche Druckluft kann von der Druckseite des oben beschriebenen Ejek- tors abgenommen werden.
Die Regelung und Optimierung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung kann im wesentlichen den Durchsatz, die Trennleistung und die Heizung betreffen und in konventioneller Weise entsprechend den Erfordernissen erfolgen. Die Zulaufmenge aus der Rinne in den Zentrifugensumpf kann in einfacher Weise mit der oben genannten einstellbaren Blende vorgenommen werden. Der konstruktiv einfache Aufbau und die kleinen Baumaße erlauben es die Einrichtung an beliebigen Stellen im Bereich der Badoberfläche zu installieren, um auf die Art und Weise ein kontinuier- lieh und weitestgehend homogenes Abreichern der Badoberfläche von Verunreinigungen sicherzustellen, wobei durch die Rückführung des abgetrennten Zinkes die Zinkverluste und durch die Anordnung thermische Verluste gering gehalten werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform und Fig. 3 eine Ansicht in Richtung der Pfeiles III der Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine für das kontinuierliche Abtrennen von Verunreinigungen und Legierungen sowie Schlacken aus flüssigen Metallbädern geeignete Zentrifuge dargestellt, deren Gehäuse mit 1 bezeichnet ist. Eine Überlaufrinne 2 wird bis unter den mit 3 bezeichneten Badspiegel abgesenkt und erlaubt auf die Art und Weise den Eintritt von oberflächennahen Phasen des Metallbades in die Überlaufrinne . Das auf diese Weise eintretende Material gelangt in einen Pumpensumpf 4, in welchen ein erster Rohrschuß 5 eintaucht, welcher als Wendelförderer ausgebildet ist. An der Innenseite des Rohrschusses 5 sind zu diesem Zwecke wendeiförmig bzw. gewindeförmig angeordnete Leitflächen angeordnet, über welches das in den Pumpensumpf eintauchende Material in Richtung des Pfeiles 6 aufwärts gefördert wird. Das aus mehreren Phasen bestehende Bad gelangt in einen zweiten Rohrschuß 7, welcher koaxial zum ersten Rohrschuß 5 angeordnet ist und als Zentrifuge ausgebildet ist. Die Rohrschüsse 5 und 7 werden hiebei über eine Antriebswelle 8 mit einem Motor 9 verbunden und zur Rotation angetrieben. Die Antriebswelle 8 ist außerhalb des Metallbades in luftgekühlten Lagern 10 gelagert. Das in den Zentrifugenabschnitt bzw. den Rohrschuß 7 eintretende Material wird durch die Rotation der Zentrifuge in voneinander verschiedene Phasen getrennt, wobei eine erste schwerere Phase über radiale Öffnungen 11 in einen Abführstutzen 12 gelangt. Über diesen Abführstutzen 12 kann im Falle eines Zinkbades das spezifisch schwerere Reinzink in flüssiger Form wiederum ausgetragen werden und in das Bad rückgeführt werden.
Spezifisch leichtere Teilchen gelangen in Richtung des Pfeiles 6 aufwärts in eine zweite Kammer 13, welche von der Zentrifugenkammer 14 durch eine ringförmige Trennwand 15 getrennt ist, wobei für den Durchtritt in die obere Kammer 13 eine koaxiale Durchtrittsöffnung 16 vorgesehen ist. Die ringförmige Trennwand weist hiebei abwärts gerichtete zum Mantel der Zentrifuge koaxiale Mantelflächen 17 auf, sodaß eine saubere Trennung der Phasen im Bereich der radialen Durchtrittsöffnung 11 für das Reinbad gewährleistet ist .
An die Zentrifuge sind außen Sammelkammern 18 für das Reinmetall bzw. Reinzink und 19 für die jeweils spezifisch leichtere Phase beispielsweise der Dross bzw. Legierungen des Reinmetalls mit anderen leichteren Metallen oder metallische Oxide, wie z.B. AI2O3 oder A1N angeschlossen, in welche die jeweiligen Abführstutzen münden. Im Bereich des oberen Abschnittes der Zentrifuge sind die radialen Durchbrechungen für den Austrag der leichteren Phase mit 20 bezeichnet, wobei hier Schlacke bzw. Eisen- Aluminium-Legierungen im Fall von Zinkbädern einer Verzinkungs- anlage abgezogen werden können.
Das Gehäuse 1 kann von außen mit Heizeinrichtungen 21 beheizt werden, wobei Isolierungen 22 und 23 vorgesehen sind, um Wärme- Verluste gering zu halten.
Im Bereich des Eintrittsquerschnittes 24 für das Metallbad in den Pumpensumpf 4 ist eine höhenverstellbare Blende 25 zur Einstellung des jeweils gewünschten Eintrittsquerschnittes angeord- net. Da die Zentrifuge unmittelbar oberhalb der Badoberfläche angeordnet ist, sind lediglich geringe Wärmeverluste zu kompensieren, wobei insbesondere im Bereich des Abzuges für die leich- tere Phase Zusatzheizungen das Ausbringen des Materiales begünstigen.
In Fig. 2 und 3 ist eine weitere bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In Fig. 2 ist die Überlaufrinne nunmehr mit 26 bezeichnet und mit asymmetrischen Querschnitt ausgebildet, wodurch außermittig ein Sumpf bzw. ein Abflußtrichter für das Abpumpen von in die Überlaufrinne 26 eingetretenem Material ausgebildet wird. Das Badniveau ist in Fig. 2 schematisch mit 27 angedeutet, wobei die Pumpe hier von einer Schneckenpumpe 28 gebildet ist, welche über einen Antriebsmotor 29 und eine Pumpenwelle 30 angetrieben ist. Die Schnecke 28 kann den Bedürfnissen entsprechend durch den Motor 29 in Rotation gesetzt werden, sodaß das in die Überlaufrinne 26 eingetragene Material in der Folge über die Förderleitung 31 in das Innere einer Zentrifuge 32 verbracht wird. Die Mündung dieser Förderleitung erfolgt hiebei im mittleren Teil der um die vertikale Achse 33 rotierenden Zentrifuge. Die Zentrifuge weist einen Zentrifugenmantel 34 sowie eine untere Stirnfläche 35 und eine von einer Ringscheibe 36 gebildete obere Stirnfläche auf. Die untere Stirnfläche 35 trägt nahe ihrem äußeren Umfang Durchbrechungen 37 für den Durchtritt der spezifisch schwereren gereinigten Metallphase, wohingegen die Ringscheibe 36 nach innen gerichtete Kanten begrenzt, über welche die spezifisch leichtere innere Phase austreten kann, wobei diese spezifisch leichtere Phase in der Folge wiederum in eine äußere Ringkammer 38 und einen entsprechenden Abfluß 39 mündet. Der Antrieb der Zentrifuge wird hier durch den Motor 40, welcher über eine Kupplung 41 mit der axialen Welle 42 der Zentrifuge verbunden ist. Die räum- liehe Trennung des Motors von der Zentrifuge erleichtert in der Folge die Kühlung und Lagerung, wobei die Lagerung schematisch mit 43 angedeutet ist. Mit 44 ist eine Preßluftleitung zur Kühlung der Lagerung bezeichnet.
Wie in Fig. 3 ersichtlich, liegt die Förderleitung 31 außermittig im seitlichen Bereich der Überlaufrinne 26, sodaß der entsprechende Platz für den Antrieb geschaffen wird. Die zentrale Mündung der Förderleitung ist wiederum mit dem Bezugszeichen der Förderleitung 31 bezeichnet, wobei diese Förderleitung nunmehr in der Draufsicht konzentrisch von dem in Fig. 2 bereits ersichtlichen Auffangtrichter 45 umgeben ist. Der Auffangtrichter 45 weist im Inneren der Überlaufrinne 26 einen relativ breiten Trichtermund 46 auf, über welchen das gereinigte Material bzw. die spezifisch schwerere Phase, welche über die Öffnungen 37 in den Trichter gelangt, konzentrisch zur Förder- leitung 31 in das Bad unterhalb der Badoberfläche 27 zurückgeführt wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum kontinuierlichen Abtrennen von Verunreinigungen und Legierungen aus flüssigen Metallbädern, wie z.B. Eisen-Alu- minium-Legierungen, Zinkoxiden oder Mischkristallen aus Zinkbädern, bei welchem das Metallbad abgesaugt, gereinigt und das gereinigte Metallbad rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Badoberfläche flüssige Schlacke und Metall abgezogen werden, daß das abgezogene Schlacken- und Metallbad zentri- fugiert wird und daß das das Reinmetall enthaltende Zentrifugat in das Metallbad unter der Badoberfläche rückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge über der Temperatur des Schmelzpunktes des Metall- bades gehalten oder auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur von Abschnitten der Zentrifuge, aus welchen vom Metallbad verschiedene Phasen abgezogen werden, höher gewählt wird, als die Temperatur des Zentrifugenabschnittes, aus welchen das Metallbad abgezogen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 gekennzeichnet durch eine unter die Bad- Oberfläche (27) absenkbare Überlaufrinne (26), an welche ein Förderer oder eine Pumpe (28) anschließt und eine an den Förderer oder die Pumpe (28) angeschlossene thermisch isolierte und/ oder beheizbare Zentrifuge (32) zur Trennung wenigstens einer leichteren von wenigstens einer schwereren, fließfähigen Phase, wobei der Austrag für die dem Reinmetallbad entsprechende Phase in das Bad unter der Badoberfläche (27) mündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (26) an ihrer tiefsten Stelle einen Ablauf aufweist, in welchem eine Förderpumpe (28), insbesondere Förderschnecke, angeordnet ist und eine Förderleitung (31) angeschlossen ist, welche im in Höhenrichtung mittleren Teil einer um eine vertikale Achse (33) rotierenden Zentrifuge (32) mündet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge (32) oberhalb der Rinne (26) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge (32) und die Pumpe (28) mit gesonderten, jeweils gesondert schalt- oder regelbaren Antrieben (29,40) ver- bunden sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge (32) an ihrem oberen Ende eine Ringscheibe (36) für den Austritt der innenliegenden leichteren Fraktion und an ihrem unteren Ende wenigstens eine auf größerem Durchmesser als dem lichten Durchmesser der Ringscheibe liegende Austrittsöffnung (37) für die schwerere Fraktion aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Austrittsöffnung (37) für die schwerere Fraktion in einen Trichter (45) mündet, welcher die Förderleitung (31) umgreift und unterhalb der Rinne (26) mündet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung und die Zentrifuge als koaxiale, rotierbar und antreibbar gelagerte, Rohrschüsse (5,7) ausgebildet sind, wobei der Förderer (5) am Innenumfang des in die Überlaufrinne (2) eintauchenden Rohrschusses (5) wendeiförmig bzw. gewindeförmig angeordnete Leitflächen trägt und an den dem Zentrifugenab- schnitt entsprechenden Rohrschuß (7) wenigstens zwei in axialer Richtung versetzte Austragsöffnungen (11,20) angeschlossen sind, welche in axialer Richtung durch eine ringförmige Trennwand (15) mit koaxialer Durchtrittsöffnung (16) voneinander getrennt sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsrichtung der Zentrifuge längs des Mantels der Zentrifuge eine Mehrzahl von gesonderten Heizeinrichtungen (21) angeordnet ist.
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