167695. lajstromszámú szabadalom • Eljárás folyékony rézben oldott kísérőelemek elválasztására
167695 A találmány szerinti eljárásnak az előbbiekben részletezett jellemzőinél a legkedvezőbb beállításról van szó. Ha a jellemző méretektől eltérő paraméterekkel dolgozunk, akkor azok növekedésével a finomítási reakció lejátszatásához szükséges idő nö- 5 vekszik meg. Ennek oka az, hogy nagyobb köbtartalmú fürdőkben az eltérő koncentrációjú fázisok közötti kiegyenlítődéshez hosszabb idő szükséges. Mivel azonban az általánosan használt nagyüzemi kohászati berendezések üzemeltetésénél az eljárás 10 alkalmazása még így is gazdaságos, a találmány szerinti eljárás foganatosítása a célszerű értékeket meghaladó tartományban is előnyös. Ugyancsak a találmány szerinti eljárás megvalósítása során lefolytatott kísérleteink bizonyították 15 azt is, hogy a gázsugár hatására a megömlesztett fém felszínén kialakuló kráterek mélységét egy meghatározott értéken túl nem szabad növelni. Ha ugyanis ezt a küszöbértéket átlépjük, akkor a megömlesztett fém a kráterek pereménél fröcsögni kezd. 20 Mivel a keletkező kráterek mélysége a gázsugár tolóerejének növelésével, ill. a folyékony fém felülete és a fúvóka szájnyílása közötti távolság csökkentésével megnövekszik, a fröcskölési jelenség kialakulásának megakadályozására nagyobb sebességgel 25 áramoltatott gázsugarak alkalmazásakor a fémfürdő felülete és a fúvóka szájnyílása közötti távolságot növelni kell. Értelemszerűen csökkenthető ez a távolsága akkor, ha a gázsugár áramlási sebességét és ezzel tolóerejét csökkenjtük. A krátermélység kriti- 30 kus, az ömledékben a legkedvezőbb konvekciós viszonyokat biztosító küszöbértéke nemcsak az adott fémfürdő anyagától függő jellemző érték, hanem jelentősen befolyásolja a lejátszatoft reakció típusa is. Kísérleteink során megállapítottuk, hogy rézömledék 35 oxidálásánál ez a kritikus érték 1,5 cm, rézömledék redukálásánál viszont 1,5 cm körül van. A fémfürdő anyagának a kráter peremén kialakuló fröcskölése megengedhető mértékét gazdaságossági tényezők, pl. a kemence bélésének kopása, továbbá 40 üzemfenntartási tényezők, pl. a kemence nyílásainak eltömődése határolják be a többi között. Egy kismértékű felületi fröcsögés ugyanis a találmány szerinti eljárás hatékony foganatosítására még nincs káros hatással. Kísérleteink szerint azonban a leg- 45 kedvezőbb eredményeket akkor érhetjük el, ha a tisztítógáz sugarának hatóerejét és a fúvóka szájnyílásának a fémfürdő felületétől mért távolságát a finomítógáz összetétele függvényében úgy állítjuk be, hogy a kráterek pereménél a fémfürdő anyaga még 50 éppen ne fröcsköljön. Kísérleteink során a gázsugarak előállítására az egyszerű konvergens fúvókák mellett Laval-fúvókákat is alkalmaztunk. Azt találtuk, hogy a Laval-fúvókákból kilépő gázáram zavartalan utóexpanziója 55 következtében a fürdő felületén lejátszódó áramlási jelenségek szempontjából azonos feltételek között a fúvókából kilépő gázáram sebessége nagyobb lehet és ezzel tolóerejét is megnövelhetjük. A Laval-fúvókából kilépő gázáramban lejátszódó utóexpanzió za- 60 vartalanságának eredményeként a találmányunk szerinti eljárásnál az az előny származik, hogy az optimális krátermélység előállítását biztosító kritikus erőhatás határértéke növekedhet, ill. a fémfürdő felülete és a fúvóka szájnyílása közötti kritikus érték 65 csökkenhet. A találmány szerinti eljárás foganatosításához használt Laval-fúvókákat ezért pontosan illeszteni kell a finomítógáz nyomásához, hogy a gázsugárban lökéshullámok ne jöhessenek létre. A találmány szerinti eljárásnál végzett rézfinomításnál az előbbiekben ismertetett körülmények között a folyékony réz oxigénfelvétele olyan gyors, hogy a kezelés során a megömlesztett anyagban megengedhető oxigéntartalom mintegy 1%-ot kitevő határértékét 4 perc körüli időtartam alatt érjük el. A megömlesztett rézben oldott tisztátalanságoknak a rézbe bevitt és feloldott oxigénnel való oxidációja viszonylag lassú folyamat, a találmány szerinti eljárással elérhető nagysebességű oxigénbevitellel azonban még ez is meggyorsítható. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy különösen akkor, ha nagytisztaságú rezet kell előállítani, célszerű a réz oxigéntartalmát a réznek a még megengedett mennyiségű szennyező vagy szennyezők függvényében adódó oxigénfelvevő képessége teljes vagy közel teljes kihasználásáig növelni. A találmány szerinti eljárás foganatosításakor lejátszódó jelenségek vizsgálatakor abból indulhatunk ki, hogy a folyékony fémfürdő pl. rézfürdő reakciója lényegében a felszínen kialakuló kráter mentén zajlik le. Mivel a kialakuló kráterek felülete meghatározó, a reakciók lefolytatásához szükséges anyagáramok beállításával akár folyamatosan, akár szakaszosan üzemeltetett finomítóreaktorok teljesítményét kalkulálni tudjuk. A továbbiakban a találmány szerinti eljárást egy példa segítségével ismertetjük. Példa Adott összetételű rézolvadékból az oldott kísérőelemeket a fém felületére ráfúvatott levegővel választjuk el. A gázsugár nyomóerejét és a fúvóka szájnyílásának a fürdő felszínétől mért távolságát úgy állítjuk be, hogy 1,78 cm átmérőjű kráterek alakuljanak ki anélkül, hogy peremeiken a fürdő anyaga fröcskölne. Ezen feltételek között a rézfürdőbe a kráter felületegységére vonatkoztatott és időegységenként bevitt oxigén mennyisége 0,1 kg volt. Az alkalmazott reaktor teljesítményét az oxigén bevitel fenti és a m2 /rn 3 dimenzióban kifejezett fajlagos reaktorfelület ismeretében határozhatjuk meg. A fajlagos reaktorfelület értékére az jellemző, hogy növekvő kráter átmérő esetén csökken. Ennek megakadályozására a fúvókák szájnyílásának a fémfürdő felszínétől mért távolságát nem szabad túl nagyra és az alkalmazott fúvólándzsák számát nem szabad túl kicsire megválasztani. Egy 100 000 tonna évi teljesítményű rézfinomító kemence üzemeltetéséhez legfeljebb 1%-nyi mennyiségben, 3,85 • 10~^3 kg • s _1 fajlagos sebességgel bevitt oxigénnél pl. 20 fúvólándzsát kell alkalmazni és a kráterek átmérőjét 0,157 m értéken kell tartani. Ha a termelést adott esetben két folyamatosan üzemelő kemencében végezzük, ahol az egyes kemencékben két sorban soronkét öt-öt fúvólándzsát működtetünk, akkor a találmány szerinti feltételeknek megfelelően a kemence szélessége: 3
