RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 166501 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 294586 (22) Data zgłoszenia: 14.05.1992 (51) IntCl6: B22D 27/13 B22D 1/00 (54) Sposób i urządzenie do rafinacji aluminium i stopów aluminium (43) Zgłoszenie ogłoszono: 15.11.1993 BUP 23/93 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.05.1995 WUP 05/95 (73) Uprawniony z patentu: Przedsiębiorstwo Produkcyjno-Handlowe "MARKMET" Spółka z o.o., Konin, PL (72) Twórcy wynalazku: Zdzisław Smorawiński, Konin, PL Józef Głowacki, Konin, PL Michał Wcisło, Konin, PL Marek Jatczyński, Konin, PL Janusz Borkowski, Konin, PL Stanisław Kurzawa, Konin, PL Włodzimierz Kierzek, Konin, PL Wojciech Hypś, Konin, PL Heinz Fister, Rothenburger, DE PL 166501 B1 (57) 1. Sposób rafinacji aluminium i stopów aluminium, polegający na wdmuchiwaniu do roztopionego metalu, za pomocą głowicy obrotowej zanurzonej w kąpieli, obojętnego gazu, znamienny tym, że do kąpieli roztopionego metalu wprowadza się gaz obojętny i sproszkowany żużel, przy czym gaz wdmuchuje się przez otwory rozmieszczone na powierzchni bocznej obracającej się głowicy, zaś sproszkowany żużel przez otwór znajdujący się w jej dnie, a mieszanie gazu i żużla z roztopionym metalem odbywa się na zewnątrz głowicy, w całej objętości kąpieli metalu. Fig. 1
Sposób i urządzenie do rafinacji aluminium i stopów aluminium Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób rafinacji aluminium i stopów aluminium, polegający na wdmuchiwaniu do roztopionego metalu, za pomocą głowicy obrotowej zanurzonej w kąpieli, obojętnego gazu, znamienny tym, że do kąpieli roztopionego metalu wprowadza się gaz obojętny i sproszkowany żużel, przy czym gaz wdmuchuje się przez otwory rozmieszczone na powierzchni bocznej obracającej się głowicy, zaś sproszkowany żużel przez otwór znajdujący się w jej dnie, a mieszanie gazu i żużla z roztopionym metalem odbywa się na zewnątrz głowicy, w całej objętości kąpieli metalu. 2. Urządzenie do rafinacji aluminium i stopów aluminium, wyposażone w zespół podnoszenia i wychyłu głowicy, w ramię mocujące wrzeciono wraz z napędem obrotu wrzeciona oraz w układ doprowadzający gaz rafinujący, w postaci wydrążonego wału z zamocowaną na jego końcu głowicą rozprowadzającą gaz, znamienne tym, że zawiera układ doprowadzający gaz i układ doprowadzający sproszkowany żużel, przy czym układ doprowadzający gaz rafinujący stanowi wydrążony wał (1) połączony w górnej części z obrotowym wrzecionem (2) i poprzez łożyska (3) z nieruchomą tuleją (4), wyposażoną w króciec doprowadzający gaz, natomiast w dolnej części z obrotową głowicą (5), a układ doprowadzający sproszkowany żużel stanowi, umieszczony wewnątrz wydrążonego wału (1) przewód (6), którego jeden z końców zamocowany jest poprzez łożysko (8) w nieruchomej nasadce (7) wyposażonej w króciec doprowadzający sproszkowany żużel, zaś drugi jego koniec jest osadzony w osi głowicy (5). 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że obrotowa głowica (5), zamocowana na końcu wydrążonego wału (1) ma postać stożka ściętego o średnicy dolnej d2 i górnej d1, przy czym d2/d 1wynosi 1,4 do 2,2. 4. Urządzenie według zastrz. 2 lub 3, znamienne tym, że na pobocznicy stożka ściętego głowicy (5) znajdują się wyżłobienia (13) z otworami (14), rozprowadzającymi gaz rafinujący, przy czym kąt nachylenia osi otworów (14) do osi głowicy (5) wynosi 45-60. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do rafinacji aluminium i stopów aluminium. Znany sposób rafinacji roztopionego aluminium i stopów aluminium prowadzony jest na zasadzie barbotażowej, czystymi gazami obojętnymi, jak azot lub argon. Proces mieszania gazu z ciekłym metalem odbywa się za pomocą obracającej się głowicy, zanurzonej w kąpieli metalu. Metal, w wyniku ruchu obrotowego głowicy, zasysany jest do jej komory poprzez otwór znajdujący się w dnie, natomiast z góry, pod ciśnieniem, doprowadzany jest gaz rafinujący. Metal zmieszany z gazem we wnętrzu głowicy, w wyniku siły odśrodkowej jest wyrzucany z głowicy, poprzez otwory rozmieszczone na jej bocznej powierzchni. Znane urządzenie do rafinacji aluminium i stopów aluminium wyposażone jest w zespół podnoszenia i wychyłku głowicy, w ramię mocujące obudowę obracającego się wrzeciona oraz w układ napędu obrotu wrzeciona. Z wrzecionem połączony jest wydrążony wał, do wnętrza którego doprowadzany jest gaz rafinujący. Wał na jednym z końców posiada zamocowaną głowicę rozprowadzającą gaz. Głowica ma kształt cylindryczny. W dnie posiada otwór, przez który metal jest zasysany do wnętrza jej komory. Natomiast na ściankach bocznych ma otwory, przez które jest wyrzucany metal zmieszany z gazem. Cylindryczna głowica jest obracana z prędkością 500-900 obr./min. Opisany sposób rafinacji cechuje się nadmiernym zużyciem jednostkowym gazu rafinującego, wynikającym z małej prędkości liniowej medium gazowego, wypływającego przez otwory boczne głowicy.
166 501 3 Znane urządzenie znajduje głównie zastosowanie do procesów ciągłych, gdzie występują stabilne i powtarzalne warunki produkcyjne. Natomiast w odlewniach, gdzie dominują odlewy o małych masach jednostkowych, a w trakcie odlewania zmniejsza się poziom metalu w tyglu, skuteczność rafinacji za pomocą tego urządzenia jest niewielka. Wad tych nie posiada sposób i urządzenie do rafinacji aluminium i stopów aluminium według wynalazku. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że do kąpieli roztopionego metalu wprowadza się gaz obojętny i sproszkowany żużel. Gaz wdmuchuje się przez otwory rozmieszczone na powierzchni bocznej głowicy, zaś sproszkowany żużel przez otwór znajdujący się w jej dnie. Mieszanie gazu i żużla z roztopionym metalem odbywa się na zewnątrz głowicy, w całej objętości kąpieli metalu. Urządzenie charakteryzuje się tym, że zawiera dwa układy: układ doprowadzający gaz rafinujący i układ doprowadzający sproszkowany żużel. Układ doprowadzający gaz stanowi wydrążony wał, połączony w górnej części z obrotowym wrzecionem i poprzez łożyska z nieruchomą tuleją wyposażoną w króciec doprowadzający gaz, natomiast w dolnej części z obrotową głowicą, rozprowadzającą gaz w kąpieli metalu. Układ doprowadzający sproszkowany żużel stanowi przewód, umieszczony wewnątrz wydrążonego wału. Jeden z końców przewodu zamocowany jest poprzez łożysko w nieruchomej nasadce wyposażonej w króciec doprowadzający sproszkowany żużel, zaś jego drugi koniec jest osadzony w osi głowicy. Obrotowa głowica, zamocowana na końcu wydrążonego wału, ma postać stożka ściętego, o średnicy dolnej d2 i górnej d1, przy czym stosunek średnic d2 do d1 wynosi 1,4 do 2,2. Na pobocznicy stożka ściętego głowicy znajdują się wyżłobienia z otworami rozprowadzającymi gaz, przy czym kąt nachylenia osi otworów do osi głowicy wynosi 45-60. Dzięki takiemu skojarzeniu środków technicznych, sposób i urządzenie do rafinacji aluminium i stopów aluminium, zapewniają wysoką efektywność procesu. Połączenie rafinacji gazowej z rafinacją żużlową, przy odpowiednim doborze parametrów, takich jak: ilość doprowadzanego medium rafinującego, prędkość obrotowa głowicy, ilość doprowadzanego żużla oraz głębokość zanurzenia głowicy w kąpieli, wpływają na efektywność usuwania wodoru i innych zanieczyszczeń to jest wtrąceń niemetalicznych i pierwiastków śladowych z kąpieli metalu. Głowica, w postaci stożka ściętego, o odpowiednio dobranych średnicach, dolnej i górnej, zapewnia określoną prędkość liniową gazu, co w konsekwencji prowadzi do wytworzenia w kąpieli metalu wewnętrznego ruchu jego cząsteczek, a tym samym dobrego kontaktu gazu rafinującego i żużla z metalem. Rafinacja żużlowa, wspomaga rozpuszczanie i zwilżanie wtrąceń niemetalicznych oraz niepożądanych pierwiastków śladowych. Urządzenie jest proste w konstrukcji i wygodne w stosowaniu, gwarantuje skuteczną rafinację metalu nawet przy niskim poziomie metalu w tyglu bez niekorzystnej powierzchniowej turbulencji metalu. Konstrukcja urządzenia oraz rozwiązanie wzajemnych połączeń obrotowych elementów obu układów, umożliwiają działanie tych układów, to jest układu doprowadzającego gaz rafinujący i układu doprowadzającego żużel, łącznie lub oddzielnie. Przykład. Do tygla zawierającego 200kg roztopionego stopu aluminiowego, siluminu, podgrzanego do temperatury 680-750 C wprowadza się głowicę urządzenia doprowadzającą gaz i sproszkowany żużel. W pierwszym etapie rafinacji wprowadza się sproszkowany żużel, w postaci czterofluorku glinowo potasowego (KALF4). Ilość wprowadzonego żużla wynosi 0,05% masy rafinowanego metalu. Prędkość obrotową głowicy ustala się na 100-200 obr./ min. Po rafinacji żużlowej, następuje etap rafinacji gazowej. Do głowicy obracającej się z prędkością 500-700 obr./min. podaje się azot lub argon, w ilości 0,21/kg rafinowanego metalu. Po przeprowadzonej rafinacji i usunięciu z powierzchni metalu produktów rafinacji oraz odstaniu metalu przez około 10 min., rafinowany metal charakteryzuje się zawartością H2 0,08cm3/100g metalu. Urządzenie według wynalazku jest przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w przekroju wzdłużnym, a fig. 2 - przekrój głowicy rozprowadzającej gaz. Urządzenie składa się z dwóch układów: układu doprowadzającego gaz rafinujący i układu doprowadzającego sproszkowany żużel. Układ doprowadzający gaz stanowi wydrążony wał 1, połączony w górnej części z obrotowym wrzecionem 2 i poprzez łożyska 3 z nieruchomą tuleją 4 z
4 166 501 króćcem doprowadzającym gaz, natomiast w dolnej części z obrotową głowicą 5. Układ doprowadzający sproszkowany żużel stanowi przewód 6, umieszczony wewnątrz wydrążonego wału 1. Jeden z króćców przewodu 6 zamocowany jest poprzez łożysko 8 w nieruchomej nasadce 7 wyposażonej w króciec doprowadzający sproszkowany żużel, a jego drugi koniec jest osadzony w osi obrotowej głowicy 5. Obrotowe wrzeciono 2 łożyskowane jest za pomocą łożysk 9 i zamocowane do ramienia 10. Między przewodem 6, a nieruchomą nasadką 7 umieszczony jest pierścień uszczelniający 11, zaś między nieruchomą tuleją 4, a wrzecionem 2 inny pierścień uszczelniający 12. Obrotowa głowica 5, zamocowana na końcu wydrążonego wału 1, ma postać stożka ściętego o średnicy dolnej d2 i górnej d1, przy czym stosunek średnic d2 do d1wynosi 1,4 do 2,2. Na pobocznicy stożka głowicy 5 znajdują się cztery wyżłobienia 13 z otworami 14, przy czym kąt nachylenia osi otworów 14 do osi głowicy 5 wynosi korzystnie 45.
Fig. 2 166 501
166 501 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.