NO142483B - Anordning for filtrering av metallsmelter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for filtrering

av metallsmelter, særlig aluminiumsmelter under anvendelse av et løst masseskikt av granuler og tilførsel av gasser i motstrøm.

Ved rensing av metallsmelter ved hjelp av filtrering av

vedkommende smelte gjennom et løst masseskikt foreligger ved siden av hovedproblemet med hensyn til optimalisering av den egentlige filtreringsprosess også ytterligere pro-

blemer, som gjelder optimal varmehusholdning for smeiten, gjennomløpsbeholderen og masseskiktet, samt i denne for-

bindelse hensiktsmessig utførelse av de arbeidsprosesser som forekommer ved igangsetting og stans av anleggets drift. ■

Fra de norske patentkrifter nr. 128 875 og 129 912 er det prinsippielt kjent anordninger for behandling av smeltet aluminium med det formål å fjerne forurensninger fra aluminium-smelten. I henhold til norsk patentskrift nr. 129 912

føres smeltet aluminium gjennom en gjennomløpsbeholder med to kanmere, hvor det første kammer er fylt med et masseskikt av granuler og tilføres gass i motstrøm gjennom beholderens bunn. Etter behandlingen i det første kammer trenger.så

smeiten inn i det annet kammer, som er et stigekammer og.ikke inneholder masseskikt og ikke tilføres gass. I henhold til det nevnte norske.patentskrift nr. 128 875.er et dobbelt-

kammer av ovenfor angitt art forsynt med et deksel for å ned-sette varmetap ved stråling og unngå oksydasjon av metallet.

Utover dette er varmehusholdningen for smeiten, det løse

masseskikt og gjennomløpsbeholderen, ved tidligere tekniske utførelser ikke vært gjenstand for vesentlig oppmerksomhet,

skjønt nettopp dette problem synes å være av særlig viktighet for en rasjonell og driftsøkonomisk gunstig utførelse av smeltefiltreringen. Hovedproblemet i denne sammenheng er opprettholdelse av driftstemperaturen for anordningen som hel-

het mellom to metall-uttappinger ved diskontinuerlig eller

halvkontinuerlig drift. Herunder må smeltens varmetap under filtreringsprosessen betraktes som den viktigste drifts-parameter. Dette tap bestemmes særlig av smeltens oppholds-tid i det løse masseskikt, hvilket vil si, ved gitte dimen-sjoner av nevnte skikt, gjennomløpsmengden pr. tidsenhet for smeiten. Det har herved vist seg at en økning av gjennom-løpsbeholderens opptaksevne vil påvirke smeltens varmetap på gunstig måte. I tillegg til dette må det tilstrebes å ned-sette de nødvendige oppvarmingsomkostninger i størst mulig grad ved hensiktsmessig konstruksjon av gjennomløpsbeholder og varmeinnretninger, såvel som ved optimal temperaturregulering under filtreringsprosessen. Som særlig årsak til nevnte varmetap anses anordningens foroppvarmingstid, hvis nedsettelse til et minimum særlig bør tilstrebes. Med hensyn til disse problemer i forbindelse med varmehusholdning i gjennomløps-filteret for smeltebehandling foreligger overhode ikke tidligere tekniske løsningsforslag.

Til en<*> hensiktsmessig varmeinnretning må det videre stilles den betingelse at den gjør det mulig å holde anordningen som helhet varm i et hvilket som helst tidsavsnitt mellom to uttappinger av metall, uten at dette går ut over kvaliteten av det fremstilte produkt. Ved anvendelse av oljedrevne brennere, hvorved det fremkommer betraktelige mengder av for-brenningsprodukter, vil det være nødvendig med betraktelige tekniske anstrengninger for løsning av denne oppgave. Heller ikke i forbindelse med dette problem er det tidligere fore-slått noen hensiktsmessig teknisk løsning.

På denne bakgrunn utgjør foreliggende oppfinnelse en videre-utvikling av allerede foreliggende anordninger for smeltefiltrering, idet oppfinnelsen særlig har som formål å for-bedre anordningens varmehusholdning, på sådan måte at noen av de mange ulemper ved tidligere kjente fremgangsmåter for smeltefiltrering kan overvinnes.

Oppfinnelsen gjelder således en anordning for filtrering av metallsmelte, særlig aluminiumsmelte, i en tildekket dobbeltkammerinnretning med et filterkammer som er fylt med filtermaterial i form av løst massegods av granulat og i kammerbunnen er utstyrt med gassinnløp for føring av gass i motstrøm gjennom nedoverstrømmende metallsmelte, samt gjennom en indre overføringskanal står i forbindelse med et stigekammer.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har anordningen som sær-

trekk i henhold til oppfinnelsen at dobbeltkammerinnrethingens tildekning omfatter en permanent varmeinnretning utformet som en kuppel, mens en elektrisk regulator er anordnet for å styre såvel varmeinnretningens varmeutvikling som gasstilførselen til gassinnløpet.

Under drift av anordningen trenger metallsmelten gjennom en innløpskanal inn i filterkammeret og strømmer deretter ned-

over gjennom det løse masseskikt. Samtidig trenger inert gass i form av fine bobler inn i masseskiktet gjennom en eller flere porøse gassinnløpsstener innebygd i bunnen av filterkammeret, og stiger i motstrøm opp gjennom metallsmelten. Denne inerte gass har som oppgave å føre oksyder, hydrogen og andre forurensninger til filterkammerets overflate, hvor de faste forurensninger lett kan tas bort. Etter dette trenger smeiten gjennom kanaler i skilleveggens nedre del inn i stigekammeret, hvorfra smeiten forlater filteranordningen gjennom en utløps-kanal.

I henhold til oppfinnelsen oppnås en vesentlig forbedring av varmehusholdningen under smeltefiltreringen ved en sentral styring av oppvarming og gasstilførsel. Dette nedsetter i vesentlig grad de termiske tap under smeltefiltreringen ved den uungaelige oppvarmingssprosess, samt sørger for å opprett-holde smeltens temperatur mellom to uttap<p>inger av metall.

Den sentrale temperaturregulering i henhold til oppfinnelsen oppnås fortrinnsvis ved hjelp av en elektronisk trepunkts-regulator, to termoelementer samt magnetventiler for for-brenningsgass, kjøleluft og inertgass. Da denne regulering finner sted på grunnlag av temperaturmåling-er henholdsvis ved filterkammerets overflate og ved bunnen av stigekammeret, er det mulig å arbeide med en driftstemperatur nær smeltens størkningspunkt, uten at man derved risikerer at smeiten del-vis størkner, slik det hyppig forekommer i tidligere kjente anordninger. Anordning av oppvarming innenfor et kuppeldeksel tillater videre tilførsel av termisk effekt mest mulig direkte uten påkjenning av kammerveggene, slik det for det meste er tilfellet ved varmeinnretninger i henhold til kjent teknikk på dette område. En sådan varmekuppel kan drives elektrisk eller med gass- eller oljeforbrenning og har under langvarige driftsforsøk vist seg å føre til en reduksjon av varmeomkost-ninger på opptil 37%.

Av største betydning for en optimal varmehusholdning er også en sentral regulering av inertgassens tilførsel til filterkammeret, for derved å unngå at smeiten i for høy grad avkjøles av den kolde gass eller til og med lokalt størkner. Det har ved langvarige driftsforsøk vist seg at denne avkjøling ved hensiktsmessig regulering i vesentlig grad kan begrenses uten at dette går ut over rensningen av smeiten.

Av særlig stor betydning er denne sentrale regulering av oppvarming og avkjøling under de driftsforhold hvor smeiten mellom to metall-uttappinger må holdes varm i dobbeItkammeret i lengre tid. Mens det i henhold til kjent teknikk ikke foreligger noe konkrete løsningsforslag for dette problem, tillater opp-finnelsens anordning at driftstemperaturen o<p>prettholdes i et hvilket som helst rimelig tidsintervall, idet det først etter mer enn 20 timer og bare ved anvendelse av gass- eller oljeoppvarming har vært mulig og påvise noen innflytelse på hydrogeninnholdet i den smelte som ble holdt varm.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av et ut-førelseseksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

Fig. 1 viser et smeltefilter i lengdesnitt,

Fig. 2 viser et smeltefilter i snitt langs linjen II-II i fig. 1,

Fig. 3 viser en planskisse av smeltefilteret, sett ovenfra,

Fig. 4 viser forstørret en detalj angitt ved pilen IV i fig. 1,

Fig. 5 viser forstørret en del av et snitt langs linjen V-V

i fig. 1, og

Fig. 6 er en skjematisk fremstilling av en sentralt regulert varme- og gasstilførselsinnretning.

Det utførelseseksempel av foreliggende gjennomløpsfilter som

er angitt i fig. 1-5, har sylinderform. Det indre sylinder-rom deles av en skillevegg 1 i. to kammere, nemlig et filterkammer 2 og et stigekammer 3. Filteret er utstyrt med flere gassinnløpsstener 6, f.eks. i et antall på syv som er angitt i fig. 3. I den foreliggende utførelsesform har smeltefilteret f.eks. et aktivt filtertverrsnitt på omkring 60 dm og en høyde på filterleiet i området fra 0,7 til 1,0 m. Filterinnløpet 4 og filterutløpet 5 ligger på samme nivå. For oppvarming av anordningen er det anordnet et varmedeksel 7 i form av en kuppel som enten drives med gass- eller oljebrensel eller med elektrisk kraft. I filteret er det innebygd to termoelementer 8, hvorav det ene måler smeltens overflatetemperatur og det andre bunntemperaturen. På grunnlag av den målte bunntemperatur i stigekammeret styres varmedekselet 7 ved hjelp av en elektronisk trepunkts-regulator 9 med tilbakekobling. Gass- eller oljeoppvarmingen finner i foreliggende tilfelle sted i en iso-lert stålkuppel 7, som dekker dobbeltkammeret fullstendig på

oversiden, og hvori en olje- eller gassbrenner 14 av konvensjonell konstruksjon er montert med 40° helning til horisontalplanet. Det innebygde termoelement 8 overfører avfølte temperaturverdier til regulatoren 9. Denne kobler ut brenneren når den innstilte temperaturverdi oppnås, og når temperaturen synker under denne verdi kobles brenneren atter inn. Da luften oppviser en temperatur på over 6 00°C og derfor stiger oppover inne i varmekuppelen 7, og oljebrenneren er montert i skråstilling i forhold til horisontalplanet, er det fordel-aktig å bygge inn en luftkjøling i brenneren 14, således at en tilstrømning av varmluft forhindrer så snart brenneren kobles ut. Denne luftkjøling 15 styres ved hjelp av en elek-tromagnetisk ventil 18 innebygd i luftledningen. Denne ventil åpner lufttilførselen når brenneren er koblet ut, nemlig når den ønskede temperatur er oppnådd i smeltefilteret, når det foreligger strømavbrudd eller når oljetilførselen svikter. Ved den samme lufttilførsel blåses ytterligere forbrenningsluft gjennom en annen ledning, således at en mest mulig fullstendig oljeforbrenning finner sted. Den luft som tilføres oljebrenneren må være fullstendig fri for olje- og vanndamp, enten det dreier seg om kjøleluft eller forbrenningsluft, for

at. forbrenningsproduktene ikke skal påvirke smeltens kvalitet. For dette formål er det å anbefale at en konvensjonell olje-og v^nnutskiller innebygges i lufttilførselen. I det filterkammer som er fylt med et løst masseskikt, befinner det seg i fylt tilstand omkring 600 kg smelte.

Ved igangsetting oppstilles det rengjorte dobbeltkammer på et egnet sted, og filterkammeret 2 fylles til en høyde av 20 til 30 cm med et løst masseskikt av et granulat. Derpå kan innløps-og utløpskanalene 4, 5 monteres. Termoelementet 8 plasseres i eller nær innløpsrennen til stigekammeret 3 og, proppen 13 settes inn for avstengning av uttappingsåpningen 10.

Varmedekselet 7 settes løst ovenpå filteret, således at olje-eller gassbrenneren 14 befinner seg over filterinnløpet 4. Filterinnløpet 4 tilstoppes fullstendig, og filterutløpet 5 fylles i 2/3 deler av sin høyde med isolerende material av asbest. I angitt rekkefølge tilsluttes nå de to tilførsels-ledninger 15 for forbrennings- og kjøleluft, de to oljetil-førselsledninger 16, termoelementet 8, styreledningen 17 for magnetventilen 18 og strømtilførselen 19 (til nettet) for blåsemotoren.

Den elektroniske trepunkts-regulator 9 innstilles på driftstemperaturen og deretter kobles den elektriske strøm inn ved hjelp av hovedbryteren 19. I løpet av omkring 8 timer når så smeltefilteret den valgte driftstemperatur. Ved dette tids-

punkt fylles filterkammeret 2 fullstendig med granulat i løst masseskikt. Derpå avbrytes strømtilførselen og varmedekselet tas av. Hvis masseskiktets granuler tilføres i kold tilstand,

må de forvarmes i 3 til 4 timer ved hjelp av varmedekselet 7,

før smeiten kan tilføres. Hvis imidlertid masséskiktet på

forhånd er oppvarmet til driftstemperatur i en ovn, kan smelte tilføres umiddelbart etter ifyllingen i filterkammeret 2. Det er i alminnelighet funnet å være en fordel å tilføre masséskiktet på ovenfor angitt måte i to omganger, uavhengig av om temperaturen av det ifylte granulat tilsvarer driftstemperaturen, eller om det ifylles i kold tilstand.

Den egentlige filteringsprosess finner sted på følgende måte: Metallsmelten trenger gjennom f ilterinnløpskanalen 4 inn'" i filterkammeret 2 og strømmer nedover gjennom det løse masseskikt. Samtidig strømmer spylegass i form av finfordelte bobler ut

av de porøse gasstilførselsstener som er bygget inn i filterkammerets yttervegg (bunnen eller den nederste del av sideveggene), og stiger i motstrøm opp gjennom metallsmelten og det løse masseskikt. Denne inerte spylegass fører oksyd, oksygen og ytterligere forurensninger til overflaten av metallsmelten.

Der kan de faste forurensninger lett fjernes. Den således rengjorte smelte strømmer gjennom kanaler ved foten av skilleveggen

1 inn i stigekammeret 3, hvorfra smeiten strømmer videre ut

1 utløpskanalen 5.

Før metallsmelten tilføres må det sørges for at filterkammeret

2 er fylt med løst masseskikt, og at driftstemperaturen er

nådd ved bunnen av stigekammeret 3. Videre må innløp- og utløpskanalen 4, 5 være montert, og en eventuell skjerm for forhøyning av skilleveggen 1 må være i beredskap, mens spyle-gasstilførselen 20 må være stengt. Derpå tas varmedekselet 7 av og isoleringsmaterialet fjernes fra inn- og utløpskanalen

4, 5. Etter dette anordnes evenuelle skjermer, hvorpå smeiten tillates å strømme inn i filterkammeret, samtidig som den nødvendige mengde spylegass tilføres. Metallsmelten strømmer gjennom innløpskanalen 4 inn i filterkammeret 2 og derpå gjennom det løse masseskikt. Deretter trenger smeiten frem under skilleveggen 1 og inn i stigekammeret 3, hvorfra den kan strømme ut i utløpskanalen 5.

Under gjennomstrømningen av metallsmelte bør spylegassmengden være slik innstilt at det oppnås en ensartet boblefordeling og smeiten ikke nedkjøles sterkere enn nødvendig. Hvis det foreligger en sterk forurensning av smeltens overflate, må denne på konvens.ipnell måte avskummes i f ilterkammeret 2 fra tid til annen.

Ved opphør av smeltetilførselen avstenges spylegassen, smelte-overflaten avkummes og eventuelle skjermer fjernes. Hvis det forløper en lengere tid mellom to metall-filtreringer, f.eks. ved forandring av den legering som skal filtreres, tappes den foreliggende smelte ut gjennom tappeåpningen 10 ved at proppen 13 fjernes, således at.filtreringen av den annen legering derpå umiddelbart kan finne sted.

Hvis det ved intermitterende drift av smeltefilteret etter et

forholdsmessig kort opphold atter tilføres smelte, kan det avstås fra uttapping av smelte, idet smeiten i dobbeltkammeret i stedet holdes varm den nødvendige tid. For dette formål

tilstoppes innløpet 4 fullstendig og utløpet 5 fylles til 2/3

av sin høyde. Deretter settes varmedekselet 7 atter på og varmeeffekten kobles inn. Ved en varmholdhingstid på 2,5 timer var det ved et driftsforsøk ikke mulig å fastslå noen vesentlig innflytelse av olje- eller gassforbrenningen på hydrogeninnholdet i smeiten. Først etter varmholdningstider på over 20 timer ble det funnet at smeiten etter gjennomgang gjennom filteret hadde større hydrogen-innhold enn før gjennomgangen. Ved innsetting av en vann- og oljeutskiller i tilførselsledningen for kjøle- og forbrenningsluft 15, kunne imidlertid denne nega-tive innflytelse i høy grad unngås, således at metallsmelten uten vesentlig ufordelaktig påvirkning kunne holdes varm i gjennomløpsbeholderen i nesten enhver tid som kan være aktuell i praksis.

Claims (3)

1. Anordning for filtrering av metallsmelte, særlig aluminiumsmelte, i en tildekket dobbeltkammerinnretning (2,3) med et filterkammer (2) som er fylt med filtermaterial i form av løst massegods av granulat og i kammerbunnen er utstyrt med gassinnløp (6) for føring av gass i motstrøm gjennom nedoverstrømmende metallsmelte, samt gjennom en indre over-føringskanal står i forbindelse med et stigekammer (3), karakterisert ved at dobbeltkammer-innretningens tildekning (7) omfatter en permanent varmeinnretning utformet som en kuppel, mens en elektrisk regulator (9) er anordnet for å styre såvel varmeinnretningens varmeutvikling som gasstil-førselen til gassinnløpét (6).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at en brenner (14), fortrinnsvis for hydrokarboner er anordnet i tildekningen (7) for oppvarming av dobbeltkammer-innretningen ovenfra.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den elektriske regulator utgjøres av en trepunkt-regulator (9) som er forbundet med minst to termoelementer (8), hvorav fortrinnsvis det ene er anordnet ved metallsmeltens overflate i filterkammeret (2) og det annet ved bunnen av stigekammeret (3), samt er tilkoblet brenneren (14).