NO852954L - Kar for klorering av aluminiumlegeringer for fjerning av magnesium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en beholder for fjerning av magnesium inneholdt i magnesiumlegeringer ved bruk av "klorerings11 prosessen, d.v.s. ved å behandle metallet i smeltet tilstand med gassformig klorid eller en hvilken som helst annen gassformig klorf orbindelse , inkludert klorerte hydrokarboner.

Fremstilling ved støping av halvfabrikata av aluminium eller aluminiumlegeringer slik som plater, blokker o.s.v. omfatter bruken av enten "primær" aluminium som oppstår direkte fra elektrolyse av et bad av aluminium oksyd og kreol i tt, eller "sekundær" aluminium som fremstilles ved omsmelting av skrap, eller også en blanding av de to typer metall. I de to siste tilfeller inneholder metallet spesielt magnesium som urenhet og andelene kan nå flere vekt-#> i forbindelse med sekundær aluminium mens nærværet generelt er skadelig for på egnet måte å utføre de etterfølgende trinn ved transformering av metallet.

Det er av denne grunn at det er nødvendig, før støpingen, å gjennomføre et trinn som kal les en raf finer ing, for å fjerne denne urenhet ned til et relativt lavt nivå som for visse anvendelser ikke må overskride noen få hundre ppm.

De nuværende prosesser for fjerning av magnesium og som kalles "demagging" prosesser, kan deles i tre kategorier: - elektrokjemiske prosesser slik som de som kalles tre-sjikts elektrolyse der en direkte elektrisk strøm f ørs gjennom metallet som skal renses i smeltet tilstand for å tillate magnesium å separeres ut på katoden; - prosesser som benytter f aste f lussmidler basert på AICI3 , AlF^og andre salter, som blandes med det flytende aluminium som skal renses for sammen med magnesiumet å danne enten klorider eller fluorider og som, p.g.a. den relativt lave spesifikke vekt, stiger til overflaten av

badet der de separeres fra aluminium; og

klorerte prosesser som omfatter å boble gassformg klor inn i aluminiumsbadet som skal renses og der kloret fortrinnsvis reagerer med magnesium f or å gi et flytende klorid som også separeres av på badoverf laten .

Hver av disse typer prosesser har fordeler og mangler men det er den tredje prosess som er den som har mest utbredelse i industrien på det nuværende tidspunkt, selv om den gir grunn til et antall problemer med henblikk på røk- og damputslipp og dannelsen av vesentlige mengder aluminiumklo-rid, og har et redusert effektivitetsnivå når mengden magnesium i metaller som skal behandles er relativt lav.

I prinsippet er kloreringsprosessen basert på det faktum at magnesium termodynamisk sett har større affinitet for klor enn aluminium og at reaksj onen fort rinnsvis forløper etter følgende ligning: og aluminiumkloridet som delvis dannes bidrag selv til "demagging" virkningen ifølge følgende ligning:

På grunn av den relativt lave masse Al i forhold til magnesium brukes imidlertid ikke hele massen avAlCl3som dannes i den andre reaksjon, og dette er spesielt tilfelle direkte proporsj onal t med et synkende nivå av konsentrasj on-en av Mg, slik at det, som angitt på side 55 i "Journal of Metals" av juli 1952, er nødvendig å benytte opptil 1 5 kg klor for å fjerne 1 kg magnesium mens den teoretiske mengde er 2 , 95 kg.

Derfor har fagmannen søkt å forbedre effektivitetsnivåene med henblikk på utnyttelsen av klor , spesielt ved å konstru-ere prosessapparaturer som er bedre egnet for de ovenfor angitte reaksjoner.

Således beksriver FR-PS 2 200 364 en reaktor som er delt i et antall kammere hvert av hvilke er utstyrt med en roterende klorinj ektor og hvori kloreringen av magnesium etterhvert som den skjer, på progressiv basis, gjør det mul ig å oppnå klormengder som ligger nær 3 kg/kg magnesium. Som imidlertid angitt i en artikkel i "Light metals" 1 978 f ra Metallur-gical Society av A.I.M.E. kan en slilk reaktor omfatte tre kammere hvert av hvilke er 760 til 1 20 0 mm langt og 60 0 mm bredt. I et anlegg resulterer dette derfor i en installa-sjon som opptar et relativt vesentlig areal på gulvet og som en konsekvens derav er vanskelig å manøvrere når man gjennomfører tømming, rensing eller andre operasjoner. Dette resulterer i relativt høye vedlikeholdsomkostninger, ikke tatt i betraktning de opprinnelige kapitalinvesterings-omkostninger som likeledes er vesentlige.

Av denne grunn er det at forliggende søkere mens de bibehol-der prinsippet med å fjerne magnesium ved hj elp av en strøm av klorert gass fra en rotor, har søkt å tilveiebringe en apparatur som unngår manglene ved den rene størrelse og fikserte natur av de tidligere kj ente apparaturer, d.v.s. å utvikle en beholder med relativt lite volum men som ikke desto mindre har en behandlingskapasitet som er større enn de konkurrerende beholdere.

Etter mange forsøk kom man frem til den konklus j on at, for å løse problemet, den eneste vei var å ha mulighet til å

behandle metallet ved hjelp av gassen ved å bringe de to

fluider til å strømme samme retning og dette på den mest rasjonelle måte. For dette formål ble det konstruert en industriell medstrøms beholder tildannet på konvensjonell måte med et ytre metallhus, en innvendig ildfast foring, en metallinnløps passasje og en metallutløps passasje, en vertikal indre avdeling som i bunnen av beholderen gir rom for sirkulering av metallet og som deler beholderen i et materom og i et enkelt behandlingsrom hovri en rotor gir radial dispersj on av klorert gass , som karakteriseres ved at behandlingsrommet er lukket i bunnen med en horisontal vegg som strekker seg i nivået for bunnen av skilleveggen og som er gjennomhullet i sentrum med en åpning hvis akse f aller sammen med rotorens rotasjonsakse.

Oppfinnelsen omfatter derfor i en konvensjonell beholder å tilveiebringe en komplementær horisontal vegg som ytterlig-ere isolerer behandlingsrommet fra materommet og som ved hjelp av en åpning som er egnet anbragt i aksen for fordel-ingsrotoren for klorert gass , tillater metallet å kanaliser-es i en spesiell retning som er i samme retning som bevegel-sesveien for gassene som avgis radialt av rotoren, og i det vesentlige parallellt med denne vei. En slik beholder nærmer seg de ideale tilstander for et medstrøms sirkulasj onsmønster.

\

Det er riktig å si at medstrms sirkulering i seg selv tidligere har vært benyttet. Man kan således fraFR-PS 2 20 0 364 se at metall- og gasstrømmen går i samme retning i det andre behandlingskammer . Imidlertid er det heller et spørsmål om hensiktsmessighet for formålet med å bringe metallet til å strømme fra et kammer til et annet, enn tilsiktet tilnærmelse for å benytte medstrøms sirkulasjons-metoden. Som støtte for denne påstand skal det bemerkes at patentet ikke nevner noe om en høyere ef f ektivitetsgrad med henblikk på behandlingen på nivået med det andre kammer, i henhold til dette er denne type sirkulasjons tilveiebragt uten noen spesiell forholdsregel og det synes uriktig fordi metallet beveger seg inn i kammeret ved å strømme parallelt med bunnen av reaktoren.

De resultater man ifølge foreliggende søknad har oppnådd ved effektivt å reprodusee medstrøms sirkulasj onsmåten, viser at denne type sirkulasjoner er vesentlig for å oppnå en forbedret magnesiumf j ernings virkning.

Ved å benytte to behandlingsbeholdere , hver med en kapasitet på ca. 1 m^ flytende metall og i hvilken den samme legering føres i smeltet tilstand, inneholder 0, 5% Mg, i en strøm-ningsmengde av 1 0 tonn/time og ved bruk av samme type rotor med den samme klorgass strømningshastighet og ved i den ene beholder å benytte en motstrømsprosess og i den andre en medstrømsprosess ifølge oppfinnelsen, er det funnet at effektivitetsnivåene med henblikk på utnyttelse av klor avhengig av magnesium sluttinnholdet, var som følger for her type sirkulering:

Man skal merke seg at for relativt vesentlige sluttandeler av magnesium er sirkulasj onstypen ikke av stor betydning mens i motsetnig til dette medstrøms sirkulasj onstypen gir en vesentlig forbedring for lavere magnesium andeler, for beholdere med mindre dimensjoner enn de som benyttes i den kjente teknikk og der metallstrømningshastigheten er større.

Den horisontale vegg av behandlingsrommet i beholderen ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis utstyrt med en sirkulær åpning selv om ethvert annet tverrsnitt med tilsvarende kontur til den til det horisontale tverrsnitt av rommet, kan benyttes. Det som er viktig er å ha en viss likhet for å tillate at metall- og gassbevegelsesveiene har en regulær geometrisk fordeling med henblikk på rotoraksen, og f or best å tilveiebringe betingelser for en medstrøms sirkulasjons-måte . Tverrsnittet for åpningen er fortrinnsvis mellom 1/10 og 1/15 del av tverrsnittet av behandlingsrommet, dette er de forhold som har gitt de beste resultater.

Ut fra å føre metallet til åpningen og for å tilveiebringe en regulær tilmatning og for å unngå forstyrrelser i strømningsmønsteret som kunne vær skadelige for å oppnå en korrekt medstrøms sirkulasjonskonfigurasjon, er det også foretrukket at bunnen av beholderen er utstyrt med en væskestrømningskanal som til å begynne med, på nivået ved skilleveggen, har en bredde i horisontalplanet som er nær den til beholderen, og som progressivt reduseres slik at den når en bredde tilsvarende åpningens største dimensjon nær åpningen.

Hva nagår radialfordelingsrotoren er den nedre overflate av den anbragt så nær som mulig åpningen mens den etterlater et rom som er minst 0,02 m høyt. Rotoren har et horisontalt tverrsnitt hvis dimensjoner er nær de til åpningen. Rotoren kan vær en rotor av en hvilken som helst radial gassfordel-ingstype slik som f. eks. den som er beskrevet i FR-PS 2 512 067 og som kan benyttes med eller uten væskestrømningskanal-ene . Den omfatter i enkleste formet tilstrekkelig antall gasskanaler for å sikre en strømningshastighet på opptil 240 kg/time klorholdig gass for derved å tillate behandling av mengder på flere tonn/time, selv med legeringer som er spesielt høyt chargert med magnesium. Denne klorerte gass kan være elementært klor eller et hvilket som helst annet klorert derivat som generelt benyttes ved klorering av aluminium.

Fordi den er kompakt og har små dimensj oner kan klorer ings-beholderen ifølge oppfinnelsen være av den type som er gjenstand for FR-PS 2 514 370 og kan således gjøre det mulig å fjerne magnesium mens man nyter godt av alle fordelene derved, nemlig: - total tømming av metallet inneholdt i beholderen ved enkel dreining ved slutten av støpingen og derfor uten metalltap og uten noen risiko for blanding med metall i det følgende trinn; - fordelaktig endring av metall eller legering uten noen annen manøver enn dreining, noe som gjør det mulig å arbeide med kontinuerlige eller diskontinuerlige støpepro-sesser, selv med suksessive legeringer som er imkompatible med hverandre; - lett fjerning av dross eller skum under behandl ingen ved hjelp av den fjernbare del av lokket som er spesielt brukbart med henblikk på lange kontinuerlige støpeopera-sj oner; - lett rensing av tomme beholdere ved slutten av behandlingen med en langsgående dreiebevegelse (eller etter omstend-ighetene en lateral dreiebevegelse) som gjør det mulilg å fjerne alle rester av dross eller skum og f astgj ort metall som kan være årsaken til forurensning av den derpå følgende charge; - uavhengig beholder oppvarmingssystem, noe som tillater utskifting eller reparasjon uten å påvirke operas j onene som gj ennomføres; - muligheten for hurtig oppvarming av metallet når man starter støpeoperasjonen; - ingen begrensning med henblikk på valget av typen behand-lingsmiddelinj ektor; - enhver roterende type som er kjent i dag kan tilpasses uten vanskelighet; - hurtig permutering av injektor- og oppvarmingssystemet, noe som tillater at den ønskede funksjon kan benyttes på

det ønskede tidsrom;

- hurtig fjerning og nypålegging av lokket, enten for visuell insepksjon, fjerning av dross eller skum, eller

gjenvinning av dannet magnesium klorid;

- liten korrosjonsfare p.g.a. luft og behandlingsmidler p.g.a. den enkle konstruksjon og valget av de benyttede

materialer; og

- det gassformige avløp er lett å samle opp.

Det er mulig med dette å forbinde andre fordeler slik som mulighetene for integral automatisering av alle driftsbeveg-elser for dreiing, løfting og tilpasning av lokk, fjerning, forandring og tilpasning av oppvarmingssystemet og injektor, forvarming, holding av beholderen ved gitt temperatur o.s.v., ved driftsprosedyrer som kan programeres, medde krevede f orskj ellige sikkerhetsf orholdsregler , og sentrali-sert på en konsoll som også gir kontroll av den sentrale hydrauliske stasjon for aktuering av de forskjellige sylindre for dreiebevegel ser og opp/ned bevegelse av lokket, oppvarmingssystem og inj ektor.

Oppfinnelsen vil forstås bedre under henvisning til de ledsagende tegninger der: Fig. 1 viser et vertikal snitt langs et langsgående sentralt

plan av en beholder ifølge oppfinnelsen, og

Fig. 2 i horisontal snitt viser beholderen langs linj en X ' X

i Fig. 1 .

I figur 1 er det vist et ytre metallhus 1 , en indre ildfast foring 2, en inntaksknal 3 for metall som skal behandles ved 5, en utløpskanal 4, en indre vertikal skillevegg 6 som ved bunnen av beholderen har en åpning 7 for strømning av metall og som deler behaolderen i et materom 8 og et behandlingsrom 9 hvori det er anbragt en rotor 10 som drives i en rotasjon-sbevegelse ved hjelp av akselen 11 forbundet med en ikke vist motor anordnet over lokket 12. Rommet 9 er lukket i bunnen ved en horisontal vegg 13 som strekker seg på høyde med bunnen av skilleveggen og-som i sentrum er gjennomhullet av en åpning 14- hvis akse faller sammen med rotoraksen.

I drift passerer metall gj ennom åpningene 14 langs bevegel-sesveien som angitt ved 15 i medstrøms forhold til strøm-ningsveien for gass 1 6 som avgis radial t av rotoren.

Under påvirkning av den klorerte gass reagerer magnesium og danner flytende magnesium klorid som akkumuleres ved overflaten av metallbadet i smeltet tilstand for derved å danne et sjikt 17 mens renset metall strømmer avgårde gj ennom utløpsåpningen 1 4 .

Oppfinnelsen vil forstås bedre under henvisning til det følgende eksempel.

En beholder med brukshøyde 1 m og med et materom med dimensjoner 1 mx 0,15 m og et behandl ingsrom med dimens j on-er 1 m x 1 m, utstyrt med et innløp og et utløp som gjør det mulig å arbeide med en metallhøyde på 0,8m, ble utstyrt med en horisontal vegg anordnet 0,05 m fra bunnen og utstyrt med en sentral sirkulær åpning med diameter 0,32 m. En rotor med diameter 0 ,32 m og høyde 0 ,275 m, utstyrt med 1 36 hull med diameter 0 , 0 0 1 5m og som roterte med en omdreiningshast-ighet på 250 pr. minutt ble anordnet i en avstand av 0,03m fra veggen og på åpningens akse.

Beholderen ble kontinuerlig matet med aluminiumslegering ved en egnet temperatur til å holde den ved fra 750 til 800 "C i behandl ingsrommet, og med rent klor .

Avhengig av de benyttede strømningshastigheter og det opprinnelige magnesium innhold, var de oppnådde resultater med henblikk på magnesium sluttinnholdet, klorstrømningshas-tighet og effektivitetsnivå, som følger:

Det finnes derfor at det med en beholder med kapasiteter på nær en m^ er mulig å oppnå behandlingskapasiteter i størrel-sesorden 20 tonn/time med et egnet effektivitetsnivå med henblikk på f 3 erning aqv magnesium.

Claims (7)

1 . Beholder for klorering i medstrøm av aluminiumlegeringer i smeltet tilstand for fjerning av magnesium, omfattende et ytre metallhus (1), en indre ildfast utforing (2), et metallinnløp (3) og et metallutløp (4-), en indre vertikal skillevegg (6) som i bunnen av beholderen lar åpent et rom (7) for strømning av metall og som skiller beholderen i et materom (8) og et enkelt behandlingsrom (9) hvori en rotor (10) for radial dispersj on av klorholdig gass er anordnet, karakterisert ved at behandlingsrommet er lukket i bunnen av en horisontal vegg (13) som strekker seg på høyde med bunnen av fordeleren og som er gjennomhullet i sentrum av en åpning (14) hvis akse faller sammen med rotorens rotasjonsakse.

2 . Beholder ifølge krav 1, karakterisert ved at den har en brukskapasitet nær en m^.

3 . Beholder ifølge krav 1, karakterisert ved at tverrsnitt av åpningen er mellom 1/10 og 1/15 del av tverrsnittet av behandlingsrommer.

4. Beholder ifølge krav 1, karakterisert ved at strømmen av metall fra bunnen av skilleveggen mot åpningen skjer langs en kanal som til å begynne med på høyde med skilleveggen har en bredde som i horisontalplanet er nær bredden av skilleveggen og som progressivt reduseres slik at den nær åpningen når en bredde tilsvarende åpningens største dimensj on.

5. Beholder ifølge krav 1, karakterisert ved at rotoren har et horisontalt tverrsnitt med dimensjoner nær de til åpningen.

6. Beholder ifølge krav 1 , karakterisert ved at rotoren har kanaler for fordeling av klorert gass med et tverrsnitt tilstrekkelig til å gi en strømningshastighet som når 240 kg/time.

7. Beholder ifølge krav 1, karakterisert ved at den klorerte gass tilhører gruppen omfattende elementært klor og derivater derav.