NO772138L

NO772138L - PROCEDURES FOR REFINING MELTED METAL

Info

Publication number: NO772138L
Application number: NO772138A
Authority: NO
Inventors: Andrew Geza Szekely
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-17
Publication date: 1977-12-20
Also published as: GB1587662A; FR2355079A1; DE2727142A1; MX146591A; CH621365A5; YU148677A; FR2355079B1; IT1078941B; CA1095732A; SE7706137L; RO75207A; ES459881A1; JPS52156105A; CS212305B2; IN146956B; AU506332B2; AU2618577A; BR7703792A

Description

Fremgangsmåte for raffinering av smeltet metall. Molten metal refining process.

Oppfinnelsen vedrører generelt raffinering av smeltet metall, og mer spesielt en fremgangsmåte for fjerning av oppløste gasser og ikke-metalliske urenheter fra smeltet metall uten utsendelse av korrosive gasser og damper eller gasser og damper som er skadelige for omgivelsene. The invention generally relates to the refining of molten metal, and more particularly to a method for removing dissolved gases and non-metallic impurities from molten metal without the emission of corrosive gases and vapors or gases and vapors which are harmful to the environment.

Smeltet metall inneholder før støping mange urenheter, som hvis de ikke fjernes bevirker en høy vrakprosent ved støpingen eller på annen måte kan forårsake dårlig metallkvali-tet i de produkter som fremstilles av metall. Hovedurenheten er oppløste gasser og suspenderte ikke-metalliske partikler, såsom metalloksyder og tungtsmeltende partikler. Molten metal contains many impurities before casting, which if not removed cause a high percentage of scrap during casting or otherwise can cause poor metal quality in the products made from metal. The main impurities are dissolved gases and suspended non-metallic particles, such as metal oxides and low-melting particles.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for raffinering av metall med raffineringsgass som effektivt fjerner oppløste gasser og andre ikke-metalliske urenheter fra metallet i en kontinuerlig prosess ved høye metallgjennomgangshastigheter. It is an aim of the present invention to provide a method for refining metal with refining gas which effectively removes dissolved gases and other non-metallic impurities from the metal in a continuous process at high metal throughput rates.

De ovenfor nevnte og andre hensikter kan oppnås ved en fremgangsmåte for fjerning av oppløste gasser og ikke-metalliske urenheter fra et smeltet metall valgt fra gruppen bestående av magnesium, kobber, sink, tinn og bly, hvilken fremgangsmåte omfatter følgende trinn: The above-mentioned and other purposes can be achieved by a method for removing dissolved gases and non-metallic impurities from a molten metal selected from the group consisting of magnesium, copper, zinc, tin and lead, which method comprises the following steps:

1) mating av det smeltede metall til en raffineringssone,1) feeding the molten metal to a refining zone,

2) opprettholdelse av en beskyttende atmosfære over flaten til det smeltede metall ved et positivt trykk i forhold til omgivelsestrykket, hvorved det forhindres infusjon av luft og fuktighet i sonen og kontakt for luft og fuktighet med det 2) maintaining a protective atmosphere above the surface of the molten metal at a positive pressure relative to the ambient pressure, thereby preventing the infusion of air and moisture into the zone and contact of air and moisture with it

smeltede metall,molten metal,

3) innføring av en raffineringsgass i form av adskilte bobler3) introduction of a refining gas in the form of separated bubbles

i det smeltede metall under smeltens flate,in the molten metal below the surface of the melt,

4) omrøring av det smeltede metall i raffineringssonen for dannelse av et sirkulerende mønster i det smeltede metall i forhold til punktene for inngang av gassbobler i smeiten, slik at gassboblene som innføres i smeiten transporteres i det vesentlige radielt utover i forhold til inngangspunktene for boblene, slik at man derved forlenger oppholdstiden for gassboblene i smeiten og bevirker at gassboblene kommer i intim kontakt med i det vesentlige hele massen av smeltet metall i raffineringssonen, 5) uttrekking av brukt raffineringsgass og opløste gasser som er frigjort av metallet mens det oppsamles og adskilles andre ikke-metalliske urenheter i et slagglag på flaten til det smeltede metall, 6) uttrekking av det raffinerte smeltede metall fra raffineringssonen. 4) stirring the molten metal in the refining zone to form a circulating pattern in the molten metal in relation to the points of entry of gas bubbles into the melt, so that the gas bubbles introduced into the melt are transported essentially radially outwards in relation to the entry points of the bubbles, so that the residence time of the gas bubbles in the smelting is thereby extended and the gas bubbles come into intimate contact with essentially the entire mass of molten metal in the refining zone, 5) extraction of used refining gas and dissolved gases released by the metal while collecting and separating other non-metallic impurities in a slag layer on the surface of the molten metal, 6) withdrawal of the refined molten metal from the refining zone.

Med uttrykket "raffineringsgass" er det ment å innbefatte gasser som vanligvis benyttes ved raffinering av magnesium, kobber, sink, tinn og bly. Den felles karakteristikk for disse ■' raffineringsgasser er at de er.inerte overfor det smeltede metall som raffineres. Argon og nitrogen eller blandinger derav er foretrukket selv om andre inerte gasser i det periodiske system er egnet for foreliggende oppfinnelse. Andre anvendbare raffineringsgasser er hydrogen og karbonmonoksyd eller blandinger derav eller inerte gasser i det periodiske system. Det skal bemerkes at hydrogen og karbonmonoksyd kan benyttes i tilfeller hvor de ikke vil reagere med smeltet metall, men vil reagere med gassformede urenheter, såsom oksygen. Andre rekative gasser med lignende egenskaper kan også benyttes, såsom svovel-heksafluorid, klor og halogenerte hydrokarboner. Valg,av en spesiell raffineringsgass gjøres generelt i samsvar med egen-skapene til det spesielle metall som raffineres. The term "refining gas" is intended to include gases that are usually used in the refining of magnesium, copper, zinc, tin and lead. The common characteristic of these refining gases is that they are inert to the molten metal being refined. Argon and nitrogen or mixtures thereof are preferred, although other inert gases in the periodic table are suitable for the present invention. Other useful refining gases are hydrogen and carbon monoxide or mixtures thereof or inert gases in the periodic table. It should be noted that hydrogen and carbon monoxide can be used in cases where they will not react with molten metal, but will react with gaseous impurities, such as oxygen. Other reactive gases with similar properties can also be used, such as sulfur hexafluoride, chlorine and halogenated hydrocarbons. Selection of a particular refining gas is generally made in accordance with the properties of the particular metal being refined.

Uttrykket "metall" er ment å innbefatte rent metall The term "metal" is intended to include pure metal

såvel som legeringer av metall.as well as metal alloys.

Oppfinnelsen.skal i-det følgende nærmere forklares ved hjelp av et utførelseseksempel for en innretning for gjennom-føring av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Tegningen viser-: ■ fig. 1 et perspektivriss av en gassinjeksjonsinnretning for bruk ved oppfinnelsen, The invention shall in the following be explained in more detail by means of an embodiment of a device for carrying out the method according to the invention. The drawing shows-: ■ fig. 1 a perspective view of a gas injection device for use in the invention,

fig. 2 et tverrsnitt av innretningen på fig. 1,fig. 2 a cross-section of the device in fig. 1,

fig. 3 et skjematisk riss i tverrsnitt som viser et foretrukket system for raffinering av en metallstrøm i en kontinuerlig prosess i samsvar med oppfinnelsen, fig. 3 is a schematic cross-sectional view showing a preferred system for refining a metal stream in a continuous process in accordance with the invention,

fig. 4 og 5 et tverrsnitt og et oppriss av en annen foretrukket utførelse for et apparat egnet for raffinering av smeltet metall i samsvar med oppfinnelsen. fig. 4 and 5 a cross-section and an elevation of another preferred embodiment of an apparatus suitable for refining molten metal in accordance with the invention.

Den gassinjeksjonsinnretning som er foreslått for bruk ved foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved sin evne til å injisere gass ved høye strømningshastighete.r i smeltet metall i form av adskilte gassbobler og for å oppnå en høy grad av gassdispersjon gjennom smeiten. Når innretningen er i drift, induseres strømningsmønstre i metallet i nærheten av innretningen, slik at gassboblene som dannes transporteres langs en resultant-strømningsvektor som ligger radielt utover med en nedoverrettet komponent i forhold til den vertikale akse for injeksjonsinnretningen. Disse strømningsmønstre har flere fordelak-tige virkninger. For det første blir en i det vesentlige ver ti-,-kal omrøring tilveiebragt for hele legemet av smelte hvorved en nedoverrettet strøm langs innretningen i kombinasjon med de roterende blad bevirker en oppdeling av gassen i små adskilte gassbobler. For det andre har man en hurtig transport av gassboblene bort fra innføringspunktet i smeiten som hindrer boblene i å koaliskere i sonen hvor gassboblenes konsentrasjon er høyest. For det tredje forlenges gassoppholdstiden for de godt dispergerte gassbobler i smeiten, fordi gassboblene ikke øye-blikkelig ved dannelsen stiger til overflaten under virkningen av tyngdekraften. The gas injection device proposed for use in the present invention is characterized by its ability to inject gas at high flow rates into molten metal in the form of separated gas bubbles and to achieve a high degree of gas dispersion throughout the melt. When the device is in operation, flow patterns are induced in the metal in the vicinity of the device, so that the gas bubbles that are formed are transported along a resultant flow vector that lies radially outward with a downward component relative to the vertical axis of the injection device. These flow patterns have several beneficial effects. First, an essentially vertical agitation is provided for the entire body of melt whereby a downward flow along the device in combination with the rotating blades causes a division of the gas into small separated gas bubbles. Secondly, there is a rapid transport of the gas bubbles away from the point of introduction into the smelting, which prevents the bubbles from coalescing in the zone where the concentration of the gas bubbles is highest. Thirdly, the gas residence time of the well-dispersed gas bubbles in the melt is extended, because the gas bubbles do not rise to the surface immediately upon formation under the action of gravity.

En annen faktor som fremmer den maksimale oppdeling av gassen til små bobler og følgelig fører til et stor metall-gassgrenseflate er forvarming av gassen før den går inn i smeiten. En slik forvarming er tilveiebragt ved'foreliggende oppfinnelse■ved å lede gassen gjennom en kanal som føres langs lengden av innretningen som er neddykket i det varme smeltede metall. Således blir til å begynne med kold gass forvarmet ved kontakt med de varme, varmeledende vegger i gassens kanal hvorved gassen ekspanderes før den oppdeles i gassbobler. Følgelig vil antall bobler som dannes av et gitt gassvolum økes vesentlig og en termisk vekst av små bobler i smeiten forhindres i alt vesentlig. Another factor that promotes the maximum division of the gas into small bubbles and consequently leads to a large metal-gas interface is preheating the gas before it enters the melt. Such preheating is provided by the present invention by passing the gas through a channel which is carried along the length of the device which is immersed in the hot molten metal. Thus, to begin with, cold gas is preheated by contact with the hot, heat-conducting walls in the gas channel, whereby the gas is expanded before it is divided into gas bubbles. Consequently, the number of bubbles formed by a given volume of gas will be significantly increased and thermal growth of small bubbles in the melt will be substantially prevented.

Når benyttet for injisering av raffinert gass i smeltet metall, vil injeksjonsinnretningen tilveiebringe en klar forbedring i effektiviteten for raffineringsdriften. I tillegg til å være istand til å avgasse metallet ved en høy gjennom-gangshastighet, vil den voldsomme rørevirkning som frembringes av innretningen sammenkobles med det store gass/metallkontaktom-råde med godt fordelte gassbobler sikre en effektiv fjerning av faste partikkelurenheter som er suspendert i smeiten. When used for injecting refined gas into molten metal, the injection device will provide a clear improvement in the efficiency of the refining operation. In addition to being able to degas the metal at a high throughput rate, the violent agitation produced by the device combined with the large gas/metal contact area with well-distributed gas bubbles will ensure an effective removal of solid particle impurities suspended in the forge .

Som vist på fig. 1 og 2 har gassinjeksjonsinnretnin-• gen en rotor 1 som er utstyrt med vertikale blad 2 og som rote-res ved hjelp av en motor, såsom en luftmotor eller elektrisk motor (ikke vist) over akselen 3. Akselen 3 som ikke er i kontakt med smeiten under normal drift, kan fremstilles av stål, mens den resterende del av utstyret fortrinnsvis konstrueres av tungtsmeltende materiale,- såsom kommersielt tilgjengelig grafitt eller silikonkarbid, materialer som er inerte overfor metall ved driftstemperaturene som benyttes. Akselen 3 er be-skyttet i forhold til det smeltede metall av en hylse 4 som er fast forbundet med statoren 5. De mot hverandre støtende indre flater 6 og 7 til henholdsvis hylsen 4 og statoren 5 og de mot hverandre støtende ytre flater 8 og 9 'til henholdsvis akselen 3 og rotoren 1 danner en ringformet aksiell passasje 10 for den gass som skal injiseres. As shown in fig. 1 and 2, the gas injection device has a rotor 1 which is equipped with vertical blades 2 and which is rotated by means of a motor, such as an air motor or electric motor (not shown) over the shaft 3. The shaft 3 which is not in contact with the smelter during normal operation, can be made of steel, while the remaining part of the equipment is preferably constructed of low-melting material, such as commercially available graphite or silicon carbide, materials which are inert to metal at the operating temperatures used. The shaft 3 is protected in relation to the molten metal by a sleeve 4 which is firmly connected to the stator 5. The mutually abutting inner surfaces 6 and 7 of respectively the sleeve 4 and the stator 5 and the mutually abutting outer surfaces 8 and 9 to the shaft 3 and the rotor 1, respectively, form an annular axial passage 10 for the gas to be injected.

Flere vertikale kanaler 11 er maskinert inn i statoren 5. Kombinasjonen av stator 5 og rotor 1 vil, når i drift, indusere et øvre og nedre strømningsmønster av smeltet metall rundt injeksjonsinnretningen, som antydet generelt med pilene 13 og 12. Several vertical channels 11 are machined into the stator 5. The combination of stator 5 and rotor 1 will, when in operation, induce an upper and lower flow pattern of molten metal around the injection device, as indicated generally by arrows 13 and 12.

Spesielt har det øvre strømningsmønster.13 en hoved-hastighetsvektor someker i det vesentlige nedover, dvs. den er koaksial med aksen for rotasjon av rotoren 1 og tvinger derved smeltet metall gjennom kanalene 11 til statoren 5. Det nedre, mer lokale strømningsmønster som er antydet med pilene 12, utvikles under rotoren og peker i det vesentlige oppover og vinkelrett til rotasjonsaksen for rotoren 1. Den resulterende strøm av disse komonenter er antydet med pilene 14, som viser at smeltet metall tvinges kraftig av rotorbladene 12 radielt og nedover bort fra rotoren 1. Det resulterende strømningsmønster bevirker en vel- fordelt og jevn gassdispersjon og en gjennomgå-ende agitasjon av det smeltede metall i behandlingskaret. In particular, the upper flow pattern 13 has a main velocity vector whichejects substantially downwards, i.e. it is coaxial with the axis of rotation of the rotor 1 and thereby forces molten metal through the channels 11 to the stator 5. The lower, more local flow pattern indicated by arrows 12 develops below the rotor and points substantially upward and perpendicular to the axis of rotation of rotor 1. The resulting flow of these components is indicated by arrows 14, showing that molten metal is strongly forced by the rotor blades 12 radially and downwards away from the rotor 1. The resulting flow pattern causes a well-distributed and uniform gas dispersion and a continuous agitation of the molten metal in the treatment vessel.

En raffineringsgass (antydet med pilen 15) innføresA refining gas (indicated by arrow 15) is introduced

i den ringformede ka,nal 10 ved et forutbestemt, trykk og strøm-ningshasticihet.. Gassen fyller den klokkef ormede lomme 16 som er en fortsettelse av kanalen 10 og omgir nakken 17 til rotoren 1. Da crassen tilføres ved et trykk større enn trykket som hersker i det smeltede metall ved en høyde med pilen 18, vil gasslommen 16 forhindre smeltet metall i å renne tilbake gjennom gasskanalen og fra å komme i kontakt med metallakselen 3 til gassinjektoren. Nakken 17 omgir akselen 3 og er konstruert av et metall som er motstandsdyktig mot det smeltede metall for å beskytte akselen 3 for angrep fra det smeltede metall. Som in the annular channel 10 at a predetermined pressure and flow rate. The gas fills the bell-shaped pocket 16 which is a continuation of the channel 10 and surrounds the neck 17 of the rotor 1. As the crass is supplied at a pressure greater than the pressure which prevails in the molten metal at a height of arrow 18, the gas pocket 16 will prevent molten metal from flowing back through the gas channel and from contacting the metal shaft 3 of the gas injector. The neck 17 surrounds the shaft 3 and is constructed of a metal resistant to the molten metal to protect the shaft 3 from attack by the molten metal. As

vist på fig. 2 overføres vridningskraften fra akselen 3 til rotoren 1 ved hjelp av et vingeforsynt krysstykke 21 som er gjen-get på akselen 3. Krysstykket 21 er plasert gjennom anordningen i hulrommet 23 til rotoren 1, idet' hulrommet 23 har en form som svarer til formen for krysstykket 21. Deretter avtettes hulrommet 23 ved gjenging og sementering av nakken 17 på gjen-gen 24 i rotoren 1. shown in fig. 2, the twisting force is transferred from the shaft 3 to the rotor 1 by means of a winged cross piece 21 which is threaded onto the shaft 3. The cross piece 21 is placed through the device in the cavity 23 of the rotor 1, the cavity 23 having a shape that corresponds to the shape of the cross piece 21. The cavity 23 is then sealed by threading and cementing the neck 17 on the thread 24 in the rotor 1.

Innføringen av raffineringsgass 15 i den ringformede kanal 10 behøver ikke nødvendigvis være den eneste innretning for tilveiebringelse av den gass som skal injiseres. En alternativ utførelse av oppfinnelsen kan innbefatte en hul aksel hvor en kanal 19 utstrekker seg aksielt gjennom akselen 3 og er utstyrt med flere boringer 20 som tilveiebringer en forbindelse med kanalen 10 og gasslommen 16. Således kan gass (antydet med pilene 15 og 25) fremføres enten gjennom kanalen 10 eller kanalen 19 eller begge deler. The introduction of refining gas 15 into the annular channel 10 need not necessarily be the only device for providing the gas to be injected. An alternative embodiment of the invention may include a hollow shaft where a channel 19 extends axially through the shaft 3 and is equipped with several bores 20 which provide a connection with the channel 10 and the gas pocket 16. Thus gas (indicated by arrows 15 and 25) can be advanced either through channel 10 or channel 19 or both.

Det er viktig at den kolde gass (antydet med piler 15 og 25) går inn i injektoren og forvarmes ved sin passasje gjennom kanalen 10 eller kanalen 19 og gasslommen 16 ved kontakt for hylsen 4 og aksen 3 som i det vesentlige har temperatu-ren til smeiten. Den forvarmede gass tvinges mellom bladene til rotoren 1 hvor den brytes opp til små adskilte bobler ved kollisjon med bladene 2 og ved metallstrømmen som føres forbi bladene. Den tvungne sirkulasjon av metallet rundt injeksjonsinnretningen dispergerer hurtig gassboblene når de dannes i en retning i det vesentlige langs hovedstrømningshastighetsvekto-ren, som antydet med pilene 14. Den første bane.for gassboblene følger retningen til pilene 14 inntil oppdriftskraften blir fremherskende og bevirker at gassboblene stiger til smeltens flate. It is important that the cold gas (indicated by arrows 15 and 25) enters the injector and is preheated by its passage through the channel 10 or the channel 19 and the gas pocket 16 at contact for the sleeve 4 and the shaft 3 which essentially have the temperature of the forge. The preheated gas is forced between the blades of the rotor 1 where it is broken up into small separated bubbles by collision with the blades 2 and by the metal flow that is passed past the blades. The forced circulation of the metal around the injection device rapidly disperses the gas bubbles as they form in a direction substantially along the main flow velocity vector, as indicated by arrows 14. The first path of the gas bubbles follows the direction of arrows 14 until buoyancy becomes dominant and causes the gas bubbles to rise. to the surface of the melt.

De gunstige virkninger ved det tvunge sirkulasjons-mønster for metallet rundt injeksjonsinnretningen innbefatter følgende: 1) tilveiebringelsen av en effektiv mekanisme for dannelsen av små gassbobler, 2) forhindring av en koaleskering av boblene ved dispergering av de små gassbobler nesten samtidia med deres dannelse, The beneficial effects of the forced circulation pattern for the metal around the injection device include the following: 1) the provision of an efficient mechanism for the formation of small gas bubbles, 2) prevention of a coalescence of the bubbles by dispersing the small gas bubbles almost simultaneously with their formation,

3) tilveiebringelsen av effektiv sirkulasjon for metallet,3) the provision of efficient circulation for the metal,

4) forlenget oppholdstid for gassboblene i smeiten utover den tid de ville forbli i smeiten hvis gravitasjon var den eneste kraft som virket på dem. 4) extended residence time of the gas bubbles in the melt beyond the time they would remain in the melt if gravity were the only force acting on them.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan gjennomføres ved en satsvis drift eller ved kontinuerlig drift ved bruk av et raffineringssystem, slik som vist på fig. 3. Raffineringssystemet omfatter et støpejernskall 31 som holdes ved sin driftstemperatur ved hjelp av vanlige oppvarmingsinnretninger som kan være plasert i fordypningen 32 og isolert mot varmetap av et ytre tungtsmeltende skall 33. Den indre flate til skallet 31 er foret med grafitt 34 eller med annet tungtsmeltende materiale som er inert overfor smeltet metall og ikke-metalliske urenheter som kan være tilstede. Skallet 31 er utstyrt med et deksel- 36 som hviler på flenser 39. En gasstett avtetning er anordnet mellom flensene 39 og dekselet 36 som kan boltes fast eller på annen måte festes og derved tillate at systemet kan drives uten infiltrasjon av luft. En gassinjeksjonsinnretning 35 av den type som er vist på fig. 1 festes til dekselet 36 og avstøttes fra dette. The method according to the invention can be carried out in a batch operation or in continuous operation using a refining system, as shown in fig. 3. The refining system comprises a cast iron shell 31 which is kept at its operating temperature by means of ordinary heating devices which can be placed in the recess 32 and insulated against heat loss by an outer low-melting shell 33. The inner surface of the shell 31 is lined with graphite 34 or with other low-melting material that is inert to molten metal and non-metallic impurities that may be present. The shell 31 is equipped with a cover 36 which rests on flanges 39. A gas-tight seal is arranged between the flanges 39 and the cover 36 which can be bolted or otherwise attached and thereby allow the system to be operated without infiltration of air. A gas injection device 35 of the type shown in fig. 1 is attached to the cover 36 and supported from this.

Raffineringsgass (antydet med pilen 37) injiseres i det smeltede metall 38 med gassinjektoren 35. Gassen vil etter å ha passert gjennom det smeltede metall samles i hoderommet 43 for dannelsen av et' inert gassteppe over smeiten og forlater rommet gjennom metallinngangsåpningen 40 i motstrøm til den innkomne metallstrøm. Det frie tverrsnittsområde for gasskanalen og følgelig trykket i systemet reguleres av spjeldet 49 som er plasert i åpningen 40. Den under lett trykk stående inerte gass i hoderommet 43 forhindrer luftlekkasje inn i rommet. Refining gas (indicated by the arrow 37) is injected into the molten metal 38 with the gas injector 35. The gas will, after passing through the molten metal, collect in the headspace 43 to form an inert gas blanket over the smelting and leave the space through the metal inlet opening 40 in countercurrent to the incoming metal flow. The free cross-sectional area of the gas channel and consequently the pressure in the system is regulated by the damper 49 which is placed in the opening 40. The inert gas under slight pressure in the head space 43 prevents air leakage into the space.

Innføringen av metall 38 i raffineringssystemet skjer gjennom metallinnløpsåpningen 40. Inne i beholderen blir metallet 38 overrislet av de jevnt fordelte gassbobler av inert gass og agiteres ved virkningen som tilveiebringes av den roterende gassinjektor 35. Gassen som er oppløst i smeiten diffun-derer inn i og bæres bort av boblene av inert gass når de stiger gjennom smeiten til smeltens flate 42. Det store flateom-råde til de findelte dispergerte gassbobler -tjener også som en effektiv transportinnretning for suspenderte ikke-metalliske partikler til 'slagglaget 48.ved smeltens flate 4 2 hvorfra de kan fjernes ved skumming. Det totale hovedsirkulasjonsmønster som utvikles i det smeltede metall er skjematisk vist ved piler 50. Det er dette induserte strømningsmønster for metall i beholderen som fortsetter å bringe friskt metall i kontakt med gassboblene som blir ført ut fra rommet mellom rotoren og statoren til in-jektorinnretningen. The introduction of metal 38 into the refining system takes place through the metal inlet opening 40. Inside the container, the metal 38 is sprinkled by the evenly distributed gas bubbles of inert gas and agitated by the action provided by the rotating gas injector 35. The gas dissolved in the smelt diffuses into and carried away by the bubbles of inert gas as they rise through the melt to the surface of the melt 42. The large surface area of the finely divided dispersed gas bubbles also serves as an efficient transport device for suspended non-metallic particles to the slag layer 48 at the surface of the melt 4 2 from which they can be removed by skimming. The overall main circulation pattern developed in the molten metal is schematically shown by arrows 50. It is this induced flow pattern of metal in the vessel which continues to bring fresh metal into contact with the gas bubbles which are expelled from the space between the rotor and stator of the injector device.

Det raffinerte smeltede metall forlater raffineringsbeholderen gjennom utløosåningen 44 som er plasert.under metallflaten 42 i veggen 45. Metallet føres gjennom brønnen 46 The refined molten metal leaves the refining vessel through the outlet 44 which is placed under the metal surface 42 in the wall 45. The metal is passed through the well 46

og forlater systemet gjennom utløsrennen 47 til en støpesta-' sjon. Brønnen 46 kan inneholde et vanlig filtreringsmedium, såsom grafitt eller fast tungtsmeltende flis. and leaves the system through the discharge chute 47 to a casting station. The well 46 may contain a common filtering medium, such as graphite or solid, hard-melting chips.

Skummingen av metallflaten 4 2 kan gjennomføres ved utformingen av raffineringsbeholderen eller ved å stoppe inn-løpsstrømmen av metall til raffineringsbeholderen, mens man holder strømmen av inert gass 37 gjennom gassinjektoren 35 slik at den skyver slagglaget 48 inn i innløpstrauet 40 hvorfra det kan fjernes ved mekaniske innretninger. Alternativt kan metallflaten 42 bli skummet ved hjelp av et håndverktøy som inn-settes i skallet 31 gjennom innløpstrauet 40 eller gjennom en åpning (ikke vist) i dekselet 36. The foaming of the metal surface 4 2 can be carried out by the design of the refining vessel or by stopping the inflow of metal to the refining vessel, while maintaining the flow of inert gas 37 through the gas injector 35 so that it pushes the slag layer 48 into the inlet trough 40 from where it can be removed by mechanical facilities. Alternatively, the metal surface 42 can be foamed using a hand tool which is inserted into the shell 31 through the inlet trough 40 or through an opening (not shown) in the cover 36.

Raffineringsdriften er ikke begrenset og gjennomfø-res i en enkelt raffineringssone, som vist på fig. 3. Beholderen kan istedet inneholde flere enkelte raffineringskamre eller soner gjennom hvilke det smeltede metall passerer i serier. The refining operation is not limited and is carried out in a single refining zone, as shown in fig. 3. The container may instead contain several individual refining chambers or zones through which the molten metal passes in series.

Fig. 4 og 5 illustrerer en slik alternativ anordning. Fig. 4 and 5 illustrate such an alternative arrangement.

Raffineringsbeholderen 55, som er vist på fig. 4 og . 5, er konstruert av et tungtsmeltende materiale som er inert overfor smeltet .metall og som er isolert mot varmetap med høye temperaturisolerende egenskaper. Hvis nødvendig kan beholderen være utstyrt med elektriske oppvarmingselementer (ikke vist) for varmetap. Raffineringsbeholderen 55 er utstyrt med et deksel 56 som er festet til beholderen 55 på en gasstett måte, idet bare metallinnløpsrennen 57 er uavtettet. Gassinjektorer 59 The refining vessel 55, which is shown in fig. 4 and . 5, is constructed of a heavy-melting material which is inert to molten metal and which is insulated against heat loss with high temperature insulating properties. If necessary, the container can be equipped with electric heating elements (not shown) for heat loss. The refining container 55 is equipped with a cover 56 which is attached to the container 55 in a gas-tight manner, only the metal inlet chute 57 being unsealed. Gas injectors 59

og 60 som er av den type som er beskrevet på fig. 1 og de respektive drivinnretninger 61 og 62 bæres av dekselet 56. Piler 75 indikerer inert gass som går inn i gassinjektorer. 59 og 60 gjennom deres respektive innløpsåpninger. and 60 which is of the type described in fig. 1 and the respective drive devices 61 and 62 are carried by the cover 56. Arrows 75 indicate inert gas entering gas injectors. 59 and 60 through their respective inlet openings.

Raffineringsbeholderen 55 er beregnet på å benyttesThe refining container 55 is intended to be used

i kontinuerlig drift, dvs. smeltet metall blir kontinuerlig til-ført gjennom innløpsrennen 57 i beholderen 55, oq metallet raffineres ved kontinuerlig påvirkning og gassinjeksjon gjennom injektorer 59- og 60, og det raffinerte metall blir kontinuerlig trukket ut fra beholderen via utløpsrennen 58. På fig. 5 vises at raffineringsbeholderen 55 er utstyrt med to raffineringsso-ner 63 og 64 som er adskilt av en ledeplate 65. Metallet kommer først inn i raffineringssonen 63 hvor det agiteres og overrisles;med en inert gass som frembringes av gassinjektoren 59. Metallet forlater raffineringssonen 63 delvis ved over-strøm over toppen av ledeplaten 63 og delvis ved understrømning gjennom åpningene 66, som er anordnet i ledepalten 65. Metallet blir videre raffinert i den andre raffineringssone 64 hvor det samtidig agiteres og overrisles med inert gass som tilveiebringes av gassinjektoren 60. Metallet forlater raffineringssonen 64 ved å strømme over bunnledeplaten 67 og-gå inn i ut-løpsrøret 68. Utløpsrøret 68 er fremstilt av et tungtsmeltende materiale, såsom grafitt eller silikonkarbid, og tjener til å lede raffinert smeltet metall fra raffineringssonen 64 til ut-løpsbrønnen 69 hvor det forlater raffineringsbeholderen gjennom utløpsrennen 58. in continuous operation, i.e. molten metal is continuously fed through the inlet chute 57 into the container 55, and the metal is refined by continuous impact and gas injection through injectors 59 and 60, and the refined metal is continuously withdrawn from the container via the outlet chute 58. fig. 5 shows that the refining container 55 is equipped with two refining zones 63 and 64 which are separated by a guide plate 65. The metal first enters the refining zone 63 where it is agitated and sprinkled with an inert gas produced by the gas injector 59. The metal leaves the refining zone 63 partly by overflow over the top of the guide plate 63 and partly by underflow through the openings 66, which are arranged in the guide gap 65. The metal is further refined in the second refining zone 64 where it is simultaneously agitated and sprinkled with inert gas provided by the gas injector 60. The metal leaves the refining zone 64 by flowing over the bottom guide plate 67 and entering the outlet pipe 68. The outlet pipe 68 is made of a low-melting material, such as graphite or silicon carbide, and serves to conduct refined molten metal from the refining zone 64 to the outlet well 69 where it leaves the refining vessel through the outlet chute 58.

Raffineringsgassen som innføres i systemet passerer gjennom det smeltede metall, samles i hoderommet 74 over metallet og forlater raffineringsbeholderen 55 gjennom innløpsrennen 57 over og i motstrøm til det innkommende smeltede metall. Trykket i raffineringsbeholderen 55 kan innstilles med en hengs-let spjeldinnretning 73 som er plasert i innløpsrennen 57 ved å regulere det frie tverrsnittsområde for gasspassasjen i inn-løpsrennen 57. Det er således mulig å tilveiebringe i tillegg The refining gas introduced into the system passes through the molten metal, collects in the headspace 74 above the metal and leaves the refining vessel 55 through the inlet chute 57 above and in countercurrent to the incoming molten metal. The pressure in the refining container 55 can be adjusted with a hinged damper device 73 which is placed in the inlet chute 57 by regulating the free cross-sectional area for the gas passage in the inlet chute 57. It is thus possible to additionally provide

■ til den statiske avtetning tilveiebragt av'dekselet 56, en dy-namisk gåssavtetning for raffineringsbeholderen ved drift av be- ■ to the static seal provided by the cover 56, a dynamic gas seal for the refining vessel during operation of the

holderen 55 lett over omgivelsestrykket for å forhindre luft i å komme inn i beholderen. the holder 55 slightly above ambient pressure to prevent air from entering the container.

En vesentlig fordel ved systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er at det lett kan innstilles for å gi raffinerings-gasskravene for forskjellige metaller og raffineringshastighe-ten kan tilasses til et vidt område av støpehastigheter. De spesielle raffineringsgasskrav som vanligvis uttrykkes som gassvolum ved normal temperatur og trykk pr. vektenhet av metall som skal behandles er en funksjon av sammensetningen av legeringen og graden av renhet som kreves i det ferdige produkt. Strøm-ningshastigheten for metallet gjennom raffineringssystemet kan reguleres ved støpehastigheten, f. eks. ved type støpemaskiner som benyttes og ved antall av støpeblokker som skal støpes samtidig fra det raffinerte metall. Det følgende illustrerer en hensiktsmessig måte med hvilken driftsbetingelsene i systemet kan innstilles i avhengighet av den spesielle legering som skal raffineres og denønskede hastighet for raffinering i samsvar med foreliggende oppfinnelse.. A significant advantage of the system according to the present invention is that it can be easily adjusted to provide the refining gas requirements for different metals and the refining speed can be adjusted to a wide range of casting speeds. The special refining gas requirements, which are usually expressed as gas volume at normal temperature and pressure per unit weight of metal to be processed is a function of the composition of the alloy and the degree of purity required in the finished product. The flow rate of the metal through the refining system can be regulated by the casting rate, e.g. by the type of casting machines used and by the number of ingots to be cast simultaneously from the refined metal. The following illustrates a convenient way in which the operating conditions of the system can be adjusted depending on the particular alloy to be refined and the desired rate of refining in accordance with the present invention.

Til å begynne med blir strømningshastigheten for raffineringsgassen pr. gassinjeksjonsinnretning beregnet etter den følgende formel: Initially, the flow rate of the refining gas per gas injection device calculated according to the following formula:

hvor V er strømningshastigheten for raffineringsgassen gjennom innretningen, normal m^/min., where V is the flow rate of the refining gas through the device, normal m^/min.,

W er metallstrømningshastigheten eller raffineringshastig-heten i kg/min., W is the metal flow rate or refining rate in kg/min.,

C er spesielle raffineringsgasskrav, normal m /kg metall N er antall gassinjeksjonsinnretninger i systemet. C is special refining gas requirements, normal m/kg metal N is the number of gas injection devices in the system.

Det spesielle raffineringsgasskrav C bestemmes ved eksperimentering eller ved oppstarting kan det vurderes ut fra mengden av raffineringsgass som benyttes for raffinering av det spesielle metall ved vanlig praksis. The special refining gas requirement C is determined by experimentation or at start-up it can be assessed based on the amount of refining gas used for refining the particular metal in normal practice.

Etter å ha bestemt den nødvendige gasstrømningshas-tighet gjennom injeksjonsinnretningen, blir rotasjonshastigheten for rotoren innstilt i samsvar med følgende formel: R = (300 + 750V + 83r<2>)/d \ 2) After determining the required gas flow rate through the injection device, the rotational speed of the rotor is set according to the following formula: R = (300 + 750V + 83r<2>)/d \ 2)

hvor R er rotasjonshastigheten for rotoren (omdreininger/min.), where R is the rotation speed of the rotor (rev/min.),

V er gasstrømningshastigheten gjennom innretningen bereg-3 V is the gas flow rate through the device bereg-3

net av formel (1), normal m /min.,net of formula (1), normal m /min.,

r er forholdet mellom den minste tverrsnittsdimensjon for raffineringssonen rundt rotoren og rotorens diameter (beregnet med benyttede enheter) f. eks. i raffineringssystemet som er vist på fig. 5, den minste tverrsnittsdimensjon for raffineringssonen 63 er den minste av de to dimensjoner indikert med pilene 70 og 71, r is the ratio between the smallest cross-sectional dimension of the refining zone around the rotor and the diameter of the rotor (calculated with the units used) e.g. in the refining system shown in fig. 5, the minimum cross-sectional dimension of the refining zone 63 is the smaller of the two dimensions indicated by arrows 70 and 71,

d er rotorens diameter i centimeter.d is the diameter of the rotor in centimeters.

Denne formel gir en egnet verdi for omdreininger pr. minutt for rotoren som sikrer en tilfredsstillende dispersjon . av raffineringsgassen og en god omrøring av metallbadet under de fleste driftsbetingelser. Av formelen ser man at rotorens hastighet må økes med økende raffineringsgasstrømningshastighet. Det skal imidlertid bemerkes at det er mulig å drive . innretningen ved betydelig lavere hastigheter enn angitt med denne formel, idet den optimale hastighet er diktert hovedsakelig av den ønskede grad av raffinering. This formula gives a suitable value for revolutions per minute for the rotor which ensures a satisfactory dispersion. of the refining gas and a good stirring of the metal bath under most operating conditions. From the formula it can be seen that the speed of the rotor must be increased with increasing refining gas flow rate. However, it should be noted that it is possible to drive . the device at considerably lower speeds than indicated by this formula, the optimum speed being dictated mainly by the desired degree of refining.

Claims

1. Process for refining a molten metal selected from the group consisting of magnesium, copper, zinc, tin and lead, characterized by the following steps:

1) feeding molten metal to a refining zone, 2) maintaining a protective atmosphere above the surface of the molten metal at a pressure greater than atmospheric pressure to thereby prevent contact of the melt with air or atmospheric moisture, 3) arrangement of a gas injection device immersed in the molten metal comprising a) a shaft attached to a rotor with blades at its lower end, b) a stationary sleeve surrounding the shaft and c) a channel for transporting and discharging refined gas to the molten metal along the length of the gas injection device, 4) introducing a refining gas into the upper end of the channel under sufficient pressure to be injected into the smelt, 5) preheating of the refining gas by contact of this with the hot walls of the channel, whereby the gas is expanded before it is divided into gas bubbles to the point where thermal growth of the bubbles in the melt is essentially prevented, 6) feeding the preheated refining gas to the blades of the rotor of the gas injection device, 7) breaking up the refinery gas into separate gas bubbles by rotating the bladed rotor at a speed sufficient to form a circulating pattern in the molten metal so that the gas bubbles are transported substantially radially outward with a downward component relative to their point of entry into the melt for thereby coming into intimate contact with substantially the entire mass of molten metal in the refining zone, resulting in the removal of dissolved gases and substantially all non-metallic impurities from the smelt, 8) extraction of the spent inert gas and the dissolved gases released from the metal, while other non-metallic impurities are collected in a slag layer on the surface of the molten metal and 9) withdrawal of the refined molten metal from the refining zone.

2. Method according to claim 1, characterized in that the refining gas is argon.

3. Method according to claim 1, characterized in that the refining gas is nitrogen.

4. Method according to claim 1, characterized in that the refining gas is a mixture of argon and nitrogen.

5. Method according to claim 1, characterized in that the channel is formed by the outer surface of the shaft and the inner surface of the stationary sleeve.

6. Method according to claim 1, characterized in that the channel extends axially through the shaft.

7. Process for refining a molten metal selected from the group consisting of magnesium, copper, zinc, tin and lead, characterized by the following steps: 1) providing a refining vessel for molten metal, which vessel contains at least one refining zone, 2) feeding molten metal to the refining vessel, 3) maintaining a protective atmosphere above the surface of the molten metal at a pressure greater than atmospheric pressure to thereby prevent contact of the molten metal with air or atmospheric moisture, 4) placement of at least one gas injection device in the refining vessel immersed in the molten metal comprising (a) a shaft attached to a rotor with blades at its lower end, b) a stationary sleeve surrounding the shaft and c) a channel for the introduction and discharge of refining gas into the molten metal along the length of the gas injection device, 5) introduction of refining gas into the upper end of the channel under sufficient pressure to be injected into the smelter, the flow rate of the gas being determined by the following formula: V = W C/N where V is the flow rate of gas through each injection facility, normal m/min., W is the feed rate of molten metal into the refiner the container, kg/min., C is the special refining gas requirement in normal m 3/kg metal, N is the number of gas injection devices in the refining vessel the 6) breaking up the refinery gas into separate gas bubbles by rotating the bladed rotor at a speed sufficient to form a circular pattern in the molten metal so that the gas bubbles are transported substantially radially outward with a downward component relative to their entry points in the smelting, resulting in the removal of dissolved gases and substantially all non-metallic impurities from the smelting, 7) extraction of spent refining gas and dissolved gases released from the metal, while collecting other non-metallic impurities in a slag layer on the surface of the molten metal and 8) removal of refined molten metal from the refining vessel.

8. Method according to claim 7, characterized in that the gas injection device is operated at a speed approximately as defined by the following formula: R - (300 + 750V + 83r <2> ) /d where R is the rotation speed of the rotor (rev/min.), V is the gas flow rate through the injection device gen, normal w/min., r is the ratio of the smallest cross-sectional dimension for the refining zone and diameter for the rotor (dimension-free) and d is the diameter of the rotor in centimeters.

9. Method according to claim 7, characterized in that the inert gas is argon.

10. Method according to claim 7, characterized in that the inert gas in relation to the metal is nitrogen.

11. Process for refining molten metal selected from the group consisting of magnesium, copper, zinc, tin and lead, characterized in that it comprises the following steps: 1) feeding molten metal to a refining zone, 2) maintaining a protective atmosphere above the surface of the molten metal at a pressure greater than atmospheric pressure, thereby preventing contact of the melt with air or atmospheric moisture, 3) introducing a refining gas into the smelt below its surface, 4) preheating the refinery gas before it is divided into gas bubbles by expanding the gas to the point where thermal growth of the bubbles in the melt is essentially prevented, 5) division of the refining gas into separate gas bubbles, 6) formation of a circulation pattern in the molten metal such that the bubbles of refining gas are transported substantially radially outward with a downward component relative to their entry points into the smelt, whereby the gas bubbles come into intimate contact with substantially the entire mass of molten metal in the refining zone, resulting in the removal of dissolved gases and substantially all non-metallic impurities from the smelt, 7) removal of spent refining gas containing dissolved gases released by the metal, while other non-metallic impurities are collected- in a slag layer on the surface of the molten metal and 8) removing the refined molten metal from the refining zone.

12. Method according to claim 11, characterized in that the refining gas in relation to the metal is selected from the group consisting of argon, nitrogen and mixtures thereof.