NO171119B - Forbedret totrinns aluminium-raffineringskar - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår raffinering av aluminium. Mere spesielt angår den et forbedret totrinns aluminiums-raffineringssystem.

Smeltet aluminium raffineres vanligvis for å fjerne oppløst hydrogen, ikke-metalliske partikler og alkali- og Jordalkalimetaller ved spyling med en gass som argon eller nitrogen, enkelte ganger under tilsetning av klor. For maksimal effektivitet og økonomi når det gjelder bruk av gass blir spylegassen dispergert i form av fine bobler. En slik dispergering gjennomføres fordelaktig ved hjelp av en spinnedyse for injeksjon av spylegassen inn i smeltet aluminium. Denne raffineringsprosess kan gjennomføres på kontinuerlig eller halvkontinuerlig basis i et gjennomløps-system. Når det kreves en relativt høy aluminiumraffinerings-kapasitet, det vil si vanligvis over ca. 13 tonn/time, kan det være gunstig å anbringe to eller flere spinnedyser i raffineringskaret. Hvis to spinnedyser benyttes i et enkelt forstørret kammer kan produksjonskapasiteten for karet fordobles sammenlignet med det som oppnås ved bruk av et enkeltdysekar. Hvis imidlertid dysene anbringes i separate rom anordnet ved siden av hverandre i serie i karene, kan kapasiteten nok en gang økes med en faktor to sammenlignet med den kapasitet som oppnås ved bruk av to dyser i et kammer med samme totale størrelse. Et slikt totrinns raffineringssystem der smeltet aluminium føres til innløpet av det første trinn i den ene enden av karet og fjernes fra utløpet fra det andre trinn i den motsatte ende av karet er ytterligere beskrevet og illustrert i US-PS 4 373 704 (Pelton). I dette system er de separate rom i raffineringskaret separert av en skillevegg tilpasset å muliggjøre at strøm av smeltet metall kun skjer fra det første kammer til det andre uten mulighet for strømning fra det andre til det første. Det er selv-følgelig mulig å konstruere og å bruke et system som innarbeider mere enn to slike raffineringstrinn. Aluminiumraffineringssystemer med to eller flere trinn vil således sees å ha fordelen med redusert størrelse for enhver gitt raffineringskapasitet sammen med en øket raffinerings-effekt pr. dyse og volumgass benyttet. I tillegg tilbyr slike multitrinns systemer muligheten for å benytte forskjellige raffineringsgasser i forskjellige raffineringstrinn. Når det for eksempel er nødvendig med en relativt stor mengde klor for fjerning av alkali- og Jordalkalimetaller kan hele klortilsetningen skje i det første trinn. Noe av kloridene som således dannes i det første trinn kan fjernes i det andre trinn. Dette resultat kan ikke oppnås effektivt i et enkelttrinnssystem, selv når to injiseringsdyser benyttes.

Det totrinnssystem som beskrives i Pelton patentet benytter et eksternt oppvarmet støpejernskar med en innvendig foring og skilleveggsanordninger for å gi de to separate rom. Som vist i tegningene er trinnene anordnet i serie der smeltet aluminium føres til bunnen av det første trinn i den ene ende av systemet og fjernes fra toppen av det andre trinn i den motsatte ende av systemet.

Mens det ovenfor beskrevne totrinnssystem har signifikante fordeler overfor et enkelttrinnssystem er det selvfølgelig et generelt ønske i denne teknikk for ytterligere forbedringer slik som å tilveiebringe lettere og mere hensiktsmessig installasjon, en mere kompakt konstruksjon, spesielt i lys av det meget begrensede driftsrom som er tilgjengelig i mange raffinerier, lett drift og vedlikehold og lignende. En gjenstand for oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en forbedret totrinnsbeholder for å inneholde og raffinere aluminium.

En ytterligere gjenstand for oppfinnelsen er å tilveiebringe et totrinns raffineringssystem med forenklet installasjon, drift og vedlikehold.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse et totrinns aluminiumraffineringskar med et isolert skall med bunn og sidevegger ugjennomtrengelige for smeltet aluminium, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at det i kombinasjon omfatter: a) en sentral vegg anbragt for å skille rommet i karet i to deler; b) et førstetrinnsrom i karet med en front-, bak- og ytre sidevegg idet den sentrale skillevegg utgjør den indre sidevegg i rommet; c) innløpsanordninger i frontveggen i førstetrinnsrommet for innføring av smeltet aluminium; d) et andretrinnsrom i karet med en front-, bak- og ytre sidevegg idet den sentrale skillevegg utgjør den indre

sidevegg av rommet,

idet nevnte første- og andre trinnsrom således befinner seg ved siden av hverandre i karet og frontveggen til andretrinnsrommet befinner seg på samme side av karet som frontveggen til førstetrinnsrommet; e) utløpsanordninger i frontveggen av andretrinnsrommet for avtrekking av smeltet aluminium; f) gjennomløpsanordninger i den sentrale skillevegg for å muliggjøre passasje for smeltet aluminium fra det første

trinn til det andre trinn under kontinuerlig aluminiumsraffinering i karet; og

g) i og for seg kjente midler for separering av flytende dross fra den smeltede aluminiumsstrøm som behandles i

karet;

hvorved totrinnskaret er fri for hindere bortsett fra gassfordelingsanordninger som benyttes ved bruk av karet ved aluminiumsraffinering idet karet er slik at strømningsretnin-gen gjennom systemet lett kan reverseres.

Raffineringssystemet ifølge oppfinnelsen omfatter et totrinns aluminiumraffineringskar der trinnene befinner seg ved siden av hverandre og ellers arrangert for lett installering, drift og vedlikehold. Den forbedrede konstruksjon øker karets fleksibilitet for bruk i aluminiumraffineringsanlegg.

Oppfinnelsens beskrivelse er basert på de ledsagende tegninger der: Fig. 1 er et planriss av en utførelsesform av raffinerings systemet ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 er et tverrsnittsoppriss av utførelsesformen som vist

i fig. 1 langs linjen A-Å i denne; og

Fig. 3 er et skjematisk diagram av en utløpsvegganordning

som benyttes i en utførelsesform av oppfinnelsen.

Gjenstanden for oppfinnelsen oppnås ved å tilveiebringe et unikt totrinns raffineringskar som gir forbedret installa-sjonsenkelhet, drift og vedlikehold. Således er de to trinn anordnet side ved side der smeltet metall går inn i og ut av samme ende av karet uten at noen hindringer er anordnet i noe rom bortsett fra selve spinnedysen. Trykkhodefallet under drift ved full strømning er relativt lav og den lette rensing som ligger i konstruksjonen muliggjør at dette kan opprett-holdes på slike lave nivåer i løpet av utstrakt drift av systemet ved kommersiell aluminiumsraffinering.

Totrinns sidearrangementet ifølge oppfinnelsen fremgår av fig. 1 i tegningene der det totale raffineringskar, vist med isolasjonsdekslet fjernet og angitt med 1, omfatter et førstetrinnsrom 2 og et andretrinnsrom 3. Separate, ikke viste spinnedyser er anordnet i hvert trinn der dysen i det første trinn befinner seg ved 4 i rom 2 og dysen for det andre trinn ved 5 i rom 3. Innløpsanordninger 6 er til-veiebragt i frontenden 7 av raffineringskaret 1 for passasje av smeltet aluminium til det første rom 2 mens utløpsan-ordninger 8 er anordnet for utslipp av raffinert smeltet aluminium fra det andre rom 3 i enden 7. En utløpsplate 9 befinner seg ved utløpsanordningene idet det som vist i fig. 2 denne strekker seg under driftsnivået for smeltet aluminium i rom 3 og utløpsanordningene 8.

Et temperaturkontroll termopar 10 er vist anordnet i den ytre sidevegg av rom 2. Det skal være klart at anordning av et slikt termopar og plasseringen av denne er ønskelig for god drift men ikke er et vesentlig trekk ved oppfinnelsen. Den sentrale plate 11 befinner seg mellom rommene 2 og 3 og danner indre vegger derav. Den sentrale plate 11 har en gjennomløpsanordning 12 som befinner seg i det nedre bakre hjørnet derav for å gi fluidkommunikasjon mellom rommene for strømmen av smeltet aluminium fra det første til det andre trinn i karet. Mens det isolerte deksel til raffineringskaret 1 er fjernet i fig. 1 skal det bemerkes at renseluker hensiktsmessig anordnes i dette der lokaliseringen av en slik for rommet 2 er vist ved 13 og den for rommet 3 er vist ved 14.

Fagmannen vil erkjenne at karet 1 har et isolerende skall 15 med bunn og indre sidevegger som er ugjennomtrengelige for smeltet aluminium og som omfatter en grafittblokkutforing 16 på minst en indre vegg av skallet. I fig. 1 inneholder den bakre ende 17, det vil si veggen motsatt frontenden 7 som har innløpsanordningene 6 og utløpsanordningene 8, grafittblokk-foringen 16 som strekker seg til over det konstruktive driftsnivå for aluminiumsmelten i raffineringskaret 1 og er anbragt for å komme i kontakt med smeltet aluminium i karet 1. Grafittblokken 16 har en eller flere ikke viste åpninger som strekker seg fra den øvre ende i retning av men ikke helt til bunnen av blokken. Ikke viste elektriske oppvarmingsanordninger befinner seg i disse åpninger i grafittblokken i det disse bæres i blokken uten elektrisk kontakt med grafittblokken. Hvis blokken skulle underkastes oksydasjon ville den oksyderte del av blokken i praksis ha en tendens til å forstørre seg og strekke seg ned til under nivået for smeltet aluminium i karet 1 skulle dette skje ville smeltet aluminium strømme gjennom de åpne rom som forårsakes av oksydasjonen av grafitten og angripe varmeelementene. I den foretrukne gjennomføringsform av oppfinnelsen blir det benyttet ildfaste plater 18 for å beskytte grafittblokken fra oksydasjon på grunn av oksyden som er tilstede i gassfasen over nivået for smeltet aluminium i beholderen. Som vist i fig. 1 strekker den ildfaste plate 18 seg fortrinnsvis horisontalt over rommene 2 og 3 for å beskytte grafittblokken 16 i det første og andre trinn i raffineringskaret 1.

Raffineringssystemet ifølge oppfinnelsen er vist ytterligere i fig. 2 under henvisning til det første trinn av raffineringskaret, generelt vist med 31. Et ytre stålskall 32 med bæreanordninger 33 har en egnet isolasjon 34 som er ugjenn-omtrengelig for smeltet materiale i karet og utgjør frontenden 35, bunnen 36 og den bakre ende 37 av karet 31. Innløpsanordninger 38 for smeltet aluminium er anordnet i fronten 35. Fronten 35, bunnen 36 og bakveggen 37 sammen med den ytre ikke-viste sidevegg og den indre vegg som diskuteres nedenfor, vil utgjøre førstetrinnsrommet 40 på samme måte som isolasjonsdekslet 39 når karet er i bruk ved raffinering av aluminium. Dette førstetrinnsrom 40 vil også inneholde en spinndyseanordning 41 inkludert en egnet drlvaksel 42 som strekker seg oppover gjennom dekslet 39 til ikke viste drivanordninger under aluminiumsraffineringen.

I bakveggen 37 av karet 31 er det anordnet en grafittblokkutforing 41 for kontakt med smeltet aluminium i karet og strekker seg til over det konstruksjonsmesslge driftssmelte-nivå i karet 31. Som antydet ovenfor under henvisning til fig. 1 skal grafittblokken forstås å strekke seg over bakveggen 37 i førstetrinnsrommet 40 og bakveggen i andretrinnsrommet, imidlertid ikke vist i fig. 2. For å unngå oksydasjon av grafittblokken 43 er det anordnet en ildfast plate 44 på den indre overflate av grafitten for å beskytte blokken 43 fra kontakt med oksygen i gassfasen over smelte-nivå, det vil si nivået av smeltet aluminium i karet 31. For dette formål strekker den nedre ende av platen 44 seg ikke bare til under konstruksjonsdriftsnivået 45 men til under det beregnede nedre nivå 46 i karet. Grafittblokken 43 har som antydet ovenfor en åpning som strekker seg fra den øvre ende i retning av men ikke helt til bunnen av blokken og der elektriske oppvarmingsanordninger er anbragt i åpningene men uten elektrisk kontakt med grafitten.

I fig. 2 er det anordnet en sentral vegg 47 tilsvarende den sentrale vegg 11 i fig. 1 for å skille det første rom 40 fra det andre rom som vist i fig. 1. Gjennomløpsåpningen 48, fortrinnsvis i det nedre bakre hjørne av platen 47 sett fra innløpet 38, gir muligheter for at smeltet aluminium strømmer fra det første rom 40 etter gassdispergering deri, til det andre rom i raf finer ingssystemet. Det skal være klart at gjennomløpsåpningen eller åpningene fortrinnsvis er anordnet slik at toppdelen befinner seg under det konstruktive nedre nivå av smeltet nivå i karet, helst også anordnet i den del av platen 11 som befinner seg nær den bakre ende av det første og andre rom og fortrinnsvis nær bunnen av den sentrale plate. Anordningen av en utløpsplate tilsvarende utløpsplaten 9 i utløpsanordningene 8 i fig. 1 er vist ved plateinnretningen 41 i fig. 2. Formålet med denne plate som strekker seg til under nivået for smeltet aluminium i det andre rom, er å forhindre at dross som fjernes fra smeltet aluminium og flyter på overflaten av smeiten, føres med strømmen av smeltet aluminium som fjernes fra det andre trinn i karet.

Mens utløpsplaten er vist anordnet i utløpsanordningen fra det andre rom skal det være klart at utløpsplaten kan befinne seg på et hvilket som helst annet nedstrømssted i det totale raffineringssystem. For eksempel kan platen også befinne seg i utløpstrauet i en posisjon fortrinnsvis nær raffineringskaret som vist i fig. 3. En slik lokalisering tillater lett tilgang til det indre av det andre trinn for vedlikehold og lett rengjøring, et viktig trekk ved bruken av raffineringskaret ved kontinuerlig arbeid.

I fig. 3 er det første rom 51 og det andre rom 52, adskilt med den sentrale plate 3, antydet generelt med henblikk på fronten av karet hvori smeltet aluminium trer inn til det første trinn gjennom innløpet 54 og forlater det andre trinn gjennom utløpet 55. Ved denne fordelaktige konstruksjon er innløps- og utløpstrauene hensiktsmessig anordnet for strøm til og fra fronten av raffineringskaret, ved siden av hverandre. I fig. 3 er en total traukonstruksjon 56 vist som anordnet i fronten av karet idet det hele omfatter et utløp 57 og innløp 58. Utløpsplatene 59 er vist anordnet i utløpstrauet 57, hensiktsmessig nær utløp 55 i raffineringskaret .

Et ytterligere trekk ved raffineringssystemet ifølge oppfinnelsen er driftsfleksibiliteten som kan oppnås ved hensiktsmessig endring i strømningsretningen for smeltet aluminium. For dette formål er det kun nødvendig å gjenn-omføre en enkel forandring i lokaliseringen av utløpsplaten i de viste utførelsesformer. Således kan i utførelsesformen i fig. 1, utløpsplaten 9 flyttes til en tilsvarende posisjon i det beskrevne innløp 6, og systemet kan kjøres med en strøm av aluminium til rommet 3 som da er det første trinn og ut av rom 2 som da er det andre trinn. På samme måte kan i utførelsesformen i fig. 3 utløpsplaten 59 flyttes til en tilsvarende posisjon i trauet 58 som så blir et utløp når smeltet aluminium føres til det første trinn 52 og fjernes fra det andre trinn 51. Fagmannen vil erkjenne at posisjonen av utløpsplaten kan endres uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme og at enhver annen ønskelig innretning kan benyttes for å holde tilbake flytende dross for å forhindre at dette følger med produktstrømmen av raffinert aluminium.

I planrisset i fig. 1 er dyserotasjonen vist som mot urviserne i det første rom 2 og med urviserne i det andre rom 3. Mens slik motsatt dreiningsretning generelt er foretrukket er det også oppnådd tilfredsstillende drift der begge spinnedyser dreies i samme retning, enten mot eller med urviserne.

Fagmannen vil erkjenne at forskjellige endringer og modifika-sjoner kan gjennomføres i detaljene i oppfinnelsen uten å gå utenfor dennes ramme som angitt i de ledsagende krav. „ Således skal for eksempel spinndyseanordningen 41 være illustrerende for en hvilken som helst egnet kjent gassfor-delingsinnretning og hensiktsmessig for en gitt anvendelse. Det er generelt foretrukket å benytte en akseldrevet rotasjonsrotor, fortrinnsvis med en stator fast festet til en beskyttende mansjett som omgir akselen og utstyrt med midler for å innføre gassen til rommet mellom rotor og stator.

Mens et hvilket som helst hensiktsmessig konstruksjonsmateri-ale kan benyttes ved gjennomføring av oppfinnelsen er den ildfaste plate, det vil si platen 44 i fig. 2, fortrinnsvis et keramfiberforsterket konstruksjonsaluminiumoksyd, tilgjengelig i plateform. Karskallet og bæreanordninger som benyttes ved gjennomføring av oppfinnelsen er vanligvis av stål.

Den kompakte konstruksjon og iboende driftsfleksibilitet for totrinns raffineringskar og systemet ifølge oppfinnelsen er spesielt fordelaktig og ønskelig for praktiske kommersielle anvendelser. Da det tilgjengelige rom i aluminiumsraff-ineringsanlegg hyppig er meget begrenset gir oppfinnelsen en fordel som virkelig er trengt i industrien. Det å tilveiebringe en hensiktsmessig og praktisk anordning for muliggjør-ing av strøm av smeltet aluminium inn i og ut av raffineringskaret fra den samme ende er også av signifikant fordel i det man oppnår lettere og mere hensiktsmessig installering i de fleste praktiske aluminiumraffineringsanvendelser. Fraværet av hindringer i karet bortsett fra spinndysene anbragt deri for raffineringsdrift, og hensiktsmessig gjennomløpsanorndinger for å tillate strøm fra et rom til et annet, gjør raffineringsbeholderen ifølge oppfinnelsen lett å rense og å vedlikeholde i det denne lette rengjøring muliggjør at trykkhodefallet under full drift holdes relativt lavt slik det er antydet ovenfor.

Fagmannen vil erkjenne at totrinns-raffineringskaret ifølge oppfinnelsen kan benyttes i forbindelse med et antall kjente raffineringsteknikker. Men oppfinnelsen er beskrevet ovenfor under henvisning til plassering av elektriske oppvarmingsel-ementer i grafittblokkene som beskrevet ovenfor, vil det være klart at ethvert annet arrangement kan benyttes for å tilveiebringe den nødvendige varme til raffineringskaret uten å gå utenfor rammen av oppfinnelsen som angitt i de ledsagende krav. Driftsfleksibiliteten for oppfinnelsen er av betydning i denne teknikk idet muligheten til å endre strømningsretningen gjennom beholderen representerer et spesielt viktig trekk ved mange kommersielle anvendelser i praksis. I forskjellige aluminiumraffineringsanlegg nødven-diggjør muligheten for en enhet til å føre smeltet aluminium kun i en retning meget betydelige, tidkrevende og kostbare justeringer i arrangementer for justering av smeltet aluminiumstrøm, det vil si trau og lignende, for tilpasning til raffineringsbeholderens begrensninger. For leverandører av slike beholdere kan slik signifikant installasjons og driftsproblemer kreve at separate raffineringskar blandes og benyttes avhengig av rom og retningskrav og begrensninger for et spesielt raffineringsanlegg. Foreliggende oppfinnelse overflødiggjør behovet for slike faktorer og muliggjør at strømningsretningen lett kan endres, karakteristisk ved en enkel endring i lokaliseringen av utløpsstrømveggen i utløpsmunningen eller i utløpstrauet til karet. Hvis andre anordninger er anordnet for å forhindre dross fra bortføring med smeltet aluminium som fjernes fra karet, for eksempel en annen form for traumodi fikas jon for dette formål, kan slike andre anordninger lett lokaliseres i utløps- eller nedstrøms-siden for en ønsket strømningsretning, noe som gjør raffineringskaret ifølge oppfinnelsen lett tilpassbart strømmen i den retning eller i omvendt retning hvis en slik ytterligere endring er ønskelig på ett eller annet tidspunkt eller ett eller annet sted innenfor raffineringsanlegget. Oppfinnelsen representerer således en meget verdifull og ønsket forbedring i aluminiumsraffineringsteknikken.

Claims (9)

1. Totrinns aluminiumraffineringskar med et isolert skall med bunn og sidevegger ugjennomtrengelige for smeltet aluminium, karakterisert ved at det i kombinasjon omfatter: a) en sentral vegg (11) anbragt for å skille rommet i karet i to deler; b) et førstetrinnsrom (2) i karet med en front-, bak- og ytre sidevegg idet den sentrale skillevegg utgjør den indre sidevegg i rommet; c) innløpsanordninger (6) i frontveggen i førstetrinnsrommet for innføring av smeltet aluminium; d) et andretrinnsrom (3) i karet med en front-, bak- og ytre sidevegg idet den sentrale skillevegg utgjør den indre sidevegg av rommet, idet nevnte første- (2) og andre (3) trinnsrom således befinner seg ved siden av hverandre i karet og frontveggen til andretrinnsrommet (3) befinner seg på samme side av karet som frontveggen til førstetrinnsrommet (2); e) utløpsanordninger (8) i frontveggen av andretrinnsrommet (3) for avtrekking av smeltet aluminium; f) gjennomløpsanordninger (12) i den sentrale skillevegg (11) for å muliggjøre passasje for smeltet aluminium fra det første trinn til det andre trinn under kontinuerlig aluminiumsraffinering i karet; og g) i og for seg kjente midler for separering av flytende dross fra den smeltede aluminiumsstrøm som behandles i karet; hvorved totrinnskaret er fri for hindere bortsett fra gassfordelingsanordninger som benyttes ved bruk av karet ved aluminiumsraffinering idet karet er slik at strømningsretnin-gen gjennom systemet lett kan reverseres.

2. Kar ifølge krav 1, karakterisert ved at gjennomløpsanordningene (12) for den sentrale skillevegg (11) befinner seg slik at toppdelen av den er under det konstruktive minimale driftsnivå for smeltet aluminium i beholderen.

3. Kar ifølge krav 2, karakterisert ved at gjennomløpsanordningene (12) befinner seg i bunnen av den sentrale skillevegg (11) nær den bakre ende av det første (2) og andre (3) rom.

4. Kar ifølge krav 3, karakterisert ved at gjennomløpsanordningene (12) befinner seg nær bunnen av den sentrale skillevegg (11) i den del derav som er nær den bakre ende av det første (2) og andre (3) rom.

5. Kar ifølge krav 1, karakterisert ved at midlene for separering av flytende dross fra den smeltede aluminiumsstrøm som behandles i karet omfatter en vegganord-ning som strekker seg fra over nivået av den smeltede aluminiumsstrøm til under nivået av denne idet veggan-ordningen tjener til å holde tilbake flytende dross for å forhindre at dette føres med det smeltede aluminium.

6. Kar ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter et innløpstrau for føring av smeltet aluminium til innløpet til førstetrinnsrommet (2) og et utløpstrau for fjerning av smeltet aluminium fra utløpet fra andretrinnsrommet (3).

7. Kar ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter gassfordelingsanordninger for fordeling av spylegass i det smeltede aluminium i det første og andre trinn i raffineringskaret.

8. Kar ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en indre vegg i hvert rom har en grafittblokkutforing idet denne strekker seg over det konstruktive driftssmelte-nivået i karet hvorved grafittblokken (16) er anordnet for å komme 1 kontakt med det smeltede aluminium i rommet og omfatter elektriske oppvarmingsanordninger i grafittblokken (16).

9. Kar ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter en ildfast plate (18) anbragt på den indre overflate av graf ittblokken (16) og forløpende vertikalt for å beskytte grafittblokken (16) fra kontakt med oksygen i gassfase over nivået av smeltet aluminium i rommet idet den ildfaste plate strekker seg horisontalt i det vesentlige til begge sider av skallet for totalt å beskytte grafitten fra oksydasjon.