FI69512B - Foerfaringssaett och anordning foer tillfoersel av spaonor i metallsmaelta - Google Patents

Description

1 69512

Tapa ja laite lastujen syöttämiseksi metallisulaan Tämä keksintö kohdistuu tapaan syöttää kooltaan pieniä, mutta suuren pinta-alan omaavia kappaleita kuten lastuja metallisulan pinnan alle sekä laitteeseen tämän tavan soveltamiseksi .

Valimoiden raaka-aineesta muodostaa metallin eri työstövai-heissa syntyvä lastu merkittävän osan. Sulatusvaiheeseen on kuitenkin liittynyt kaksi ongelmaa: lastujen öljypitoisuudes-ta johtuvat kuumuus- ja savukaasuhaitat sekä sulan pinnalle syötetyn ja siinä kelluvan lastun hitaasta sulamisesta johtuvat suuret sulatuskustannukset ja palohäviöt.

Lastujen öljvpitoisuudesta johtuvat haitat on yleensä ratkaistu öljynpoistolla, joka tapahtuu joko kuivausta tai pesua käyttäen. Hitaasta sulamisesta johtuvat haitat on parhaiten onnistuttu ratkaisemaan käyttämällä lastutavaran sulatukseen verkkojaksovirralla toimivaa upokasinduktio-uunia, jossa induktiivinen sekoitus vie lastun sulan sisään sitä mukaa kuin sitä syötetään uuniin. Kun sulatettava materiaali koostuu muustakin kuin lastutavarasta, on upokas-induktiouunin hankinnassa suuria riskitekijöitä sen häiriö-herkkyyden vuoksi esim. syötettäessä uuniin massiivista valanneromua.

Jos lastutavaran sulatuskapasiteetti ei edellytä oman upokas-induktiouunin hankkimista ainoastaan sitä varten, on useampaa erilaista raaka-ainetta käytettäessä ränni-induktiouuni yleisin vaihtoehto. Syötettäessä lastutavaraa ränni-induk-tiouuniin on päävaikeutena saada lastut sulan sisään riittävän nopeasti. Tämä johtuu erityisesti lastujen pienestä tilavuuspainosta verrattuna esim. massiivisiin metallikappa-leisiin. Tällöin lastuilla on taipumus jäädä kellumaan sulan pinnalle eikä niiden saaminen pinnan alle ole helppoa. Sulan pinnalla lastu hapettuu ja merkittävä osa lastutavarasta joutuu kuonaan.

---- " )1..

2 69512

Lastujen hapettumista on pyritty aikaisemmin ehkäisemään mm. US pat. 4 209 321 mukaisella laitteistolla, joka muodostuu ylinnä olevasta esikuumennuskammiosta, sen alapuolella sijaitsevasta kuilumaisesta esipelkistysosasta ja alinna olevasta sulauunista, jotka muodostavat suljetun yksikön. Lastujen hapettumista estetään vielä kierrättämällä uuni-tilassa inerttiä kaasua. Laitteisto on kuitenkin suurikokoinen monine vyöhykkeineen, ja koska se on suljettu, se soveltuu vain lastutavaran syöttöön eikä tämän lisäksi suurempikokoisen kappaletavaran syöttämiseen.

US patentissa 4 298 377 on esitetty lisäaineen syöttö pyörimään saatetun sulan imusilmäkkeeseen. Laitteisto on jatkuvatoiminen ja syötettävä lisäaine on granuloitua tai pulveri-maista kiintoainetta. Imu aikaansaadaan johtamalla sulaa jatkuvasti erilliseen, poikkileikkaukseltaan pyöreään vortex-astiaan tangentiaalisella sisäänviennillä, jolloin muodostuu edelläkuvattu imyvyöhyke. Imusilmäkkeen alapuolelta sula virtaa siihen sekoittuneine lisäaineineen laitteiston alaosassa sijaitsevaan sulatusuuniin. Myös tämä laitteisto on suljettu siten, että kappaletavaran syöttö ei ole mahdollista.

Edellä kuvatun lisäainesyötön mukaisesti tutkittiin lastun syöttöä metallisulaan. Vortexia pyrittiin aikaansaamaan sulassa pyörivällä sekoittimella (lapasekoitin tai ruuvi). Tutkimuksissamme todettiin, että pyöritettiinpä sulaa millä sekoittimella tahansa, ei voitu välttää lastutavaran sinkoutumista sula-astian laidoille ja siten ei voitu estää lastu-tavaran jäämistä sulan pinnalle ja hapettumista. Tutkimuksissamme todettiin myös, että koko sulamassan pyörittämiseen perustuvan, riittävän tehokkaan imuilmiön aikaansaaminen vaatii kohtuuttomasti energiaa, koska metallin tiheys on suuri esim. vesiliuoksiin verrattuna.

Eräs tunnettu ja käytetty tapa lastutavaran syöttämiseksi metallisulaan on syöttää lastut sulan pintaan ja painaa tai liikutella niitä eräänlaisilla erilaisia liikeratoja omaavilla painimilla tms. sulan pinnan alle. Tässä tavassa on 3 69512 haittana juuri lastujen hidas lämpeneminen ja sulaminen ja siten ne ehtivät hapettumaan sulan pinnalla ja osa lastuista joutuu kuonaan. Lisäksi joudutaan välillä syöttämään sulatusuuniin lämpötilan hoitamiseksi hyvän johtokyvyn omaavia me-tallikappaleita.

Kuten edellä olevasta tekniikan tason kuvauksesta käy ilmi, on vaikeutena ollut löytää sellainen tapa ja laite lastu-tavaran syöttämiseksi sulan sisään, jolla tulokset erityisesti ränni-induktiouunia käytettäessä olisivat vähintään yhtä hyviä kuin upokasinduktiouunia käytettäessä. Keksintömme mukaisen tavan ja laitteen tarkoituksena on aikaansaada tasainen ja tehokas lastutavaran syöttö metallisulan sisään ja samalla uuniin voidaan tarvittaessa syöttää erikseen myös kappaletavaraa. Keksinnön olennaiset piirteet käyvät esille vaatimuksesta 1.

Keksinnön mukaisesti sulatusastiaan muodostetaan putkimaisen tilan keskelle sekoituksen avulla imupyörre 1. vortex, johon lastumainen tavara syötetään. Putkimaisen tilan muodostaa yksinkertaisimmillaan päistään avoin putki, joka yläosastaan ulottuu sulan pinnan yläpuolelle. Sekoitus- ja imupyörre aikaansaadaan putken sisälle sijoitetun sama-akselisen ruuvi-maisen sekoittimen avulla. Sekoitinruuvi ulottuu yläosastaan putkessa olevan sulan pinnan yläpuolelle ja ruuvin alaosa ulottuu sekoitinta ympäröivän putken alapuolelle uunin sulatilaan. Sekoitinruuvi muodostaa putken keskiosaan sekoi-tusvyöhykkeen, jossa lastutavara sekoittuu sulaan muodostaen lastu-sulasuspension. Sekoitusvyöhykkeen ympärillä on annu-laarinen nousuvyöhyke, jossa tuore sula virtaa alhaalta ylöspäin korvaten lastu-sulasuspensiossa alaspäin virrannutta sulaa ja samalla johtaen lämpöä putken yläosaan. Putki ja sen sisäpuolella oleva ruuvi voivat olla sulatusastiaan nähden kaltevassa asennossa, mutta koska tällöin tulevat esille virtauksen toispuoleisuudesta johtuvat ei-toivotut ilmiöt, on putki edullisimmin pystysuorassa asennossa.

4 69512

Keksinnön mukaista laitetta selostetaan tarkemmin kuviossa 1.

Metallin sulatusuuniin 1 on sijoitettu lastujen syöttölaite. Metallilastut 2 syötetään mahdollisimman tasaisena virtana syöttökouruun 3, jota pitkin ne joutuvat ns. vortexputkeen 4 sulan pinnalle. Moottorin 5 avulla pyörivä, alaspäin painava sekoitinruuvi 6 aikaansaa vortexputken 4 keskiosassa sulaan pyörivän liikkeen, jolloin sulan pinnalle syntyy imupvörre 7, mikä imee syötetyt metallilastut sulan sisään sekoitusvyöhyk-keeseen 8 painaen ne vortexputken alaosaan 9 ja sieltä edelleen sulatusuunissa olevaan sulaan 10. Vortexputken alaosassa 9 on edullisesti loveuksia 11, joiden vaikutuksesta syntyy toroidimaista sekoitusta putkessa alaspäin virtaavan lastu-sulasuspension ja uunissa olevan tuoreen sulan kesken. Sulan metallikerroksen 10 pinnalla on kuonakerros 12.

Sekoitinruuville 6 on olennaista, että se ulottuu putkessa olevan sulan pinnan yläpuolelle, jolloin ruuvi 6 pyöriessään "leikkaa" myös mahdollisesti syntyneestä lastukasasta lastuja mukaansa. Lisäksi ruuvi 6 on kooltaan edullisesti sellainen, Dv että jr- = 1,2 - 1,6 (Dv = vortexputken halkaisija, De = ruuvin halkaisija), jolloin ruuvin 6 ja putken 4 seinän väliin jäävässä nousuvyöhykkeessä 13 on tilaa riittävästi sulan paluuvirtauksille. Tämä paluuvirtaus nousuvyöhykkeessä 13 johtaa lämpöä sulatusastiasta putken yläosaan 14, jolloin lastut esilämpiävät ja sekoittuvat tehokkaasti putkessa olevaan sulaan.

Keksinnön mukaiselle tavalle ja laitteelle on olennaista, että lastuja ei sekoiteta heti koko sulamäärään eikä yritetä muodostaa koko sulamassaan vortexia ja sekoitusta, joka vetäisi lastut metallisulan sisälle, vaan vortex muodostetaan vain rajoitetussa sulamäärässä. Ratkaisu on taloudellinen eikä se mitenkään estä kappaletavaran syöttöä uuniin laitteen ulkopuolella.

5 69512

Lastujen syöttö sulatusuuniin voi olla jatkuvaa tai puoli-jatkuvana tapahtuvaa. Ruuvisekoittimen avulla lastut saadaan tasaisesti ja tehokkaasti painetuksi sulan pinnan alle eivätkä ne pääse hapettumaan. Koska ruuvi ulottuu alaosastaan vortex-putken alapuolelle, ei lastutavara pääse lähtemään ylöspäin nousevan sulavirtauksen mukana takaisin vortex-putkeen.

Sekoitusruuvi on luonnollisestikin alaspäin painava, mutta tarkemman ruuvin nousun ja muodon pystyy ammattimies määrittelemään olosuhteista riippuen. Sekoituslaite valmistetaan tulenkestävästä materiaalista.

Mikäli syötettävä lastu on hyvin herkästi hapettuvaa, voidaan syöttökourun ympärille järjestää suojakaasulaitteet, mutta normaalitapauksissa tämä ei ole välttämätöntä.

Sulatusuunissa muodostuu sulan pinnalle kuonakerros. Käytettäessä paininta tai mekaanista sekoitusta lisätään uuniin fluksiainetta kuonan talteensaannin parantamiseksi. Sekoitus-ruuvia käytettäessä on esim. messinkilastun sulatuksessa todettu fluksin lisäys tarpeettomaksi.

Keksintöä kuvataan lisäksi oheisten esimerkkien avulla, joista nähdään, että käytettäessä keksinnön mukaista tapaa ja laitetta pystytään huomattavasti suurempi osa lastutavarasta hyödyntämään. Esimerkki 1 on vertailuesimerkki. Esimerkeissä on laskettu kuonan määrä painoprosentteina lastusyö-töstä, ja tämä luku antaa vertailukelpoisen kuvan tekniikan tason ja keksinnön mukaisista tavoista. Esimerkeissä 2 ja 3 on lastun syötössä päästy vähintään uunin nimelliseen sulatustehoon.

ESIMERKKI 1 3 Ränni-induktiouuniin, jonka tilavuus oli 0,9 m , syötettiin sulatettavaksi 3000 kg:n lyijymessinkipanos, josta osa oli kuivattua lastua lopun ollessa kappaletavaraa. Lastu 6 69512 syötettiin sulan pinnalle ja sitä painettiin sulan pinnan alle painimella. Tulokset on annettu oheisessa taulukossa:

Syötetty Syöttö- Syöttö- Poistettu lastumäärä aika nopeus kuonamäärä_ [kg] [min] [kg/hj p-% _____fkg] lastutvötöstä

I 1040 27 2311 210 20,2 I

i II 1040 25 2496 163 15,7 j __| ESIMERKKI 2 Ränni-induktiouuniin, jonka tilavuus oli 0,9 m^, syötettiin 3000 kg:n lyijymessinkipanos sulatettavaksi osan ollessa taas kuivattua lastutavaraa ja lopun kappaletavaraa. Lastu syötettiin sulan pinnan alle keksinnön mukaisella sekoitin-ruuvilla, jonka halkaisija oli 200 mm. Tulokset alla olevassa taulukossa:

Syötetty Syöttö- Syöttö- Poistettu lastumäärä aika nopeus kuonamäärä_ [kg] [min) [kg/h] Γ I p-% _____[kg] lastusyötöstä I 1200 13 5538 73 6,1 II 1595 30 3190 103 6,5 ESIMERKKI 3 3 0,3 m :n ränni-induktiouuniin syötettiin sulatettavaksi 1000 kg:n lyijymessinkipanos, josta noin 2/3 oli kappaletavaraa ja loput kuivattua lastua. Lastutavara syötettiin 7 69512 sulan pinnan alle keksinnön mukaisella ruuvilla, jonka halkaisija oli 100 mm. Tulokset ohessa:

Syötetty Syöttö- Syöttö- Poistettu lastumäärä aika nopeus kuonamäärä_ [kg] [mirJJ j [kg/h\ ' p-% ____,_|__Ckql lastusyötöstä 290 9 | 1933 10 3,5

LJ_L i 1 1_I

Claims (11)

6951 2 PATENTTIVAATIMUK SET

1. Tapa suuren pinta-alan omaavan lastumaisen tavaran syöttämiseksi metallisulaan, tunnettu siitä, että avoimen sulatusastian (1) sisään muodostetaan putkimaisen tilan (4) keskelle, sen yläosaan, sekoituksen avulla imupyörre, johon lastumainen tavara syötetään, imupyörteestä lastumainen tavara saatetaan sekoittumaan lastu-sula-suspensioksi putkimaisen tilan (4) keskiosaan muodostetussa, ainakin koko putkimaisen tilan oituudelle ulottuvassa ja jatkuvasti alaspäin painavassa sekoitusvyöhykkeessä (8), lastu-sulasuspensio poistetaan putkimaisen tilan alaosasta (9) sulatusastiaan (1), sekoitus-vyöhykkeen ympärille muodostuvassa annulaarisessa nousuvyö-hykkeessä (13) tuore sula virtaa ylöspäin korvaten lastu-sulasuspensiossa alaspäin virranneen sulan sekä johtaen lämpöä putkimaisen tilan yläosaan (14).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että sekoitus saatetaan ulottumaan putkimaisen tilan (4) sulan pinnan yläpuolelle.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että sekoitus saatetaan ulottumaan putkimaisen tilan (4) alapuolelle.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että putkimaisen tilan (4) alaosaan muodostetaan toroidimainen sekoitus.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite suuren pinta-alan omaavan lastumaisen tavaran syöttämiseksi metallisulan sisään, tunnettu siitä, että laite muodostuu avoimen sulatus- . uunin (1) sisään sijoitetusta vortexputkesta (4), sen sisä puolella olevasta koaksiaalisesta pyörivästä sekoitinruuvista (6), sekä tämän yläpuolella sijaitsevasta syöttökourusta (3).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että vortexputken (4) halkaisijan suhde sekoitinruuvin 6951 2 (6) halkaisijaan on noin 1,2 - 1,6.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että vortexputken alaosaan (9) on muodostettu loveuksia (11).

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että vortexputki (4) ulottuu sulatusuunissa (1) olevan metallisulapinnan yläpuolelle.

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekoitinruuvi (6) ulottuu yläosastaan vortexputken sulapinnan yläpuolelle.

10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekoitinruuvi (6) ulottuu alaosastaan vortexputken (4) alapuolelle.

11. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että sulatusuuni (1) on ränni-induktiouuni. 6951 2