NO900760L - PROCESSOR AND APPARATUS FOR AA BLOW GAS INTO MOLD METAL. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunnThe background of the invention

Oppfinnelsen angår metoder for å blåse gass inn i smeltet metall og mer spesielt en metode for jevnt å blåse gass inn i smeltet metall som pumpes gjennom en kanal. The invention relates to methods of blowing gas into molten metal and more particularly a method of uniformly blowing gas into molten metal which is pumped through a channel.

Teknikkens standState of the art

Når smeltede metaller bearbeides, er det av og til nødvendig å behandle metallene med gass. Det er for eksempel vanlig å blåse gasser, som nitrogen, klor og argon, inn i smeltet aluminium og smeltede aluminiumlegeringer for å fjerne uønskede bestanddeler, som hydrogengass, ikke-metalliske inneslutninger og alkalimetaller. Gassene til-satt til det smeltede metall reagerer kjemisk med de uønskede bestanddeler for å omvandle disse til en form When molten metals are processed, it is sometimes necessary to treat the metals with gas. For example, it is common to blow gases, such as nitrogen, chlorine and argon, into molten aluminum and molten aluminum alloys to remove unwanted constituents, such as hydrogen gas, non-metallic inclusions and alkali metals. The gases added to the molten metal react chemically with the unwanted constituents to convert them into a form

(som en utfelling, et dross eller en uoppløselig gassfor-bindelse) som lett kan separeres fra resten av det smeltede metall. Som her anvendt skal henvisning til "smeltet metall" bety et hvilket som helst metall, som aluminium, magnesium, kobber, jern og legeringer derav, som kan utsettes for gass-rensing. Dessuten skal betegnelsen "gass" bety en hvilken som helst gass eller kombinasjon av gasser, innbefattende argon, nitrogen, klor, freon, svovelhexafluorid og lignende gasser, som har en rensende virkning på smeltede metaller som de blandes med. (such as a precipitate, a dross or an insoluble gas compound) which can be easily separated from the rest of the molten metal. As used herein, reference to "molten metal" shall mean any metal, such as aluminum, magnesium, copper, iron and alloys thereof, which may be subjected to gas purging. Also, the term "gas" shall mean any gas or combination of gases, including argon, nitrogen, chlorine, freon, sulfur hexafluoride and similar gases, which have a cleaning effect on molten metals with which they are mixed.

I det spesielle tilfelle at smeltet metall er blitt smeltet i en flammeovn, utføres gassinnblåsing typisk ved å neddykke en pumpe for smeltet metall i det smeltede metall og ved å blåse gassen gjennom en ledning inn i pumpens ut-løpskanal. Egnede gassinnblåsingspumper av den beskrevne type er tilgjengelige i handelen fra Metaullics Systems, In the special case that molten metal has been melted in a flame furnace, gas injection is typically performed by immersing a molten metal pump in the molten metal and blowing the gas through a line into the pump's outlet channel. Suitable gas injection pumps of the type described are commercially available from Metaullics Systems,

31935 Aurora Road, Solon, Ohio 44139, under modellbetegnelsen JOO-CSD-C^. I pumpene som det her er henvist til, blir gassen blåst inn gjennom et såkalt flussmiddelrør eller inn-blåsingsrør med en innvendig diameter av ca. 12,7 mm. Fluss-middelrøret blir tilkoplet til pumpens uttømningskanal langs kanalens øvre side. 31935 Aurora Road, Solon, Ohio 44139, under the model designation JOO-CSD-C^. In the pumps referred to here, the gas is blown in through a so-called flux pipe or blow-in pipe with an internal diameter of approx. 12.7 mm. The flux pipe is connected to the pump's discharge channel along the upper side of the channel.

Selv om pumpene som det her er henvist til, funksjonerer godt hva gjelder å blåse den rensende gass inn i det smeltede metall, er visse problemer ikke blitt tatt hånd om. Ett av disse problemer angår blanding av den rensende gass så jevnt som mulig med det smeltede metall som pumpes. Fordi gassen blir blåst inn gjennom et forholdsvis stort rør på et enkelt innblåsingspunkt, blir forholdsvis store bobler (begynnelsesbobler) av gass uttømt i det smeltede metall. Det er bare høyhastighetsstrømmen av smeltet metall som skjærer boblene som befinner seg under dannelse, til et stort antall av findispergerte, mindre bobler. Det smeltede metalls hastighet som er avhengig av rotasjons-hastigheten for pumpens impeller, regulerer således reak-sjonshastigheten, med mindre bobler, mellom gassen og metallet. Although the pumps referred to here function well in blowing the cleaning gas into the molten metal, certain problems have not been addressed. One of these problems concerns mixing the cleaning gas as evenly as possible with the molten metal being pumped. Because the gas is blown in through a relatively large tube at a single injection point, relatively large bubbles (initial bubbles) of gas are exhausted into the molten metal. It is only the high velocity flow of molten metal that cuts the bubbles that are being formed into a large number of finely dispersed, smaller bubbles. The speed of the molten metal, which is dependent on the rotation speed of the pump's impeller, thus regulates the reaction speed, with smaller bubbles, between the gas and the metal.

Det er ønskelig at gassen skal kunne blåses jevnt inn i det smeltede metall i form av meget små begynnelsesbobler slik at den intime blanding av gass og smeltet metall vil finne sted så hurtig som mulig. Det vil også være ønskelig å være istand til å injisere mindre bobler og dis-pergere disse så hurtig som mulig ved alle pumpehastigheter, innbefattende meget lave hastigheter. It is desirable that the gas should be able to be blown evenly into the molten metal in the form of very small initial bubbles so that the intimate mixture of gas and molten metal will take place as quickly as possible. It would also be desirable to be able to inject smaller bubbles and disperse these as quickly as possible at all pump speeds, including very low speeds.

Oppsummering av oppfinnelsenSummary of the invention

Det tilveiebringes ved den foreliggende oppfinnelse en ny og forbedret metode for å blåse gass inn i smeltet metall og som tar hånd om de ovennevnte problemer. Et apparat ifølge oppfinnelsen innbefatter en kanal gjennom hvilken smeltet metall kan føres. Et stort antall åpninger er anordnet rundt kanalens omkrets, og en anordning for å blåse gass gjennom åpningene er anordnet. The present invention provides a new and improved method of blowing gas into molten metal which takes care of the above problems. An apparatus according to the invention includes a channel through which molten metal can be passed. A large number of openings are provided around the circumference of the channel, and a device for blowing gas through the openings is provided.

I henhold til den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen utgjør kanalen utløpet fra en pumpe for smeltet metall, og åpningene er definert av en dispergerings-anordning av porøst medium som er anordnet i kanalen slik at den danner en del av kanalens innvendige vegg. Mediadispergeringsanordningen er fortrinnsvis laget av et porøst medium av underkeramiske korn, men den kan være laget av andre materialer, innbefattende grafitt. Anordning for innblåsing av gass innbefatter et omkretsmessig anordnet spor som er dannet rundt mediadispergeringsanordningen, idet sporet befinner seg i fluidkommunikasjon med en trykkgasskilde. According to the preferred embodiment of the invention, the channel constitutes the outlet from a pump for molten metal, and the openings are defined by a dispersing device of porous medium which is arranged in the channel so that it forms part of the channel's inner wall. The media dispersion device is preferably made of a porous medium of sub-ceramic grains, but it may be made of other materials, including graphite. Device for blowing in gas includes a circumferentially arranged track which is formed around the media dispersing device, the track being in fluid communication with a pressurized gas source.

Oppfinnelsen innbefatter også en fremgangsmåte forThe invention also includes a method for

å blåse gass inn i smeltet metall, idet fremgangsmåten omfatter de trinn at det smeltede metall ledes gjennom en kanal med et på forhånd bestemt tverrsnitt, et stort antall åpninger anordnes i kanalen rundt kanalens omkrets, og gass blåses inn i det smeltede metall gjennom kanalens åpninger. blowing gas into molten metal, the method comprising the steps of passing the molten metal through a channel with a predetermined cross-section, arranging a large number of openings in the channel around the circumference of the channel, and gas being blown into the molten metal through the openings of the channel .

I henhold til den foretrukne utførelses form av oppfinnelsen definerer tverrsnittet en sirkel, og åpningene er definert av en mediumdispergeringsanordning av porøs keramikk. According to the preferred embodiment of the invention, the cross-section defines a circle, and the openings are defined by a porous ceramic medium dispersion device.

Når den foreliggende oppfinnelse benyttes, blir gassen blåst jevnt inn i det smeltede metall rundt kanalens omkrets. Fordi gassen ledes gjennom en porøs mediumdispergeringsanordning, blir dessuten usedvanlig små gass-bobler uttømt i det smeltede metall. Når meget små bobler innblåses og disse innblåses jevnt rundt kanalens omkrets, blir gassen intimt blandet med det smeltede metall i løpet av meget kort tid. Utmerkede resultater oppnås ved alle pumpehastigheter. When the present invention is used, the gas is blown evenly into the molten metal around the circumference of the channel. Furthermore, because the gas is passed through a porous medium dispersion device, exceptionally small gas bubbles are discharged into the molten metal. When very small bubbles are blown in and these are blown in evenly around the perimeter of the channel, the gas is intimately mixed with the molten metal within a very short time. Excellent results are achieved at all pump speeds.

Oppfinnelsen er nedenfor nærmere beskrevet i forbindelse med de ledsagende tegninger. The invention is described below in more detail in connection with the accompanying drawings.

Kortfattet beskrivelse av tegningenBrief description of the drawing

Fig. 1 er et perspektivoppriss av en beholder som inneholder smeltet metall og i hvilken et gassinnblåsingsapparat er blitt neddykket, Fig. 2 er et tverrsnittsriss gjennom gassinnblåsings-apparatet ifølge Fig. 1 med en gassinnblåsingsledning som er vist ut av sin korrekte stilling for å forenkle illustrasjonen, Fig. 3 er et tverrsnittsriss gjennom apparatet ifølge Fig. 1 tatt langs et plan angitt ved linjen 3-3 på Fig. 2, og Fig. 4 er et lignende riss som vist på Fig. 3 og viser Fig. 1 is a perspective elevation of a vessel containing molten metal into which a gas injection apparatus has been immersed, Fig. 2 is a cross-sectional view through the gas injection apparatus of Fig. 1 with a gas injection line shown out of its correct position for convenience the illustration, Fig. 3 is a cross-sectional view through the apparatus according to Fig. 1 taken along a plane indicated by the line 3-3 in Fig. 2, and Fig. 4 is a similar view as shown in Fig. 3 and shows

en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen.an alternative embodiment of the invention.

Beskrivelse av den foretrukne utførelsesformDescription of the preferred embodiment

På Fig. 1-3 er et gassinnblåsingsapparat ifølge oppfinnelsen angitt generelt ved henvisningstallet 10. Apparatet 10 er i form av en pumpe som er tilpasset for å bli neddykket i smeltet metall i en beholder 14. Beholderen 14 kan være en hvilken som helst beholder som inneholder smeltet metall som det er ønskelig å rense selv om det forventes at beholderen 14 vil utgjøres av den eksterne vegg til en flammeovn. In Figs. 1-3, a gas injection apparatus according to the invention is indicated generally by the reference numeral 10. The apparatus 10 is in the form of a pump which is adapted to be immersed in molten metal in a container 14. The container 14 can be any container which contains molten metal which it is desirable to clean even though it is expected that the container 14 will be constituted by the external wall of a flame furnace.

Det vil forstås at pumpen kan være en hvilken som helst type av pumpe som er egnet for å pumpe smeltet metall. Generelt og som spesielt vist på Fig. 2 og 3 vil pumpen imidlertid ha en bunndel 16 i hvilken en impeller 18 er anordnet. Bunndelen 16 innbefatter en utløpskanal 20. It will be understood that the pump may be any type of pump suitable for pumping molten metal. In general and as particularly shown in Fig. 2 and 3, the pump will however have a bottom part 16 in which an impeller 18 is arranged. The bottom part 16 includes an outlet channel 20.

En del 22 er festet i bunndelen 16, idet delen 22 innbefatter en kanal 24 som befinner seg på linje med utløps-kanalen 20. En hylse 26 er festet til delen 22 ved hjelp av en gjenget forbindelse 28. En fluidtett forsegling oppnås ved anvendelse av ildfast sement 29. Hylsen 26 er hul slik at den definerer en boring 30 som strekker seg i lengderetning. Boringen 30 befinner seg aksialt på linje med kanalen 24. A part 22 is attached to the bottom part 16, the part 22 including a channel 24 which is in line with the outlet channel 20. A sleeve 26 is attached to the part 22 by means of a threaded connection 28. A fluid-tight seal is achieved by using refractory cement 29. The sleeve 26 is hollow so that it defines a bore 30 which extends in the longitudinal direction. The bore 30 is located axially in line with the channel 24.

I henhold til Fig. 3 er en mediumdispergeringsanordning 32 av porøs keramikk og i form av en ring anordnet i delen 22 og holdes der på plass av hylsen 26. Mediumdispergeringsanordningen 32 er presset mot en skulder 34 som er dannet inne i delen 22, og sammenpressingen finner sted ved enden av hylsen 26. Et omkretsspof 36 er utformet i delen 22 rundt mediumdispergeringsanordningens 32 ytre omkrets. Delen 22 innbefatter en kanal 38 som befinner seg i fluidforbindelse med sporet 36. På lignende måte innbefatter bunndelen 16 en kanal 40 som befinner seg i fluidforbindelse med kanalen 38. En gassinnblåsingsledning 42 er forbundet med bunndelen 16. Ledningen 42 innbefatter en innvendig kanal 44 som befinner seg i fluidforbindelse med kanalen 40 og med en trykkgasskilde (ikke vist). Ledningen 42 funksjonerer også som støtte for bunndelen 16. According to Fig. 3, a medium dispersing device 32 of porous ceramic and in the form of a ring is arranged in the part 22 and is held there in place by the sleeve 26. The medium dispersing device 32 is pressed against a shoulder 34 which is formed inside the part 22, and the compression takes place at the end of the sleeve 26. A circumferential spof 36 is formed in the part 22 around the outer circumference of the medium dispersing device 32. The part 22 includes a channel 38 which is in fluid communication with the groove 36. Similarly, the bottom part 16 includes a channel 40 which is in fluid communication with the channel 38. A gas injection line 42 is connected to the bottom part 16. The line 42 includes an internal channel 44 which is in fluid communication with the channel 40 and with a pressurized gas source (not shown). The wire 42 also functions as a support for the bottom part 16.

Mediumdispergeringsanordningen 32 er fortrinnsvisThe medium dispersing device 32 is preferably

laget av et porøst medium av bundet keramisk korn og til-gjengelig i handelen fra Metaullics Systems of Solon, Ohio, USA. Et stort antall forskjellige materialer kan anvendes made from a porous medium of bonded ceramic grain and commercially available from Metaullics Systems of Solon, Ohio, USA. A large number of different materials can be used

for å fremstille mediumdispergeringsanordningen 32. Det har vist seg at glassfrittebundet aluminiumoxyd eller glassfrittebundet siliciumcarbid virker spesielt godt når inerte gasser, som nitrogen, argon eller svovelhexafluorid, blåses inn i smeltet aluminium, magnesium, kobber eller legeringer av disse. Alternativt kan en mediumdispergeringsanordning av porøs grafitt eller en mediumdispergeringsanordning av sintret oxydbasert keramikk anvendes når den injiserte gass er klor. Størrelsen og antallet av åpningene i mediumdispergeringsanordningen 32 er av viktighet fordi disse i stor grad er bestemmende for den størrelse av boblene som blir blåst inn i det smeltede metall som uttømmes fra pumpen 10. Kommersielt tilgjengelige porøse mediumdispergeringsanordninger som gir akseptable gasstrømningshastigheter og liten boble-størrelse, har porediametre innen området 10-100^um. Gass-strømningshastigheter og -volumer er avhengige av mediumdispergeringsanordningens størrelse og av det påførte trykk. Fagfolk vil være istand til å velge egnede mediumdispergeringsanordninger som er tilpasset til deres spesielle behov. to produce the medium dispersing device 32. It has been shown that glass frit bonded aluminum oxide or glass frit bonded silicon carbide works particularly well when inert gases, such as nitrogen, argon or sulfur hexafluoride, are blown into molten aluminium, magnesium, copper or alloys thereof. Alternatively, a medium dispersion device of porous graphite or a medium dispersion device of sintered oxide-based ceramics can be used when the injected gas is chlorine. The size and number of openings in the medium dispersing device 32 are important because these largely determine the size of the bubbles that are blown into the molten metal discharged from the pump 10. Commercially available porous medium dispersing devices that provide acceptable gas flow rates and small bubble size , have pore diameters in the range 10-100 µm. Gas flow rates and volumes are dependent on the size of the medium dispersing device and on the applied pressure. Those skilled in the art will be able to select suitable medium dispersing devices adapted to their particular needs.

En alternativ utførelsesform av oppfinnelsen er vistAn alternative embodiment of the invention is shown

på Fig. 4. I henhold til denne utførelsesform av oppfinnelsen er delen 22 erstattet av en del 50. Delen 50 er i det vesentlige lik delen 22, og like elementer er angitt med like henvisningstall overført fra Fig. 2 til Fig. 3. Istedenfor å anvende kanal 38 anvendes imidlertid i henhold til den ut-førelsesform som er vist på Fig. 4, en kanal 52 som munner ut i en motboret del 54. En gassinnblåsingsledning 26 med en innvendig kanal 58 er festet i den motborede del 54 slik at kanalene 52, 58 befinner seg i fluidforbindelse med hver-andre. Denne utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på Fig. 4 kan således anvendes i forbindelse med en pumpe av praktisk talt en hvilken som helst type for smeltet metall, forutsatt at delen 50 kan festes til pumpens utløp. in Fig. 4. According to this embodiment of the invention, the part 22 is replaced by a part 50. The part 50 is substantially similar to the part 22, and like elements are indicated with like reference numbers transferred from Fig. 2 to Fig. 3. Instead to use channel 38, however, according to the embodiment shown in Fig. 4, a channel 52 which opens into a counter-bored part 54 is used. A gas injection line 26 with an internal channel 58 is fixed in the counter-bored part 54 so that the channels 52, 58 are in fluid connection with each other. This embodiment of the invention shown in Fig. 4 can thus be used in connection with a pump of practically any type for molten metal, provided that the part 50 can be attached to the outlet of the pump.

Når den foreliggende oppfinnelse benyttes, blir gass blåst inn i det smeltede metall jevnt rundt kanalens 24 omkrets. Boblene som blir blåst inn er meget små, og de blir intimt blandet med det smeltede metall som strømmer gjennom kanalen 24 og boringen 30. Den eneste vesentlige begrensning for hylsen 26 er at den bør være tilstrekkelig lang til å sikre fullstendig blanding av gassen og det smeltede metall. I tillegg motstår den på grunn av at mediumdispergeringsanordningen 32 er dannet av et keramisk materiale, den korrosive og erosive virkning av det smeltede metall meget godt. I tillegg kan mediumdispergeringsanordningen 32 bekvemt skiftes ut når dette er nødvendig, When the present invention is used, gas is blown into the molten metal evenly around the circumference of the channel 24. The bubbles that are blown in are very small, and they are intimately mixed with the molten metal flowing through the channel 24 and the bore 30. The only significant limitation of the sleeve 26 is that it should be sufficiently long to ensure complete mixing of the gas and the molten metal. In addition, because the medium dispersing device 32 is formed from a ceramic material, it resists the corrosive and erosive action of the molten metal very well. In addition, the medium dispersing device 32 can be conveniently replaced when this is necessary,

på grunn av at hylsen 26 er gjenget inn i delen 22. due to the sleeve 26 being threaded into the part 22.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å blåse gass inn i smeltet metall, karakterisert ved at den omfatter de trinn at det smeltede metall føres gjennom en kanal (24) med et på forhånd bestemt tverrsnitt, et stort antall åpninger tilveiebringes rundt kanalens (24) omkrets, og gass blåses gjennom åpningene inn i metallet i kanalen (24).1. Method for blowing gas into molten metal, characterized in that it comprises the steps that the molten metal is passed through a channel (24) with a predetermined cross-section, a large number of openings are provided around the circumference of the channel (24), and gas is blown through the openings into the metal in the channel (24). 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at åpningene er definert av en porøs mediumdispergeringsanordning (32).2. Method according to claim 1, characterized in that the openings are defined by a porous medium dispersion device (32). 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at mediumdispergeringsanordningen (32) har form av et porøst legeme av keramikk eller grafitt.3. Method according to claim 2, characterized in that the medium dispersing device (32) has the form of a porous body of ceramic or graphite. 4. Fremgangsmåte for å blåse gass inn i smeltet metall, karakterisert ved at den omfatter de trinn at det tilveiebringes en pumpe (10) for smeltet metall med en utløpskanal (24) med et på forhånd bestemt tverrsnitt, smeltet metall føres under trykk gjennom utløpskanalen (24), et stort antall åpninger tilveiebringes rundt kanalens (24) omkrets, og gass blåses gjennom åpningene inn i smeltet metall som strømmer gjennom kanalen (24).4. Method for blowing gas into molten metal, characterized in that it comprises the steps of providing a pump (10) for molten metal with an outlet channel (24) with a predetermined cross-section, molten metal is passed under pressure through the outlet channel (24), a large number of openings are provided around the circumference of the channel (24), and gas is blown through the openings into molten metal flowing through the channel (24). 5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at åpningene er definert av en porøs mediumdiseprgeringsanordning (32).5. Method according to claim 4, characterized in that the openings are defined by a porous medium dispersion device (32). 6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at mediumdispergeringsanordningen (32) har form av et porøst legeme av keramikk eller grafitt.6. Method according to claim 5, characterized in that the medium dispersing device (32) has the form of a porous body of ceramic or graphite. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at åpningene er definert av en porøs mediumdispergeringsanordning (32) og at mediumdispergeringsanordningens (32) innvendige diameter definerer den innvendige diameter til en del av kanalen (24).7. Method according to claim 4, characterized in that the openings are defined by a porous medium dispersing device (32) and that the internal diameter of the medium dispersing device (32) defines the internal diameter of part of the channel (24). 8. Apparat for å blåse gass inn i smeltet metall, karakterisert ved at det omfatter en kanal (24) gjennom hvilken det smeltede metall kan strømme, en porøs mediumdispergeringsanordning (32) anordnet i kanalen (24) rundt kanalens (24) omkrets, og anordning for å blåse gass gjennom den porøse mediumdispergeringsanordning (32) inn i det smeltede metall som strømmer gjennom kanalen (24) .8. Apparatus for blowing gas into molten metal, characterized in that it comprises a channel (24) through which the molten metal can flow, a porous medium dispersing device (32) arranged in the channel (24) around the circumference of the channel (24), and means for blowing gas through the porous medium dispersion means (32) into the molten metal flowing through the channel (24). 9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at kanalen (24) er definert av en del (22) til hvilken en hylse (26) er festet, idet hylsen (26) står i inngrep med mediumdispergeringsanordningen (32) og holder denne på plass i delen (22).9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the channel (24) is defined by a part (22) to which a sleeve (26) is attached, the sleeve (26) engaging with the medium dispersing device (32) and holding it in place in the part (22). 10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at mediumdispergeringsanordningens (32) innvendige diameter definerer den innvendige diameter til en del av kanalen (24).10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the internal diameter of the medium dispersing device (32) defines the internal diameter of a part of the channel (24).