HU184849B - Equipment for the raffination of metal melts - Google Patents

Description

A találmány tárgya berendezés fémolvadékok finomítására, bevezetőkamrával, terelőlappal elválasztott első és második finomítókamrával, valamint az első finomítókamrától fallal elválasztott ürítőkamrával, ahol a kamrák olyan közös fenékrésszel vannak kialakítva, amelynek bevezetőkamrájából a fémolvadékot az első finomítókamra felső részébe vezető járata van, a második finomítókamra és az ürítőkamra alja az első finomítókamrán és a terelőlapon át olyan elvezetőjárattal van összekötve, amelynek felső- és fenéklapja, továbbá két oldalfala van, az ürítőkamra pedig kivezetőnyílással van ellátva és a finomítókamrák közepén olyan forgó gázbevezetők vannak elhelyezve, amelyek felső része hajtóműhöz csatlakozik, alsó része pedig forgórésszel van ellátva.

A berendezés elsősorban alumínium, magnézium, réz, cink, ón, ólom és ezek ötvözeteit tartalmazó olvadékok finomítására alkalmas.

Fémolvadékok finomítására többféle berendezés ismeretes. Ilyen berendezést ismertet például a 3 743 263 számú USA szabadalmi leírás. Ennél a megoldásnál a fémfinomításhoz alkalmazott üstben a fémolvadékon át finoman eloszlatott gázbuborékokat vezetnek. A rendkívül kisméretű buborékok deszorpció útján kivonják az olvadékból a hidrogént, míg az egyéb nemfémes szennyezők flotáció útján a salakrétegbe kerülnek. A gázbuborékok bejuttatása a fémolvadékba és eloszlatása a forgó gázbevezető szerkezet segítségével történik. Ez egyidejűleg az olvadékot is jelentős mértékben kavarja. Az olvadékban fellépő turbulens áramlás a kisméretű nemfémes részecskéket nagyobb darabokká agglomerálja, ezek azután felszállnak a fémolvadék felszínére, a gázbuborékok hatására. A fémolvadék áramlása ugyanakkor biztosítja a bepermetezett gáz egyenletes eloszlását és keveredését az olvadékkal, továbbá megakadályozza azt, hogy az edény belsejében lerakódás vagy oxidképződés lépjen fel. A fémolvadékból kivált nemfémes szennyeződéseket a salakkal együtt távolítják el a rendszerből, míg a deszorbeált hidrogént az elhasznált gázzal együtt vezetik el.

A bemutatott technológia megvalósítása olyan berendezésben történik, amelyben a finomítandó fémolvadék bevezetőkamrán át folyik az első finomítókamrába egy terelőlapon keresztül. Az első finomítókamrából a fém egy második finomítókamrába kerül és mindkét finomítókamrában külön forgó gázbevezető van elhelyezve. Végül a fémolvadékot elvezetőcsövön át juttatják az ún. ürítőkamrába, amely a jobb helykihasználás érdekében a bevezetőkamra mellett, a berendezés ugyanazon végén van elhelyezve (lásd az említett 3 473 263 számú USA szabadalmi leírás 4. és 5. ábráját). Ez a kompakt elrendezés egy igen kedvező, viszonylag kisméretű berendezést eredményez.

Jóllehet ez a kisméretű, kompakt berendezés jól bevált a gyakorlatban, maximális finomítókapacitása 27 216 kg fém/óra. Számos alumíniumkombinátban azonban ennél jóval nagyobb mennyiségű fém finomítására van igény, hely azonban nem áll rendelkezésre althoz, hogy a létező rendszer kibővített változatát, egy három kamrát és három gázbevezetőt tartalmazó berendezést állítsanak be. Ezen túlmenően egy ilyen berendezés kialakításával elveszne az az előny is, hogy a bevezetés és kivezetés ugyanazon az oldalon történik.

A jelen találmánnyal ezért olyan berendezés kialakítása a célunk fémolvadékok finomítására, amely lehetővé teszi az ismert megoldások kapacitásának jelentős növelését anélkül, hogy méreteit növelni kellene.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a bevezetőkamrával, terelőlappal elválasztott első és második finomítókamrával, valamint az első finomítókamrától fallal elválasztott ürítőkamrával ellátott berendezésben az elvezetőjárat úgy van kialakítva, hogy felső lapja a kivezetőkamra felé lejt és a vízszintessel 5—15°-os szöget zár be és végei a terelőlappal, illetve az első finomítókamra és a bevezetőkamra közötti fallal egy vonalban vannak.

A találmány további részleteit kiviteli példákon rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakjának felülnézete, a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott megoldás II-II metszete, a

3. ábra a találmány szerinti finomító berendezés elvezető járatának metszete, a

4. ábra az elvezető járat egy másik kiviteli alakjának metszete, az

5. ábra az elvezető járat egy további kiviteli alakjának metszete, és a

6. ábra egy kivezetőjárat hosszmetszete.

A találmány szerinti megoldás kialakítása során az első lépés annak meghatározása volt, hogy mi határolja be az ismert, jól bevált berendezés kapacitását. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy a kapacitás korlátja ennél a megoldásnál az a szintkülönbség, amely a berendezésbe beáramló fémolvadék és az azt elhagyó finomított fémolvadék szintje között van. A 27 216 kg/órás maximális kapacitásnál ez a szintkülönbség 50—75 mm, azaz a bevezetés szintje ennyivel van magasabban az elvezetés szintjénél. Az ismert berendezés kialakítása rendkívül megnehezíti, sőt gyakorlatilag lehetetlenné teszi ennek a maximális teljesítménynek a közelében történő üzemelés esetén nagyobb szintkülönbség kialakítását. Ha ugyanis ezt a szintkülönbséget fokozzuk, nagyobb áramlási sebességek alakulnak ki, aminek következtében fokozódik annak a veszélye, hogy az olvadék felszínén úszó salak keveredik a finomított fémolvadékkal. Minél nagyobb az említett szintkülönbség, a keveredés veszélye is annál nagyobb. Emellett a nagyobb fémolvadék áramlási sebesség növeli az olvadék súrlódását is, elsősorban az elvezetőcsőben, ami viszont további szintkülönbségnövekedést eredményez.

A nagyobb áramlási sebességek a forgó gázbevezetők nagyobb fordulatszámát is igénylik, tehát a gázbevezetés fokozását is, alihoz, hogy azonos minőségű finomítást lehessen biztosítani. A gázbevezetők forgási sebességének növelése és a gázbevezetés fokozása viszont ugyancsak a szintkülönbséget növeli. A megoldás tehát csak úgy látszott lehetségesnek, ha a szintkülönbséget a megfelelő korlátok között tartjuk és kiküszöböljük az ezzel járó problémákat.

Az 1. és 2. ábrán látható, hogy a fémolvadék az 1 nyíl irányában érkezik a 2 bevezetőkamrába, majd innen kerül a 3 első finomítókamrába. Itt van elhelyezve az első 4 forgó gázbevezető. A 2 bevezetőkamra a többi kamrától abban különbözik, hogy tulajdonképpen inkább csak egy zóna, mintsem egy önálló kamra. Gyakorlatban lényegében a bevezetőcsatorna, illetve csőrész meghosszabbítása, amely a 3 első finomítókamra felé hajlik, mint egy csúszda. Ez vezeti a fémolvadékot,

184 849 mint mondottuk, kívülről a 3 első finomítókamra felső: részébe. A 3 első Finomítókamrából a fémolvadék 5 terelőlapon át jut a 6 második finomítókamrába, ahol a második 8 forgógázbevezető van elhelyezve? Innen az anyag a grafitból készült 11 elvezetőjáraton át áramlik a 12 ürítőkamrába és onnan a 13 nyíl irányában a berendezésen kívülre.

A berendezésben lévő salakot a 2 bevezetőkamra felé, az 1 nyíllal szembe tereljük és időnként lehúzzuk.

A berendezésben kialakított tereket kívülről téglatest alakú burkolat veszi körül. Ennek első rétege a 14 külső fal, amely fémköpenyből és hőálló szigetelőrétegből áll. Ezt követi a 15 üreg, amelyben a rajzon nem látható fíítőelemek vannak elhelyezve. A 15 üreget belülről 16 öntöttvas héj határolja. A legbelső réteg 17 grafitbélés, amely a finomítókamrák falának legnagyobb részét lapok formájában határolja. Ugyancsak grafitlapokkal van kibélelve a bevezetőkamra és az ürítőkamra falának nagy része is. A 17 grafitbélés mellett a maradék falfelület szilíciumkarbidból vagy cirkonból készült 18 béléslemezekkel van határolva. A 3 első finomítókamra és a 12 ürítőkamra közötti falat szilíciumkarbidból készült 32 béléslemez választja el. ,

A 3 első finomítókamra, 6 második finomítókamra és 12 ürítőkamra közös fenékrésze ugyancsak 17 grafit-: béléssel van ellátva. Természetesen a fenékrész kialakít-i ható több külön lapból is. A 18 béléslemezen 33 csőrrész van kialakítva, ez képezi a fémolvadék kivezetőjáratát. Hasonló csőr-rész van kialakítva a 2 bevezetőkamrában is, ez azonban az ábrán nem található. Ezeknek á csőr-részeknek a fenékszintje adja a fémolvadék belépésének és kilépésének szintjét, azaz a szintkülönbséget.

Az egész berendezés a 21 fedéllel van lezárva. ;

Az eddig leírt kialakítás, a 11 elvezetőjárat és az 5 terelőlap kivételével lényegében megegyezik a hivatkozott hagyományos megoldással. Mint már mondottuk, találmányunk lényege a 11 elvezetőjárat különleges kialakítása és összhangba hozása a hagyományos megoldással, továbbá az egyébként ismert, de ebben a berendezésben nem használatos magasabb terelőlap alkalmazása, amelynek felső éle közvetlenül a fémolvadék szintje alatt van, azaz abban a pontban, ahol a fémolvadék szabadon áramolhat az egyik kamrából a másikba, amikor a berendezés üzemen kívül van. A terelőlap magasságának meghatározására még a későbbiekben visszatérünk.,

A rajzokon látható, hogy all elvezetőjárat az 5 J terelőlapnál kezdődik és egészen a 12 ürítőkamráig tart.' Célszerűen all elvezetőjárat nem nyúlik be sem a 6 második finomítókamrába, sem a 12 ürítőkamrába. Ennek megfelelően a 11 elvezetőjárat végei egy síkban vannak a. 3 első finomítókamrát határoló 5 terelőlappal, illetve a 12 ürítőkamrát határoló 32 béléslemezzel.

All elvezetőjárat tulajdonképpen egy mindkét végén nyitott cső, amely négy határolőlapból: a felső lapból, két oldallapból és a vízszintes fenéldapbóí áll. Mint már mondottuk, all elvezetőjárat 23 felső lapja lejt a kivezetés felé és célszerűen 5-15°-os szöget zár be a vízszintessel. Igen előnyös lejtési szögnek bizonyult a 710 -os tartomány.

All elvezetőjárat maximális szélességét a 4 forgó gázbevezető rotorjának átmérője határozza meg. Ennek természetesen szabad forgást kell biztosítani. Annak érdekében, hogy a szintkülönbséget a minimális értéken tartsuk, célszerűnek látszana all elvezetőjárat szélességét ezen korláton belül a maximálisra választani. Minél nagyobb teret veszünk azonban el a finomítózónából erre a célra, annál nagyobb rotor forgási sebesség szükséges ugyanazon tisztítóhatás elérésére, továbbá minél kisebb a rés a 11 elvezetőjárat fala és a rotor között, annál nagyobb a veszélye annak, hogy szilárd szennyezők kerülnek ebbe a résbe és eltörik a lapátokat vagy magát a tengelyt.

A 3., 4. és 5. ábrán a 11 elvezetőjárat különböző kiviteli alakjainak keresztmetszetét mutatjuk. Ezek a keresztmetszetek úgy vannak kialakítva, hogy maximális átáramlási teret biztosítanak, ugyanakkor minimális teret választanak le a finomítási zónából,

A 3. ábrán látható megoldásnál a 16 öntöttvashéj fenékrészét és oldalfalát borító 17 grafitbélésbe hajlított hőálló 22 formadarab van beillesztve. Ez a 22 formadarab képezi a 11 elvezetőjárat egyik oldalfalát és felső lapját. Látható, hogy így a 11 elvezetőjárat nem szögletes sarokkal van határolva, hanem ívelt fallal, ami kevésbé akadályozza az áramlást a finomítózónában. A 4. és 5. ábrán látható megoldások hasonló kialakítások, azzal az eltéréssel, hogy all elvezetőjáratot egyetlen darabból alakítjuk ki, mindkét esetben. Ehhez a 16 öntöttvasliéj 17 grafitbélését részben eltávolítjuk és így illesztjük be a 11 elvezetőjáratot alkotó formadarabot.

A 4. ábra szerinti kiviteli alak véleményünk szerint ε legcélszerűbb megoldás, de ha a 11 elvezetőjáratot grafitból készítjük, a legegyszerűbb az 5. ábrán bemutatott megoldás, minthogy ezt forgácsolással lehet kialakítani.

Általában ökölszabályként azt lehet figyelembe venni, hogy a 11 elvezetőjárat szélessége legalább fele, de legfeljebb háromnegyede a 17 grafitbélés és a rotor palástja közötti tálvolságnak. Emellett all elvezetőjárat és az 5 terelőlap kialakítása célszerűen olyan, hogy más nyílást nem tartalmaz. Ugyanez vonatkozik a 32 béléslemezre is. Amint az a 3., 4. és 5. ábrán jól látható, all elvezetőjárat előnyös elhelyezése a fenéklap és az oldal határán van. Maga a járat, mint látható, egyenes és fokozatosan csökkenő magasságú járat, a 6. ábrán bemutatandó kialakítással.

A 6. ábra mellett még a 2. ábrán figyelhetők meg a 11 elvezetőjáratban kialakuló áramlási viszonyok. Mindkét ábrán a fémolvadék a 11 elvezetőjáraton keresztül a 27 nyíl irányában halad. A 8 forgó gázbevezető hatására apró 25 buborékok jutnak a 11 elvezetőjáratba, és a 26 nyíllal ábrázolt felfelé haladó ívelt pályán mozognak. Ezek a 25 buborékok összegyűlnek és nagyobb 24 buborékok formájában a 11 elvezetőjárat 23 felső lapjára fekszenek. Itt a felhajtóerő és a lejtés következtében a 28 nyíl irányában visszajutnak a finomítózónába.

Ha a 8 forgó gázbevezető viszonylag nagy sebességgel forog, a nagy turbulencia következtében néhány nagyobb 29 buborék a 2. ábrán látható módon áthaladhat a 11 elvezetőjáraton és a 31 nyíl irányában bejuthat a 12 ürítőkamrába. Az ürítőkamrában azonban buborékok jelenléte nem kívánatos, minthogy ezek a felszínre emelkednek és felszíni turbulenciát okoznak. Ebből következően a felszínen lebegő salak, illetve oxidzárványok visszakerülhetnek a fémolvadékba és így az egész finomítás! folyamat eredményét tönkreteszik.

Jóllehet a 11 elvezetőjáratnak a találmány szerinti kialakítása gyakorlatilag megakadályozza a kisebb buborékok átáramlását a 11 elvezetőjáraton mind normál, mind nagyobb forgási sebességek esetén és a nagyobb

-3184 849 buborékok keresztülhaladását sem teszi lehetővé normál üzemelési sebességnél, célszerű biztosítani, hogy a maximális forgási sebességnél se tudjanak még a nagyobb buborékok sem áthaladni all elvezetőjáraton. Ezért a 23 felső lapon all elvezetőjárat végéhez közel 30 perem van kialakítva. Ez a 30 perem a 6. ábrán látható módon megakadályozza all elvezetőjárat végébe került nagyobb 29 buborékok kijutását. Minthogy az áramlási viszonyok all elvezetőjáratban állandóan változnak, a 29 buborékot kifelé hajtó turbulencia is rövid időn belül megváltozik és lehetővé válik, hogy ezek a 29 buborékok is a felhajtóerő segítségével a 28 nyíl irányában elhagyják all elvezetőjáratot.

Az 5 terelőlapot célszerűen olyan magasra kell kialakítani, amennyire lehet, hogy le tudja választani a salakréteget a fémolvadékról a 2 bevezetőkamrában.

A berendezés üzemen kívüli állapotában, azaz amikor finomítás nem történik, a fémolvadék szintje leszáll a 2 bevezetőkamra vagy a 12 ürítőkamra csőrrészének szintjéig. Az 5 tereíőlap felső élének egy kevéssel, kb. 38 mmrel e fölött a szint fölött keli lenni, hogy még ne akadályozza a salaknak a finomítózónából a bevezetőzónába történő szabad áramlását.

Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy a találmány szerinti berendezéssel nem csupán a fémolvadék átáram- 25 lásának sebességét tudtuk fokozni, hanem jobb minőségű finomítást lehetett elérni azáltal, hogy fokoztuk a forgás, illetve a gázbevezetés sebességét. Azt tapasztaltuk, hogy az áramlási sebesség, forgási sebesség és gázbevezetési sebesség tetszőleges kombinációját lehetett megvalósítani anélkül, hogy a maximális megengedett szintkülönbséget elértük volna.

mítókamrával, valamint az első finomítókamrától fallal elválasztott ürítőkamrával, ahol a kamrák olyan közös fenékrésszel vannak ellátva, amelynek a fémolvadékot a bevezetőkamrából az első finomítókamra felső részébe 5 vezető járata van, a második finomítókamra és az ürítőkamra alja az első finomítókamrán és a terelőlapon át olyan elvezetőjárattal van összekötve, amelynek felső és fenéklapja, valamint két oldalfala van, továbbá az ürítőkamra kivezetőnyílással van ellátva és a finomító10 kamrák közepén olyan forgó gázbevezetők vannak elhelyezve, amelyek felső része hajtóműhöz van csatlakoztatva, alsó része pedig forgórésszel van ellátva, azzal jellemezve, hogy az elvezetőjárat (11) felső lapja (23) az ürítőkamra (12) felé lejt és a vízszintessel 5-15°-os 15 szöget zár be, végei pedig a terelőlappal (5), illetve az első finomítókamra (3) és a bevezetőkamra (2) közötti fallal egy vonalban vannak.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az elvezetőjárat (11) felső lapja (23) a vízszintessel 7-10°-os szöget zár be.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az elvezetőjárat (11) felső lapja (23) és a forgó rész felé eső oldalfala ivelten van csatlakoztatva.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az elvezetőjárat (11) felső lapjának (23) belső oldalán, az ürítőkamra (12) felőli részen befelé nyúló perem (30) van kialakítva.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti beren30 dezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az elvezetőjárat (11) egyetlen darabból van kialakítva és az első finomítókamra (3) fenék-, illetve oldalfalába van beágyazva.

Claims (1)

1. Berendezés fémolvadékok finomítására, bevezetőkamrával, terelőlappal elválasztott első és második fino6 db ábra