185540. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fémömledékek gáztalanítására és/vagy nemfémes szennyezőik eltávolítására
1 185 540 2 Számos eljárás ismeretes a fémömledékek gáztalanítására, melyek az ömledékkel érintkező gézatmoszférában csökkentik az eltávolítandó gázok parciális nyomását és ezzel elősegítik — az egyensúly megváltoztatásával — eltávozásukat az ömledékből. így távolítják el pl. a periódusos rendszer VIII csoportjába tartozó fémek ömledékéből az oxigént, stb. A parciális nyomás csökkentése történhet pl. az atmoszférikus nyomás csökkentésével, azaz vákuum alkalmazásával vagy inert gáz áramoltatásával. Ez utóbbi megvalósítható pl. az inert gáz átbuborékoltatásával. Inert gáz használata esetén az eltávolítás hatásfoka függ a fázisérintkezési felület nagyságától és a fázisok érintkezési idejétől, azaz a kontaktidőtől. A maximális hatásfok és ezzel a minimális inert gáz felhasználás eléréséhez biztosítani kell, hogy az eltávolítandó gáz az olvadékban és a környező inert gáz atmoszférában egyensúlyban vagy az egyensúlyhoz igen közel legyen. A lehető legkisebb inert gáz beadagolás megvalósítása azért is szükséges mert a beadagolt gáz — amennyiben nincs előmelegítve — lehűtheti az olvadékot. Nagy érintkezési felületet biztosító gázbevezető eljárást és berendezést ismertet pl. a 3.227.547, 3.743.263 és a 3.870.511 l.sz. USA szabadalmi leírás. Az első leírás szerint sűrített inert gázt (argon, xenon, hélium, nitrogén vagy kripton) vezetnek a fémolvadék felszíne alá 0,3 mVh beadagolási sebességnél nagyobb sebességgel, 0 = = 20 mm-nél kisebb átmérőjű nyíláson keresztül miközben a nyíláson kilépő gáz és a fémolvadék között legalább 0,9 m/s, legfeljebb 9 m/s relatív mozgást hoznak létre, melynek eredményeképpen fellépő nyíróhatás következtében a gáz 10 mm átmérőjű buborékokra oszlik el és halad felfelé az olvadékban. Az utóbbi két szabadalmi leírás az előzőekben tárgyalt eljárás megvalósítására ír le berendezést, illetve egy hasonló eljárást ismertet amelynél zárt, nyomás alá helyezhető tartályban forgó tengelyhez szilárdan kapcsolt szárnylapátos forgórész csatlakozik. Ez a forgórész több függőleges csatornával rendelkezik a számylapátok között. A forgótengely felülről benyomott inert gáz a fémolvadékba merülő forgórész függőleges csatornáin keresztül jut kis buborékok alakjában a fémolvadékba miközben a fentiekben említett, a bevezetett inert gáz és a fémolvadék közti 0,9—9 m/s közti relatív sebességet a rotor forgatásával érik el és a rotoron lévő számylapátok olyan intenzív áramlási formát hoznak létre a fémolvadékban, hogy annak lényegében teljes tömege érintkezésbe kerül a gázbuborékokkal. Az ismertetett eljárásokai és berendezéssel a fajlagos inert gáz szükséglet 0,3—2,5 Nm3/t fémömledék. A rotort a leírások szerint előnyösen rozsdamentes anyagból vagy hőálló anyagból, így grafitból vagy szilícium-karbamidból készítik. A rozsdamentes anyagból készülő rotor ipari körülmények között általában eléggé ellenálló. Gyakrabban használnak azonban a fémolvadékok gáztalanítással egybekötött tisztítására a szennyezésekkel reakcióba lépő kémiailag aktív gázokat, pl. klórgázt is. Ebben az esetben a fémolvadékok hőmérsékletén a rozsdamentes anyag már nem használható szerkezeti anyagként. Nem áll ellent a klóros atomoszférának, korrodeálódik, tönkremegy és a korróziós termékek a fémolvadékot is szennyezhetik. A grafitból vagy más hőálló anyagból készült rotor ellenáll a klóros atmoszférának, nagy hátránya azonban hogy nehezen bírja az ipari gyakorlatból következő szélsőséges körülmények közti (hirtelen nagy hőingadozás, stb.) igénybevételt és pl. a grafit rotor a tapasztalat szerint néhány hét vagy hónap alatt tönkremegy. Célul tűztük ki olyan eljárás és a megvalósítására szolgáló berendezés kidolgozását, amely ezeket a hátrányokat kiküszöböli. A találmány szerinti eljárás és berendezés kidolgozása azon a felismerésen alapszik, hogy az ömledékbe az öblítő gáz az önmagában ismert statikus keverő elemek vagy perdítőelemeket tartalmazó betétcsövek alá vezetve a rajtuk áthaladó gáz aprózódik és felfelé haladtában a fémömledéket is magával ragadja. Az így meginduló fémömledék áramlás meglepő módon olyan intenzív, hogy az ismertetett mechanikus keverő megoldások elhagyhatók. A fémömledék áramlást más módon is elősegítjük mechanikus keverők alkalmazása nélkül, pl. létrehozhatunk indukciós áramot is a fémömledékben. A buborékok turbulens mozgása következtében a perdítőelemeken annyira megnövekszik az aktív gáz és a fémömledék közti anyagcsere, hogy meglepő módon kisebb gázmennyiséggel érhető el a keverő és tisztító hatás. A találmány szerinti eljárás lényege tehát, hogy az öblítésre szolgáló gázokat a nyugvó vagy áramló fémömledékkel és adott esetben legalább részben térkitöltő idomokkal kitöltött statikus keverő elem(ek) és/vagy perditőelemeket tartalmazó egy vagy több betétcső alsó nyílása alá vezetjük és adott esetben a fémömledéket a betétcsőben vagy a statikus keverő elemeken felfelé haladó gázárammal és/vagy indukciós áram létrehozásával áramlásba hozzuk vagy áramlási sebességét megváltoztatjuk. A találmány szerinti eljárás egy előnyös kiviteli módjánál a felfelé haladó gázáramot buborékokra diszpergáljuk. A találmány szerinti eljárás egy kiviteli módjánál a gázáramot < 10 mm átmérőjű egy vagy több nyíláson keresztül vezetjük be. A találmány szerinti eljárás egy előnyös kiviteli módjánál a felfelé haladó gázáramot váltakozva szűkülő és bővülő tereket létrehozó statikus keverő elemeken vagy perdítőelemeket tartalmazó betétcsövön vezetjük keresztül. A találmány szerinti eljárás egy további előnyös kiviteli módjánál a felfelé haladó gázáramot alul szűkülő konfuzor résszel és/vagy felül bővülő diffűzor résszel ellátott betétcsövön vezetjük keresztül. A találmány szerinti eljárást megvalósíthatjuk úgy is, hogy a fémömledéket a bevezetett gázokkal ellenáramban áramoltatjuk. A találmány szerinti berendezés lényege, hogy a nyugvó vagy áramló fémömledékben a gázbevezető nyílás(ok) felett elhelyezkedő egy vagy több statikus keverő eleme és/vagy perdítőelemeket tartalmazó egy vagy több betétcsöve és adott esetben a statikus keverő elemeket és/vagy perdítőelemeket tartalmazó betétcsöveket legalább részben kitöltött térkitöltő idomai valamint adott esetben indukciós áramot létrehozó eszközei vannak. A találmány szerinti berendezés egy kiviteli alakjánál a betétcső előnyösen függőleges vagy attól < 5°-kal tér el. A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjának a betétcső és a benne elhelyezett perdítőelemek között váltakozva szűkülő vagy bővülő terei vannak. A találmány szerinti berendezés egy más előnyös kiviteli alakjánál a perdítőelemeket tartalmazó betétcsőnek alul szűkülő konfuzor része és/vagy felül bővülő diffűzor része van. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
