NO311983B1

NO311983B1 - Enhanced rotor adapted for injection of molten aluminum in a refining chamber

Info

Publication number: NO311983B1
Application number: NO19962052A
Authority: NO
Inventors: John F Pelton
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 2002-02-25
Also published as: NO962052L; NO962052D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret bevinget rotor for samvirke i en roterende dyseinnretning, anpasset for injeksjon av spylegass i smeltet aluminium som er tilstede i et raffineringskammer ved aluminiumsraffinerings-operasjoner i dette. The present invention relates to an improved winged rotor for cooperation in a rotary nozzle device adapted for injection of purge gas into molten aluminum present in a refining chamber during aluminum refining operations therein.

Smeltet aluminium, slik det frembringes fra de vanligste kildene som for eksempel primært metall, skrap og omsmeltede barrer, må vanligvis renses før det støpes til barrer, plater eller stenger. Dette kan gjøres ved å koble en inertgass, for eksempel nitrogen eller argon, gjennom det smeltede aluminiumet. I enkelte tilfeller tilsettes en halogengass, vanligvis klor, eller halogengassen kan brukes alene for rensing. Denne behandlingstypen kan fjerne oppløst hydrogen, alkalimetaller som for eksempel natrium og litium, og små faste partikler som for eksempel aluminiumoksyd. Effektiviteten til- et gitt gassvolum ved en slik behandling, økes ved å redusere gassens boblestørrelse i det smeltede aluminiumet og derved øke det totale gass/metall-overflatearealet. Effektiviteten til gassboblene økes også ved å dispergere gassboblene gjennom hele det smeltede alu-miniumslegemet som skal behandles. En meget effektiv måte å fremstille både små bobler og dispergere dem, er ved å bruke en roterende dyse plassert i det smeltede aluminiumet. Det er kommersielle systemer tilgjengelig for å gjøre dette, inkludert SNIF<®> systemene til Union Carbide Industrial Gases Inc. for in-line raffinering av metaller som strømmer fra en holder til en støpestasjon. Pelton patentet, US 4.784.374 beskriver og viser en spesiell utførelsesform av dette SNIF® systemet. Molten aluminium, as it is produced from the most common sources such as primary metal, scrap and remelted ingots, usually has to be cleaned before it is cast into ingots, plates or rods. This can be done by passing an inert gas, such as nitrogen or argon, through the molten aluminum. In some cases, a halogen gas is added, usually chlorine, or the halogen gas can be used alone for purification. This type of treatment can remove dissolved hydrogen, alkali metals such as sodium and lithium, and small solid particles such as aluminum oxide. The efficiency of a given gas volume in such a treatment is increased by reducing the gas bubble size in the molten aluminum and thereby increasing the total gas/metal surface area. The effectiveness of the gas bubbles is also increased by dispersing the gas bubbles throughout the molten aluminum body to be treated. A very effective way of producing both small bubbles and dispersing them is by using a rotating nozzle placed in the molten aluminum. There are commercial systems available to do this, including the SNIF<®> systems of Union Carbide Industrial Gases Inc. for in-line refining of metals flowing from a holder to a casting station. The Pelton patent, US 4,784,374 describes and shows a particular embodiment of this SNIF® system.

Raffineringshastigheten til et slikt roterende dysesystem kan økes ved å øke mengden av prosessgass som anvendes. Det er også vanligvis nødvendig å øke dysens rotasjonshastighet for å opprettholde den ønskede fremstillingen av små bobler og dispergeringen av de små boblene gjennom det smeltede aluminiumet i systemets raffineringssone. En slik økning i gasstrømmen og dysens rotasjonshastighet vil vanligvis medføre en øket turbulens på overflaten til det smeltede aluminiumet. Den maksimale raffineringshastigheten til et gitt raffineringssystem er imidlertid begrenset av maksimum overflateturbulens eller forstyrrelser som kan tolereres. The refining speed of such a rotary nozzle system can be increased by increasing the amount of process gas used. It is also usually necessary to increase the die rotation speed to maintain the desired production of small bubbles and the dispersion of the small bubbles through the molten aluminum in the refining zone of the system. Such an increase in the gas flow and nozzle rotation speed will usually result in increased turbulence on the surface of the molten aluminium. However, the maximum refining rate of a given refining system is limited by the maximum surface turbulence or disturbance that can be tolerated.

En stor grad av overf lateturbulens er uønsket i et raffineringssystem av flere årsaker. Det økte overflatearealet av metallet som frembringes, vil føre til høyere reaksjons-hastigheter med enhver reaktiv gass som kan være tilstede. For eksempel vil oksygen fra luften reagere og danne aluminiumoksydfiImer og vanndamp fra luften vil reagere og danne hydrogen i metallet og oksydflimene. Videre, når faste partikler føres til overflaten av metallsmelten av raffi-neringsgassboblene, vil overflateturbulensen kunne innvirke på den ønskede adskillelsen av boblene og deres innblanding i det flytende drosslaget som dannes over aluminiumssmelten. Stor turbulens kan også medføre at flytende dross innblandes i aluminiumssmelten igjen. Selv om de kvantitive effektene av stor overf lateturbulens er vanskelig å måle, er imidlertid fagmenn innen området fullt klar over at en høy overflateturbulens er uønsket og vil derved prøve å begrense overflateturbulensen til nivåer som er' ansett å være akseptable under vanlig kommersiell drift. A large degree of surface turbulence is undesirable in a refining system for several reasons. The increased surface area of the metal produced will result in higher reaction rates with any reactive gas that may be present. For example, oxygen from the air will react and form aluminum oxide films and water vapor from the air will react and form hydrogen in the metal and oxide films. Furthermore, when solid particles are brought to the surface of the metal melt by the refining gas bubbles, the surface turbulence will be able to affect the desired separation of the bubbles and their mixing into the liquid dross layer that forms over the aluminum melt. High turbulence can also cause liquid dross to be mixed into the aluminum melt again. Although the quantitative effects of large surface turbulence are difficult to measure, those skilled in the art are fully aware that high surface turbulence is undesirable and will thereby try to limit the surface turbulence to levels that are considered acceptable during normal commercial operation.

Det er et behov og ønske innen området å øke raffineringshastigheten til det roterende dysesystemet. Det er ønskelig å øke gasstrømhastighetene og dysens rotasjonshastighet, for å øke den maksimale anvendbare raffineringshastigheten, uten å skape en stor overflateturbulens, slik det er vanlig i slike roterende dysesystemer. There is a need and desire within the area to increase the refining speed of the rotary nozzle system. It is desirable to increase the gas flow rates and nozzle rotation speed, to increase the maximum usable refining rate, without creating a large surface turbulence, as is common in such rotary nozzle systems.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en forbedret bevinget rotor av den ovenfor beskrevne typen og som inngitt i innledningen til de medfølgende krav 1-7. Den bevingede rotoren er således kjennetegnet ved at den omfatter alternerende vinger og slisser rundt omkretsen, hvis slisser strekker seg kun i en del av lengden nedover fra rotorens topp med begrensede deler derunder. De begrensende delene omfatter åpninger deri for gjennomføring av smeltet aluminium ved anvendelse av rotoren for aluminiumsraffinering. Rotorens begrensede deler og åpningene i denne muliggjør kontroll av den oppadrettede strøm av smeltet aluminium i et raffineringskammer, spesielt i forbindelse med anbringelse av vertikale plateorganer på bunnen av raffineringskammeret og på tvers av raffineringskammeret under dysen. Det er dermed mulig å anvende høyere gasstrømmer og/eller rotasjonshastigheter på dysen, uten at det dannes uønsket overflateturbulens i aluminiumssmelten som raffineres. According to the invention, there is thus provided an improved winged rotor of the type described above and as entered in the introduction to the accompanying claims 1-7. The winged rotor is thus characterized by comprising alternating wings and slits around the circumference, the slits extending only part of the length downward from the top of the rotor with limited portions below. The limiting parts include openings therein for the passage of molten aluminum when using the rotor for aluminum refining. The restricted portions of the rotor and the openings therein enable control of the upward flow of molten aluminum in a refining chamber, particularly in connection with the placement of vertical plate members on the bottom of the refining chamber and across the refining chamber below the nozzle. It is thus possible to use higher gas flows and/or rotation speeds on the nozzle, without unwanted surface turbulence being formed in the aluminum melt being refined.

En hensikt med oppfinnelsen er derfor å frembringe et forbedret raffineringssystem for fremstilling av aluminium. One purpose of the invention is therefore to produce an improved refining system for the production of aluminium.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å frembringe et aluminium-raffineringssystem som anvender en eller flere roterende dyser og som er istand til å operere ved økte raffineringshastigheter. Another purpose of the invention is to provide an aluminum refining system which uses one or more rotating nozzles and which is capable of operating at increased refining rates.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å frembringe et aluminiums-raffineringssystem med roterende dyse som er istand til å operere med høyere gasstrømsmengder og dyse-rotasjonshastigheter, uten en medfølgende økning av turbulens på overflaten av metallsmelten. Another object of the invention is to provide an aluminum refining system with a rotating nozzle which is capable of operating with higher gas flow rates and nozzle rotation speeds, without an accompanying increase in turbulence on the surface of the metal melt.

I henhold til disse og andre hensikter, vil oppfinnelsen i det etterfølgende bli beskrevet mer detaljert, hvor de nye trekk ved oppfinnelsen er spesielt presisert I de medfølgende krav. According to these and other purposes, the invention will be described in more detail below, where the new features of the invention are particularly specified in the accompanying claims.

Den maksimalt anvendelige raffineringskapasiteten eller hastigheten til et aluminium-raf f ineringssystem ved en roterende dysetype, økes ved å bruke en vertikal plate eller ribbe over bunnen av raffineringskammeret og under midten av rotoren til den roterende dyseanordningen. Videre oppnås en økning av kapasiteten ved anvendelse av en enestående utforming av rotoren i den roterende dysen. The maximum usable refining capacity or speed of an aluminum refining system of a rotary die type is increased by using a vertical plate or rib above the bottom of the refining chamber and below the center of the rotor of the rotary die assembly. Furthermore, an increase in capacity is achieved by using a unique design of the rotor in the rotating nozzle.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli beskrevet med henvisning til de medfølgende tegninger. Figur 1 viser en roterende dyserotor sett ovenfra som anvendes i SNIF<®> systemet beskrevet over. Figur 2 viser den roterende dyserotoren sett fra siden sammen med statoren som vanligvis brukes med denne. Figur 3 viser en annen type roterende dyse som anvendes uten stator, sett ovenfra. Figur 4 viser den roterende dysen i figur 3 sett fra siden. Figur 5 er et snitt av et in-line raf f ineringssystem for smeltet aluminium med en roterende dysetype og plateorganene som anvendes i henhold til oppfinnelsen. Figur 6 viser det roterende dysesystemet i figur 5 sett ovenfra. Figur 6 viser et tverrsnitt av en spesiell utførelsesform av plateorganene som brukes ved fremgangsmåten i henhold til oppf innelsen. Figur 8 viser et snitt av en spesiell utførelsesform av det roterende dyse-raffineringssystemet I henhold til oppfinnelsen som omfatter en spesiell utforming av plateorganene . Figur 9 er et snitt av et spesielt aluminium-raf f ineringskammer som kan anvendes i henhold til oppfinnelsen. Figur 10 viser aluminium-raffineringskammeret i figur 9 sett ovenfra. Figur 11 viser en spesielt fordelaktig rotor for anvendelse i henhold til oppfinnelsen. Figur 12 er et sidesnitt av rotoren i figur 11 sammen med en stator som brukes i forbindelse med denne i en utførelsesform av oppfinnelsen. The invention will subsequently be described with reference to the accompanying drawings. Figure 1 shows a rotating nozzle rotor seen from above which is used in the SNIF<®> system described above. Figure 2 shows the side view of the rotating nozzle rotor together with the stator normally used with it. Figure 3 shows another type of rotating nozzle that is used without a stator, seen from above. Figure 4 shows the rotating nozzle in Figure 3 seen from the side. Figure 5 is a section of an in-line refining system for molten aluminum with a rotating nozzle type and the plate members used according to the invention. Figure 6 shows the rotating nozzle system in Figure 5 seen from above. Figure 6 shows a cross-section of a special embodiment of the plate members used in the method according to the invention. Figure 8 shows a section of a special embodiment of the rotating nozzle refining system according to the invention which includes a special design of the plate members. Figure 9 is a section of a special aluminum refining chamber which can be used according to the invention. Figure 10 shows the aluminum refining chamber in Figure 9 seen from above. Figure 11 shows a particularly advantageous rotor for use according to the invention. Figure 12 is a side section of the rotor in Figure 11 together with a stator which is used in connection with this in an embodiment of the invention.

Den roterende dyse i henhold til oppfinnelsen vil omfatte en sylindrisk rotor med utstikkende vinger og organer for innføring av prosessgass i rommet mellom vingene. Rotoren som anvendes i SNIF<®> systemene nevnt over, er vist i figurene 1 og 2, hvor rotoren er angitt ved referansenummer 1 og er montert på en aksel 2 med drivorganer (ikke vist) for rotasjon av rotoren 1. Den viste rotoren har passende vinger 3 som strekker seg fra rotorlegemet 1 i avstand fra hverandre rundt rotorens 1 omkrets. Mellom de individuelle vingene 3 er det slisser 4. Den bevingede rotoren 1 er vist i figur 2 sammen med en stator 5, anordnet rundt akselen 2 over rotoren. Prosessgassen føres nedover i det ringformede rommet mellom akselen 2 og statoren 5 og trenger inn i rotoren 1 fra et rom 6 mellom toppen av rotoren 1 og bunnen av statoren 5. The rotating nozzle according to the invention will comprise a cylindrical rotor with protruding wings and means for introducing process gas into the space between the wings. The rotor used in the SNIF<®> systems mentioned above is shown in Figures 1 and 2, where the rotor is designated by reference number 1 and is mounted on a shaft 2 with drive means (not shown) for rotation of the rotor 1. The rotor shown has suitable vanes 3 extending from the rotor body 1 at a distance from each other around the circumference of the rotor 1. Between the individual wings 3 are slots 4. The winged rotor 1 is shown in figure 2 together with a stator 5, arranged around the shaft 2 above the rotor. The process gas is led downwards in the annular space between the shaft 2 and the stator 5 and penetrates into the rotor 1 from a space 6 between the top of the rotor 1 and the bottom of the stator 5.

I utførelsesformen vist i figurene 3 og 4, omfatter den roterende dysen en rotor uten en tilhørende stator. I denne utførelsesformen er rotoren 7 montert på akselen 8 og omfatter vinger 9, anordnet med avstand fra hverandre rundt omkretsen derav med slisser 10 mellom vingene 9. Akselen 8 har hull 11 som strekker seg gjennom denne, slik at prosessgassen kan føres nedover i denne til rotoren 7. For å føre gass inn i rommet mellom vingene, det vil si til slissene 10, har rotoren 7 gassutløpshull 12 som strekker seg fra hullet II i akselen 8 utover til slissene 10 mellom vingene 9. In the embodiment shown in Figures 3 and 4, the rotating nozzle comprises a rotor without an associated stator. In this embodiment, the rotor 7 is mounted on the shaft 8 and comprises wings 9, arranged at a distance from each other around the circumference thereof with slots 10 between the wings 9. The shaft 8 has holes 11 which extend through it, so that the process gas can be led down into it to the rotor 7. In order to introduce gas into the space between the wings, that is to say to the slots 10, the rotor 7 has gas outlet holes 12 which extend from the hole II in the shaft 8 outwards to the slots 10 between the wings 9.

Et typisk in-line raffineringssystem for smeltet aluminium med en roterende dysetype, er vist i figur 5 med en rotor-statorsammensetning som vist i figurene 1 og 2, er tatt med for illustrative årsaker. I dette systemet er det vist et isolert isolasjonskledd raffineringskammer 13 med et isolerende deksel 14 og med et innløp 15 for aluminiumssmelte og et utløp 16 for raffinert aluminiumssmelte på motsatt side. Under drift vil aluminiumssmelten holdes på et ønsket nivå 17, hvor den roterende dyseanordningen, generelt angitt ved 18, er plassert i smeiten under driftsnivået 17 med stator 19 og aksel 20 omgitt av smeiten, og strekker seg oppover gjennom det isolerte dekslet 14. Rotoren 21 er anordnet under statoren 19 for å redusere størrelsen av gassboblene som er tilstede i rommet 22 mellom statoren 19 og rotoren 21 og for å dispergere gassboblene gjennom hele smeiten som er angitt ved referansenummer 23 som er tilstede i raffineringskammeret 13 under aluminium-raffinerings-operasjonen. A typical in-line molten aluminum refining system with a rotary die type is shown in Figure 5 with a rotor-stator assembly as shown in Figures 1 and 2 included for illustrative purposes. In this system, an insulated insulation-clad refining chamber 13 is shown with an insulating cover 14 and with an inlet 15 for aluminum melt and an outlet 16 for refined aluminum melt on the opposite side. During operation, the aluminum melt will be held at a desired level 17, where the rotating nozzle device, generally indicated at 18, is located in the smelter below the operating level 17 with stator 19 and shaft 20 surrounded by the smelter, and extending upwards through the insulated cover 14. The rotor 21 is arranged below the stator 19 to reduce the size of the gas bubbles present in the space 22 between the stator 19 and the rotor 21 and to disperse the gas bubbles throughout the melt indicated by reference number 23 present in the refining chamber 13 during the aluminum refining operation.

Smeltet aluminium kommer kontinuerlig inn i raffineringskammeret 13 gjennom innløpet 15 og raffineres kontinuerlig under påvirkning av den roterende dysen 18, når den blander aluminiumsmelten 23 og dispergerer gass som føres inn via den roterende dysen I form av små gassbobler og fordeler de små gassboblene i smeiten. Den raffinerte smeiten blir kontinuerlig ført fra raffineringskammeret 13 gjennom utløpet 16. Dross som dannes ved ekstraksjon av faste partikler og alkalimetaller fra smeiten, flyter på overflaten til smeiten og skrapes av fra denne. Hydrogen som fjernes fra smeiten av prosessgassboblene, kommer inn i gassrommet 24 over smelte-nivået 17 og fjernes fra raffineringskammeret 13 sammen med brukt prosessgass. Molten aluminum continuously enters the refining chamber 13 through the inlet 15 and is continuously refined under the influence of the rotating nozzle 18, when it mixes the aluminum melt 23 and disperses gas introduced via the rotating nozzle In the form of small gas bubbles and distributes the small gas bubbles in the smelt. The refined smelt is continuously fed from the refining chamber 13 through the outlet 16. Slag, which is formed by the extraction of solid particles and alkali metals from the smelt, floats on the surface of the smelt and is scraped off from it. Hydrogen that is removed from the melting of the process gas bubbles enters the gas space 24 above the melting level 17 and is removed from the refining chamber 13 together with used process gas.

Ved utførelse av oppfinnelsen, er vertikale plateorganer 25 plassert over bunnen av det indre av raffineringskammeret 13 under rotoren 21, for å øke den maksimalt anvendelige raffineringskapasiteten til raffineringssystemet med roterende dyse. Som vist i figur 6, er plateorganene 25 fordelaktig anordnet under midten av rotoren 21. Plateorganene 25 kan være en enkelt rektangulær plate av refraksjonsmateriale med tilstrekkelig tykkelse til å ha den nødvendige styrke. En fordelaktig form til plateorganene 25 i praktiske driftssystemer, er vist i figur 7, hvor det grovt trekantede tverrsnittet er sterkt nok til å motstå mekanisk skade under renseoperasjonene etter raffineringen og også gi en skrånende overflate som gjør det lettere å rense bunnen av raffineringskammeret 13 enn dersom plateorganet hadde hatt vertikale vegger som vist i utførelsesformen i figur 5. In the practice of the invention, vertical plate members 25 are located across the bottom of the interior of the refining chamber 13 below the rotor 21, to increase the maximum usable refining capacity of the rotary die refining system. As shown in Figure 6, the plate members 25 are advantageously arranged under the center of the rotor 21. The plate members 25 can be a single rectangular plate of refractive material of sufficient thickness to have the required strength. An advantageous shape for the plate members 25 in practical operating systems is shown in Figure 7, where the roughly triangular cross-section is strong enough to resist mechanical damage during the post-refining cleaning operations and also provides a sloping surface that makes it easier to clean the bottom of the refining chamber 13 than if the plate member had had vertical walls as shown in the embodiment in figure 5.

Utførelsesformen i figur 8, har plateorganer 25 med seksjoner 26 med konstant høyde under midten og i nærheten av rotoren 21 med opphøyde endeseks joner 27 og 28 som strekker seg oppover i retning av raffineringskammerets 13 sidevegger. Dette plateorganet med økt høyde er funnet å gi en liten økning i raffineringseffektiviteten, men er imidlertid ikke et avgjørende trekk ved oppfinnelsen. The embodiment in Figure 8 has plate members 25 with sections 26 of constant height below the center and near the rotor 21 with raised end six ions 27 and 28 extending upwards in the direction of the side walls of the refining chamber 13. This plate member of increased height has been found to give a slight increase in refining efficiency, but is not, however, a decisive feature of the invention.

Den roterende dysen som brukes ved aluminiumsraffinering blir vanligvis plassert ved midten av et rektangulært raffineringskammer som vist i figur 6. Det bør imidlertid legges merke til at den roterende dysen kan plasseres forksjøvet fra sentrum i raffineringskammeret dersom dette er fordelaktig, for eksempel av konstruksjonsmessige årsaker eller tilgangen til kammeret. I alle tilfeller vil plateorganet i henhold til oppfinnelsen fortrinnsvis bli plassert under midten av rotorelementet til den roterende dysen. Det bør legges merke til at dersom raffineringskammeret er rentangulært med tilnærmet vertikale sider, kan plateorganet plasseres parallelt med enten kortsiden, som figur 6, eller langsiden av rektangelet. Det oppnås imidlertid generelt størst effekt når plateorganet er plassert parallelt med kortsiden, raff ineringskammeret 13 kan også ha en skrånende vegg, som for eksempel veggen 29 i figur 9 ved en ende av raf f ineringskammeret 13 eller en side derav, for å lette rensing og tømming av kammeret. I slike utførelsesformer blir plateorganet 25 fortrinnsvis plassert parallelt med bunnen til skråveggen 29. The rotary nozzle used in aluminum refining is usually placed at the center of a rectangular refining chamber as shown in Figure 6. However, it should be noted that the rotary nozzle can be positioned offset from the center of the refining chamber if this is advantageous, for example for structural reasons or access to the chamber. In all cases, the plate member according to the invention will preferably be placed under the center of the rotor element of the rotating nozzle. It should be noted that if the refining chamber is rectangular with approximately vertical sides, the plate member can be placed parallel to either the short side, as in Figure 6, or the long side of the rectangle. However, the greatest effect is generally achieved when the plate member is placed parallel to the short side, the refining chamber 13 can also have a sloping wall, such as the wall 29 in Figure 9 at one end of the refining chamber 13 or one side thereof, to facilitate cleaning and emptying the chamber. In such embodiments, the plate member 25 is preferably placed parallel to the bottom of the inclined wall 29.

Den anvendelig høyden til plateorganet i henhold til oppfinnelsen vil bli forstått å være avhengig av driftsbetingelsene ved enhver spesiell raffineringsanvendelse, for eksempel størrelsen til raffineringskammeret og den roterende dysen som anvendes. Typisk raffineringssystemer som for tiden er i bruk, har roterende dyser med en diameter i størrelsesorden 17 til 15 cm (7 til 10") og en høyde på ca. 6 til 11 cm (2.5 til 4"). Typiske raf f ineringskammere har en bredde på ca. 50 til 76 cm (20 til 30"), en lengde på ca. 76 til 100 cm (30 til 40") med en dybde på metallsmelten på ca. 63 til 90 cm (25 til 35"). For systemer med slike dimensjoner, er høyden til plateorganet i henhold til oppfinnelsen typisk ca. 5 til 20 cm (2 til 8") eller mer, hvor den foretrukne høyden på platen er fra ca. 7.5 til ca. 12.7 cm (3 til 5"). The applicable height of the plate member according to the invention will be understood to be dependent on the operating conditions of any particular refining application, for example the size of the refining chamber and the rotary die used. Typical refining systems currently in use have rotary nozzles on the order of 17 to 15 cm (7 to 10") in diameter and about 6 to 11 cm (2.5 to 4") in height. Typical refining chambers have a width of approx. 50 to 76 cm (20 to 30"), a length of about 76 to 100 cm (30 to 40") with a depth of the metal melt of about 63 to 90 cm (25 to 35"). For systems of such dimensions, the height of the plate member according to the invention is typically about 5 to 20 cm (2 to 8") or more, with the preferred height of the plate being from about . 7.5 to approx. 12.7 cm (3 to 5").

Avstanden mellom toppen av plateorganet i henhold til oppfinnelsen og bunnen av den roterende dyserotoren, kan variere fra noen få cm, for eksempel i størrelsesorden ca. 1.2 cm (1/2") opp til ca. 10 cm (4") eller mer. Det bør legges merke til at en meget liten klaring på for eksempel 1.2 cm vil virke tilfredsstillende i en relativt ren aluminiumsmelte. I praksis kan imidlertid små harde stykker av isolasjonsmateriale fra oppstrømskilder være tilstede i aluminiumsmelten. Slike stykker av isolasjonsmateriale kan bli innfanget mellom plateorganet i henhold til oppfinnelsen og rotoren, og medføre brekkasje av rotoren eller akselen, som typisk er fremstilt av grafitt. Fra et praktisk drifts-synspunkt er det derfor generelt ønskelig å bruke en klaring i området fra ca. 5 til ca. 8 cm (2 til 3") mellom toppen av plateorganet og bunnen av rotoren. En klaring på ca. 5 cm over en plate som for eksempel er 10 cm høy, vil redusere sannsynligheten for skade fra de fleste typer og størrelser av isolasjonsstykker som vanligvis finnes i SNIF<®> systemer for raffinering av aluminium. The distance between the top of the plate member according to the invention and the bottom of the rotating nozzle rotor can vary from a few cm, for example in the order of approx. 1.2 cm (1/2") up to about 10 cm (4") or more. It should be noted that a very small clearance of, for example, 1.2 cm will appear satisfactory in a relatively pure aluminum melt. In practice, however, small hard pieces of insulating material from upstream sources may be present in the aluminum melt. Such pieces of insulating material can be caught between the plate member according to the invention and the rotor, and lead to breakage of the rotor or the shaft, which is typically made of graphite. From a practical operational point of view, it is therefore generally desirable to use a clearance in the area from approx. 5 to approx. 8 cm (2 to 3") between the top of the plate member and the bottom of the rotor. A clearance of about 5 cm over a plate that is, for example, 10 cm high, will reduce the likelihood of damage from most types and sizes of insulation pieces that typically found in SNIF<®> systems for refining aluminium.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er vist i de etterfølgende eksempler, basert på typiske vannmodelltester. Det ble brukt raffineringskammere og roterende dyser av full størrelse. Vannet ble sirkulert gjennom modellen med en volumetrisk strømningshastighet tilsvarende aluminium-metallets strømningshastighet som evalueres. Oksygen oppløses i vannet ved å boble luft gjennom i et separat kammer, og det oppløste oksygeninnholdet til det innkommende og utstrømmende vannet ble målt. Det innstrømmende vannet inneholdt generelt ca. 7 ppm oppløst oksygen. Den roterende dysen ble drevet med nitrogen som prosessgass. Driften av dysen i vannmodellsimuleringen virket til å fjerne oksygen fra vannet på en måte som tilsvarer fjerning av hydrogen fra smeltet aluminium i en aluminiumraffineringsprosess. Systemets ytelser ble funnet ut fra målinger av oksy-genfjerning ved forskjellige væskestrømshastigheter, dysedriftsparametere, for eksempel gasstrøm, rotasjonshastighet og utforming, og raffineringssystemets totale utforming. The method according to the invention is shown in the following examples, based on typical water model tests. Full size refining chambers and rotating nozzles were used. The water was circulated through the model at a volumetric flow rate corresponding to the flow rate of the aluminum metal being evaluated. Oxygen is dissolved in the water by bubbling air through in a separate chamber, and the dissolved oxygen content of the incoming and outgoing water was measured. The inflowing water generally contained approx. 7 ppm dissolved oxygen. The rotating nozzle was operated with nitrogen as process gas. The operation of the nozzle in the water model simulation acted to remove oxygen from the water in a manner similar to the removal of hydrogen from molten aluminum in an aluminum refining process. The system's performance was determined from measurements of oxygen removal at different liquid flow rates, nozzle operating parameters, such as gas flow, rotation speed and design, and the overall design of the refining system.

Siden prosessgassen i et aluminiumraffineringssystem oppvarmes til en temperatur på ca. 700"C, vil den ekspanderes til ca. 3 ganger sitt opprinnelige volum under vanlige betingelser. For å frembringe det samme volumet av gass i vannet som anvendes ved vannmodelltestene som brukes i det smeltede aluminiumet som raffineres, er gasstrømmen i vannmodellen innstilt ved 3 ganger gasstrømmen som modelleres eller simuleres. Med hensyn til eksemplene under, er henvisningene gjort til gasstrømmen som simuleres, 1 steden for 3 ganger dette volumet som egentlig brukes. Since the process gas in an aluminum refining system is heated to a temperature of approx. 700"C, it will expand to about 3 times its original volume under normal conditions. To produce the same volume of gas in the water used in the water model tests as is used in the molten aluminum being refined, the gas flow in the water model is set at 3 times the gas flow being modeled or simulated With respect to the examples below, references are made to the gas flow being simulated, 1 instead of 3 times this volume actually used.

Eksempel 1 Example 1

Det ble fremstilt en modell av raffineringssystemet vist i figurene 9 og 10. Som vist i figur 10, simulerer modellen en to-dysesystem, hvor raffineringskammeret 30 har en skillevegg 31 som adskiller driftsrommet i to separate raffineringsrom hvor aluminiumsmelten føres inn i det første rommet 32 gjennom innløpet 33 og hvor raffinert aluminiumsmelte føres ut fra systemet gjennom utløpet 34 fra rommet 35. Hullet 36 i skilleveggen 31 gjør at aluminiumsmelten kan passere fra det første rommet 32 til det andre rommet 35. Den roterende dyseanordningen 37 er plassert i rommet 32 og en andre roterende dyseanordning 38 er plassert i rommet 35. A model of the refining system shown in Figures 9 and 10 was produced. As shown in Figure 10, the model simulates a two-nozzle system, where the refining chamber 30 has a partition wall 31 that separates the operating room into two separate refining rooms where the aluminum melt is fed into the first room 32 through the inlet 33 and where refined aluminum melt is led out of the system through the outlet 34 from the room 35. The hole 36 in the partition wall 31 allows the aluminum melt to pass from the first room 32 to the second room 35. The rotating nozzle device 37 is placed in the room 32 and a second rotating nozzle device 38 is placed in space 35.

Hvert rom hadde en bredde på 61 cm (24") og en lengde på 76 cm (30") ved bunnen. Den fremre veggen 29 til hvert rom, var avskrådd med en vinkel på 20° , for å forenkle tømming og rensing. Vaeskedybden under drift var ca. 76 cm (30"). Dysene 37 og 38 var sentrert I 60 cm's (24") retningen. Hvert av dysene var passert ca. 30 cm fra den bakre veggen, for å gi tilstrekkelig tilgang for rensing fra fremsiden av modellen. Rotoren og statoren som ble brukt i hvert rom, var av typen vist i figurene 1 og 2, hvor den ytre diameteren til rotoren var 19 cm (7.5") og rotorhøyden var 6.19 cm (2 7/16"). Rotoren var utformet med 8 vinger, som hver hadde en lengde på 3.18 cm (1 1/4") og en bredde på 2.54 cm (1"). Bunnen av rotoren var 11.4 cm (4 1/2") over bunnen av raffineringskammeret i hvert rom. Når et slikt system brukes i et aluminiumsstøperi, er den maksimale raffineringshastigheten vanligvis innstilt på 127.4 liter pr. minutt (4.5 CFM) argon pr. dyse, med en rotasjonshastighet på dysen på ca. 500 RPM. Under slike betingelser, er metalloverflaten for turbulent for de fleste praktiske kommersielle ope-rasjoner. En mye glattere og mer ønskelig overflatetilstand, oppnås ved å operere ved kun 85 liter pr. minutt (3 CFM) argonstrøm og 450 RPM dysehastighet. Disse betingelsene er vanlig brukt under drift, selv om raffineringshastigheten som målt i vannmodelltestene er redusert til ca. 7556 av raffineringshastigheten for den høyere maksimale gasstrømmen og dysehastigheten indikert over. I vannmodelltester som simulerer disse to driftstilstandene, ble det funnet at den resulterende overflateturbulensen meget godt tilsvarte den observerte turbulensen som tilstede i et reelt raffineringssystem. Each compartment was 61 cm (24") wide and 76 cm (30") long at the bottom. The front wall 29 of each room was beveled at an angle of 20°, to simplify emptying and cleaning. The liquid depth during operation was approx. 76 cm (30"). Dies 37 and 38 were centered in the 60 cm (24") direction. Each of the nozzles had passed approx. 30 cm from the rear wall, to provide sufficient access for cleaning from the front of the model. The rotor and stator used in each chamber were of the type shown in Figures 1 and 2, where the outer diameter of the rotor was 19 cm (7.5") and the rotor height was 6.19 cm (2 7/16"). The rotor was designed with 8 blades, each having a length of 3.18 cm (1 1/4") and a width of 2.54 cm (1"). The bottom of the rotor was 11.4 cm (4 1/2") above the bottom of the refining chamber in each compartment. When such a system is used in an aluminum foundry, the maximum refining rate is usually set at 127.4 liters per minute (4.5 CFM) of argon per nozzle , with a nozzle rotation speed of about 500 RPM. Under such conditions, the metal surface is too turbulent for most practical commercial operations. A much smoother and more desirable surface condition is achieved by operating at only 85 liters per minute (3 CFM) argon flow and 450 RPM nozzle speed. These conditions are commonly used during operation, although the refining rate as measured in the water model tests is reduced to approximately 7556 of the refining rate for the higher maximum gas flow and nozzle speed indicated above. In water model tests simulating these two operating conditions, found that the resulting surface turbulence very well corresponded to the observed turbulence present in a real refining system.

I henhold til oppfinnelsen ble et plateorgan 39 med en høyde på 8.9 cm og en tykkelse på 1.9 cm, plassert under midten av rotoren til dysene 37 og 38, parallelt til den skrå fremre veggen 29 og til bakveggen i raffineringskammeret 30. Når dette modifiserte systemet ble operert ved 610 RPM og en simulert gasstrømhastighet på 141.6 liter pr. minutt, var overflaten god, d.v.s. fri for uønsket turbulens, slik den var uten plateorganet 39 ved 500 RPM og 127.5 liter pr. minutt, men raffineringshastigheten ble fordelaktig økt med over 50$. Når dette modifiserte systemet ble drevet med en simulert hastighet på 450 RPM og 85 liter pr. minutt, var væskeoverflaten like glatt som den hadde vært uten bruk av plateorganet 39 i systemet og ved 450 RPM og 85 liter pr. minutt, men raffIneringshastigheten ble økt med ca. 35$. According to the invention, a plate member 39 with a height of 8.9 cm and a thickness of 1.9 cm was placed under the center of the rotor of the nozzles 37 and 38, parallel to the inclined front wall 29 and to the rear wall of the refining chamber 30. When this modified system was operated at 610 RPM and a simulated gas flow rate of 141.6 liters per minute, the surface was good, i.e. free of unwanted turbulence, as it was without the plate member 39 at 500 RPM and 127.5 liters per minute, but the rate of refining was advantageously increased by over 50$. When this modified system was operated at a simulated speed of 450 RPM and 85 liters per minute, the liquid surface was as smooth as it had been without the use of plate member 39 in the system and at 450 RPM and 85 liters per minute. minute, but the refining rate was increased by approx. 35$.

Eksempel 2 Example 2

En rotor av typen vist i figurene 3 og 4 ble plassert under midten av et rektangulært raf f ineringskammer på 61 x 76 cm. Væskedybden under forsøket, ble holdt ved ca. 76 cm. Rotoren 7 hadde en diameter på 25.4 cm og en høyde på 10.16 cm, med 8 vinger med en lengde på ca. 3.2 cm. Prosessgassen ble injesert gjennom hullene 12 i rotoren mellom vingene 9 for utløp i slissene 10 mellom vingene. Bunnen av rotoren 7 var ca. 7.5 cm over bunnen av kammeret. De maksimale driftsbetingelsene for en relativt glatt overflate, var med en simulert gasstrøm på ca. 85 liter pr. minutt og 200 RPM rotorhastighet. Under disse betingelsene skjedde av og til uønskede utbrudd fra væskeoverflaten på grunn av et ikke ønsket nærvær av store gassbobler. A rotor of the type shown in Figures 3 and 4 was placed under the center of a 61 x 76 cm rectangular refining chamber. The liquid depth during the experiment was kept at approx. 76 cm. The rotor 7 had a diameter of 25.4 cm and a height of 10.16 cm, with 8 wings with a length of approx. 3.2 cm. The process gas was injected through the holes 12 in the rotor between the wings 9 for outlet in the slots 10 between the wings. The bottom of the rotor 7 was approx. 7.5 cm above the bottom of the chamber. The maximum operating conditions for a relatively smooth surface were with a simulated gas flow of approx. 85 liters per minute and 200 RPM rotor speed. Under these conditions, unwanted breakouts from the liquid surface occasionally occurred due to an unwanted presence of large gas bubbles.

Dysen ble deretter hevet 5 cm for å gi en bunnklaring på 12.7 cm og plateorganet i henhold til oppfinnelsen med en høyde på 8.9 cm og en tykkelse på 1.9 cm, ble plassert under senter av rotoren og anordnet parallelt med kammerets kortvegg. Ved denne utførelsesformen kunne dysen opereres med en simulert mengde på 141.6 liter pr. minutt gasstrøm og en hastighet på 250 RPM, hvor overflaten til væsken var så glatt som det som oppnås ved lavere maksimale operasjonsbetingelser ved konvensjonell drift. Faktisk var væskeoverflaten til og med bedre ved utførelse av oppfinnelsen enn tidligere ved at det ikke skjedde noen uønskede utbrudd på væskeoverflaten som nevnt over. Videre hadde raffineringshastigheten økt ca. 70$ ved anvendelse av oppfinnelsen. The nozzle was then raised 5 cm to give a bottom clearance of 12.7 cm and the plate member according to the invention with a height of 8.9 cm and a thickness of 1.9 cm, was placed under the center of the rotor and arranged parallel to the short wall of the chamber. With this embodiment, the nozzle could be operated with a simulated quantity of 141.6 liters per minute gas flow and a speed of 250 RPM, where the surface of the liquid was as smooth as that obtained at lower maximum operating conditions in conventional operation. In fact, the liquid surface was even better when carrying out the invention than previously in that no unwanted breakouts occurred on the liquid surface as mentioned above. Furthermore, the refining rate had increased approx. 70$ when using the invention.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen ble det oppnådd enda bedre raffineringshastigheter ved en gitt overflateruhet ved bruk av en spesiell rotor i forbindelse med anvendelse av plateorganene i henhold til oppfinnelsen. Denne rotoren er vist i figur 11 og vist fra siden i forbindelse med en ønsket statorform I figur 12. Hoved-forskjellen mellom den spesiell rotoren og en konvensjonell vingerotor som vist i figurene 1 og 2, er at væskeinn-strømningen fra bunnen av rotoren delvis er begrenset, mens væskeinnstrømningen fra toppen av rotoren ikke er begrenset. Den spesielle rotorutformingen retter også væskestrømmen fra bunnen inn til bunnen av rotorsl issene og i en hovedsaklig oppovervendt retning. I tillegg vil denne spesielle rotorutformingen gi en kontinuerlig sirkulær form på sin nedre ytterkant. Denne formen er mye mindre utsatt for skade fra harde, faste stykker av fremmed materiale som kan trekkes opp og inn i rotoren under vanlig drift. In a preferred embodiment of the invention, even better refining rates were achieved at a given surface roughness using a special rotor in connection with the use of the plate members according to the invention. This rotor is shown in figure 11 and shown from the side in connection with a desired stator shape in figure 12. The main difference between the special rotor and a conventional wing rotor as shown in figures 1 and 2 is that the liquid inflow from the bottom of the rotor partially is limited, while the liquid inflow from the top of the rotor is not limited. The special rotor design also directs the liquid flow from the bottom into the bottom of the rotor slots and in a mainly upward direction. In addition, this special rotor design will provide a continuous circular shape on its lower outer edge. This shape is much less susceptible to damage from hard, solid pieces of foreign material that can be pulled up and into the rotor during normal operation.

Den spesielle rotoren angitt ved referansenummer 40 og montert på en rotordrivaksel 41 i figur 11, har vinger 42 plassert rundt rotoromkretsen med slisser 43 anordnet mellom nærliggende vinger. Som vist i figur 12 og i motsetning til rotoren i figurene 1 til 4, strekker ikke slissene 43 seg i den fulle høyden av nærliggende vinger 42, men kun en slissedel 44 derav. Mellom slissedelen 44 er det en begrensende del 45 som danner, sammen med nærliggende vinger 42, en sylindrisk bunndel 46 til rotoren 40, som vist i figur 11. For å gi en kanal for smeltet aluminium fra området under rotoren til slissedelen 44, er det anordnet åpninger eller huller 47 i hver av de begrensede delene 45. Åpningene 47 er fortrinnsvis anordnet hovedsaklig ved den innerste enden av den begrensende delen 45 og gir tilgang for aluminiumsmelten til slissedelen 44 til hver slisse 43, fortrinnsvis mot den innerste delen derav for forbedret strømningseffekt på smeiten. The particular rotor designated by reference number 40 and mounted on a rotor drive shaft 41 in Figure 11 has blades 42 located around the rotor circumference with slots 43 arranged between adjacent blades. As shown in Figure 12 and in contrast to the rotor in Figures 1 to 4, the slots 43 do not extend to the full height of adjacent blades 42, but only a slot portion 44 thereof. Between the slot portion 44 is a limiting portion 45 which, together with adjacent wings 42, forms a cylindrical bottom portion 46 of the rotor 40, as shown in Figure 11. To provide a channel for molten aluminum from the area below the rotor to the slot portion 44, arranged openings or holes 47 in each of the restricted parts 45. The openings 47 are preferably arranged mainly at the innermost end of the restricted part 45 and provide access for the aluminum melt to the slotted part 44 to each slot 43, preferably towards the innermost part thereof for improved flow effect on the forge.

Ved utførelse av oppfinnelsen, er det ønskelig at prosessgassen trenger inn i rotoren kontinuerlig og jevnt i alle rotorslissene 44. Imidlertid vil den turbulente bevegelsen til væsken, når den nærmer seg rotoren ovenfra, ha en tendens til å gi en ujevn gasstrøm til rotoren. Dersom for eksempel væsken i et øyeblikk strømmer raskere mot rotoren fra den ene siden, vil den ha en tendens til å stenge av gassen som kommer ut på den andre siden, og øke strømmen til andre deler av rotoren. Denne tendensen kan reduseres ved å gjøre åpningen 49 mellom toppen av rotoren 50 og bunnen av statoren 48, meget liten, slik at det dannes et passende trykkfall ved dette punktet. Av praktiske årsaker, er det imidlertid nødvendig å redusere denne åpningen til ca. 0.051 cm (0.020") eller mindre i de fleste utførelsesformer. Siden åpningen innstilles under sammensetning av rotor-statorenheten i et sted i fabrikken, er det å oppnå en slik meget liten åpning, avhengig av forsiktighet og dyktighet ved sammensetningen. I tillegg kan åpningen endres under drift på grunn av tempe-raturendringer og lignende. En mer passende innretning for å oppnå en slik gasstrømkontroll, er derfor ønskelig for praktisk kommersiell bruk. In carrying out the invention, it is desirable that the process gas penetrates into the rotor continuously and uniformly in all the rotor slots 44. However, the turbulent movement of the liquid, when it approaches the rotor from above, will tend to give an uneven gas flow to the rotor. If, for example, the liquid momentarily flows faster towards the rotor from one side, it will tend to shut off the gas coming out on the other side, and increase the flow to other parts of the rotor. This tendency can be reduced by making the opening 49 between the top of the rotor 50 and the bottom of the stator 48 very small, so that a suitable pressure drop is formed at this point. For practical reasons, however, it is necessary to reduce this opening to approx. 0.051 cm (0.020") or less in most embodiments. Since the gap is set during assembly of the rotor-stator assembly at a factory location, achieving such a very small gap depends on care and skill in assembly. Additionally, the gap can changes during operation due to temperature changes etc. A more suitable device for achieving such gas flow control is therefore desirable for practical commercial use.

Som vist i figur 12, oppnås en foretrukket innretning for å oppnå den ønskede gasstrømskontrollen ved ganske enkelt å tilføye et statorboss og tilsvarende rotorutsparing. Bossdelen 50 er anordnet ved den nedre enden av statoren 48 og er anpasset til å passe inn i utsparingsdelen 51 ved toppen av rotoren 40. Den lille kanalåpningen som er nødvendig for å frembringe en mer jevn gassfordeling i rotoren, er frembragt av en radiell åpning 52 mellom bossets 50 ytre diameter og den Indre diameteren til utsparingen 51 på siden mot rotorslissen 44. Denne åpningen 52 kan kontrolleres ved fremstillingsstedet og er ikke avhengig av, som ved en konvensjonell liten åpning mellom toppen av rotoren og bunnen av statoren, av forsiktighet og dyktighet ved sammensetning av rotor-statorenheten. Det kan generelt kontrolleres en liten radiell åpning 52 på ca. 0.064 cm (0.024"), selv om det også kan anvendes litt mindre eller større avstander, avhengig av enhetens totale struktur og raff ineringskammerets og anvendelsesområde. I denne foretrukne utførelsesformen kan statorbossdelen 50 og rotorutsparingsdelen 51 begge ha en høyde eller dybde på ca. 0.64 cm ved vanlig bruk. Den vertikale åpningen 59 mellom bunnen av statoren 48 og toppen av rotoren 40 og mellom bunnen av statorbossdelen 50 og toppen av rotorutsparingsdelen 51, kan anvende en større toleranse, for eksempel ca. 0.159 cm, hvor den nøyaktige innstillingen ikke er kritisk for å oppnå den ønskede gasstrømkontrollen. Som vist i utførelsesformen i figur 12, passerer prosessgassen nedover gjennom gassinnløpskanalen 53 ved rotoraksel-statorlager 54 og gjennom gasskanalen 55 til stator-rotoråpningen 49 som omfatter en liten radiell åpning 52 for den ønskede gasstrøm-kontrollen. Gassen strømmer ut fra stator-rotoråpningen 49 og kommer inn i rotorslissene 44 på en kontinuerlig og jevn måte. Statordiameteren er fortrinnsvis litt større enn rotorens rotdiameter, det vil si diameteren ved bunnen av vingene, slik at prosess- eller spillegassen føres nedover inn i rotorslissene ved den nedoverrettede strømmen av aluminiumssmelte og ikke noe av prosessgassen tillates å unnslippe oppover, slik at den ikke blir dispergert ved påvirkning av rotoren. Når det ikke brukes noen stator, føres prosessgassen inn i rotoren via hull som fører til rommet mellom rotorvingene, som vist i figurene 3 og 4. Dersom det ikke brukes en stator, kan det være ønskelig å bruke et sylindrisk feste for å erstatte statorens virkning med å rette prosessgasstrømmen nedover. As shown in Figure 12, a preferred arrangement for achieving the desired gas flow control is achieved by simply adding a stator boss and corresponding rotor recess. The boss part 50 is arranged at the lower end of the stator 48 and is adapted to fit into the recess part 51 at the top of the rotor 40. The small channel opening which is necessary to produce a more uniform gas distribution in the rotor is produced by a radial opening 52 between the outer diameter of the boss 50 and the inner diameter of the recess 51 on the side facing the rotor slot 44. This opening 52 can be checked at the place of manufacture and does not depend, as in the case of a conventional small opening between the top of the rotor and the bottom of the stator, on care and skill when assembling the rotor-stator unit. A small radial opening 52 of approx. 0.064 cm (0.024"), although slightly smaller or larger distances may also be used, depending on the overall structure of the unit and the refining chamber and field of application. In this preferred embodiment, the stator boss portion 50 and the rotor recess portion 51 may both have a height or depth of about 0.64 cm in normal use.The vertical opening 59 between the bottom of the stator 48 and the top of the rotor 40 and between the bottom of the stator boss part 50 and the top of the rotor recess part 51 can use a larger tolerance, for example about 0.159 cm, where the exact setting is not critical to achieving the desired gas flow control As shown in the embodiment of Figure 12, the process gas passes downward through the gas inlet channel 53 at the rotor shaft-stator bearing 54 and through the gas channel 55 to the stator-rotor opening 49 which includes a small radial opening 52 for the desired gas flow control. The gas flows out from the stator-rotor opening 49 and enters the rotor slots 44 in a continuous and uniform manner . The stator diameter is preferably slightly larger than the rotor root diameter, i.e. the diameter at the base of the blades, so that the process or waste gas is led downwards into the rotor slots by the downward flow of molten aluminum and none of the process gas is allowed to escape upwards, so that it does not become dispersed by the impact of the rotor. When no stator is used, the process gas is fed into the rotor via holes leading to the space between the rotor blades, as shown in Figures 3 and 4. If a stator is not used, it may be desirable to use a cylindrical mount to replace the stator's action by directing the process gas flow downwards.

Arealet av åpningen 47 i den begrensende delen 45 i bunnen av rotoren i forhold til den totale åpningen, dersom den ikke er begrenset, er generelt i området fra ca. 25% til ca. 75%, hvor det er foretrukket med et åpningsareal på ca. 50%. Høyden av den begrensende delen 45 til rotoren 40, bør generelt være i området fra ca. 20% til ca. 40$ av den totale rotorhøyden, hvor det er foretrukket med en høyde på den begrensende delen på ca. 3056, for anvendelse i typisk dimensjonerte raffineringskammerenheter. The area of the opening 47 in the limiting part 45 at the bottom of the rotor in relation to the total opening, if it is not limited, is generally in the range from approx. 25% to approx. 75%, where it is preferred to have an opening area of approx. 50%. The height of the limiting part 45 to the rotor 40 should generally be in the range from approx. 20% to approx. 40$ of the total rotor height, where it is preferred with a height of the limiting part of approx. 3056, for use in typically sized refining chamber units.

Rotoren vist i figur 11 har avrundede hjørner ved bunnen av vingene og hullene for tilførsel av aluminiumsmelte under rotoren har også avrundede kanter. Selv om radien til disse ikke er avgjørende for rotorens egenskaper, er de resultatet av et passende maskineringsorgan for rotoren ved skjæring av slisser og innløpshuller i denne med en vertikalt orientert endesliper. The rotor shown in Figure 11 has rounded corners at the base of the wings and the holes for supplying molten aluminum under the rotor also have rounded edges. Although the radius of these is not decisive for the properties of the rotor, they are the result of a suitable machining means for the rotor by cutting slots and inlet holes in it with a vertically oriented end grinder.

Eksempel 3 Example 3

Systemet beskrevet i eksempel 1 ble brukt for ytterligere tester ved å bruke plateorganet i henhold til oppfinnelsen, bortsett fra at den spesielle rotorutformingen beskrevet over ble brukt, sammen med en stator med passende størrelse. Rotoren hadde de samme generelle dimensjoner som den som ble brukt i eksempel 1, bortsett fra at den begrensende delen 45 ved bunnen av rotoren. Denne begrensende delen hadde en høyde på 1.9 cm og åpningene 47 og hjørneradiene ble fremstilt med en 1.9 cm endesliper. Åpningene 47 var 3.91 cm lange og 1.9 cm brede. Statoren hadde en ytre diameter på 14 cm som resulterte i en ytterkantoverlapping ved bunnen av slissene på 0.64 cm. The system described in Example 1 was used for further tests using the plate member according to the invention, except that the particular rotor design described above was used, together with a stator of suitable size. The rotor had the same general dimensions as that used in Example 1, except that the limiting portion 45 at the bottom of the rotor. This limiting portion had a height of 1.9 cm and the openings 47 and corner radii were made with a 1.9 cm end grinder. The openings 47 were 3.91 cm long and 1.9 cm wide. The stator had an outer diameter of 14 cm which resulted in an outer edge overlap at the bottom of the slots of 0.64 cm.

I vannmodellforsøkene der det ble anvendt spesielrotor, ble det funnet at rotoren kunne drives ved 600 RPM og en simulert gasstrøm på 141.6 liter pr. minutt, for å gi den samme meget ønskelig glatte væskeoverflaten som tidligere ble oppnåss ved kun 85 liter pr.minutt simulert gasstrøm og 450 RPM. Den raffineringshastigheten som kunne oppnås i denne utførel-sesformen når det ble operert med betingelser med glatt overflate, var 10056 større enn det som kunne oppnås ved å bruke en konvensjonell rotorutforming i et raffineringskammer som ikke var utstyrt med plateorganet i henhold til oppfinnelsen, men opererte med betingelser med glatt overflate som indikert over. In the water model tests where a special rotor was used, it was found that the rotor could be operated at 600 RPM and a simulated gas flow of 141.6 liters per minute, to give the same highly desirable smooth liquid surface that was previously achieved at only 85 liters per minute simulated gas flow and 450 RPM. The refining rate obtainable in this embodiment when operating with smooth surface conditions was 10056 greater than that obtainable using a conventional rotor design in a refining chamber not equipped with the plate member of the invention but operated with smooth surface conditions as indicated above.

Ved utførelser av oppfinnelsen oppnås en fordelaktig forbedring av aluminiumsraffineringen. Anvendelsen av plateorganet beskrevet over i raffineringskammeret, virker til å endre strømningsmønsteret for aluminiumssmelten inne i kammeret, slik at det kan brukes høye gasstrømmer og/eller rotasjonshastigheter på dysen for å oppnå økt aluminiums-raf f ineringshast igheter , uten å danne en stor overf lateturbulens på aluminiumssmelten som ellers ville begrense den ønskede økningen i gasstrømmer og rotasjonshastigheter til dysen. Plateorganet i henhold til oppfinnelsen er antatt å redusere rotasjonsstrømmen langs bunnen av raffineringskammeret som ellers ville forhindre en ønsket glatt oppover-rettet strøm av aluminiumssmelte inn i rotoren og oppnåelsen av en passende og stabil balanse mellom oppadgående og nedadgående aluminiumsstrømmer inn i rotoren. Utførelses-formen i henhold til oppfinnelsen hvor den spesielle rotorutformingen beskrevet over brukes, er funnet å være spesielt fordelaktig, hvor den kontrollerte oppadrettede strømmen av aluminiumssmelte muliggjør en økt gasstrømhas-tighet og rotasjonshastighet på dysen, uten at det dannes for mye overflateturbulens. In embodiments of the invention, an advantageous improvement of the aluminum refining is achieved. The application of the plate member described above in the refining chamber acts to change the flow pattern of the aluminum melt inside the chamber, so that high gas flows and/or rotational speeds can be used on the nozzle to achieve increased aluminum refining speeds, without creating a large surface turbulence on the aluminum melt which would otherwise limit the desired increase in gas flows and rotational speeds of the die. The plate member according to the invention is believed to reduce the rotational flow along the bottom of the refining chamber which would otherwise prevent a desired smooth upward flow of aluminum melt into the rotor and the achievement of a suitable and stable balance between upward and downward aluminum flows into the rotor. The embodiment according to the invention where the special rotor design described above is used has been found to be particularly advantageous, where the controlled upward flow of molten aluminum enables an increased gas flow rate and rotational speed on the nozzle, without too much surface turbulence being formed.

Det bør legges merke til at det kan gjøres forskjellige endringer og modifikasjoner ved detaljer av oppfinnelsen, uten å avvike fra oppfinnelsens beskyttelsesomfang som er definert i de medfølgende krav. Selv om oppfinnelsen er beskrevet med hensyn til aluminiumraffinering generelt, kan oppfinnelsen brukes i forbindelse med aluminium eller forskjellige legeringer derav. Oppfinnelsen kan anvendes i systemer med raffineringskammere som har ett eller flere raffineringsrom eller trinn, som hvert er anpasset for anordning av en roterende dyseinnretning under aluminium-raffineringsoperasjonene. I et typisk to-trinns raffineringssystem føres aluminiumssmelten vanligvis inn i innløpet til det første trinnet og fjernes fra utløpet av det andre trinnet. De separate rommene er adskilt av plate som er anpasset slik at aluminiumssmelten kan strømme fra det første trinnet til det andre trinnet. Andre slike systemer kan omfatte mer enn to slike raffineringstrinn. Bunnplateorganet i henhold til oppfinnelsen vil fortrinnsvis bli anvendt i hvert raffineringsrom. Plateorganet kan være fremstilt av ethvert passende refraksjonsmateriale som kan brukes i raffineringskammeret. Silikonkarbid er et generelt foretrukket konstruksjonsmateriale, selv om andre refraksjons-materialer, for eksempel grafitt, kan brukes. Selv om plateorganet fortrinnsvis er plassert under midten av rotordelen til den roterende dyseinnretningen ved plassering av denne i raffineringskammeret, kan plateorganet også være plassert på annen måte, men bør ikke plasseres utenfor rotorens omkrets. It should be noted that various changes and modifications can be made to details of the invention, without deviating from the scope of protection of the invention as defined in the accompanying claims. Although the invention is described with regard to aluminum refining in general, the invention can be used in connection with aluminum or various alloys thereof. The invention can be used in systems with refining chambers having one or more refining rooms or stages, each of which is adapted for the arrangement of a rotating nozzle device during the aluminum refining operations. In a typical two-stage refining system, the aluminum melt is usually fed into the inlet of the first stage and removed from the outlet of the second stage. The separate rooms are separated by plates adapted to allow the aluminum melt to flow from the first stage to the second stage. Other such systems may include more than two such refining steps. The bottom plate member according to the invention will preferably be used in each refining room. The plate member can be made of any suitable refractive material that can be used in the refining chamber. Silicon carbide is a generally preferred material of construction, although other refractive materials, such as graphite, can be used. Although the plate member is preferably placed under the center of the rotor part of the rotating nozzle device when placing it in the refining chamber, the plate member may also be placed in another way, but should not be placed outside the circumference of the rotor.

Oppfinnelsen vil derfor medføre et meget ønskelig og anvendelig fremskritt innen aluminiumsraffineringen, ved at den maksimalt anvendelige raffineringshastigheten i et raffineringskammer kan økes betydelig i forhold til konvensjonell praksis. The invention will therefore entail a very desirable and applicable advance in aluminum refining, in that the maximum usable refining speed in a refining chamber can be increased significantly compared to conventional practice.

Claims

1. Improved winged rotor (21) for cooperation in a rotating nozzle device (18) adapted for injection of purge gas into molten aluminum present in a refining chamber (13) during aluminum refining operations therein, characterized in that the winged rotor (21) comprises alternating vanes (42) and slots (43) around the circumference thereof, which slots (43) extend for only a part of the length downwards from the top of the rotor (40) with limiting parts (45) thereunder, which limiting parts (45) comprise openings ( 47) therein, for the passage of molten aluminum using the rotor (40) for aluminum refining, whereby the restricting parts (45) of the rotor (40) and the openings (47) therein enable control of the upward flow of molten aluminum in a refining chamber (13), in particular in connection with the placement of vertical plate members (25) on the bottom of the refining chamber (13) and across the refining chamber (13) below the nozzle (18), so that it is possible to apply higher gas flows and/or rotational speeds to the die, without creating unwanted surface turbulence to the aluminum melt being refined.

2. Winged rotor (40) according to claim 1, characterized in that the openings (47) are arranged at the innermost parts of the slots (43).

3. Winged rotor according to claim 1, characterized in that the limiting parts (45) have a height in the range from 20% to 4056 of the total height of the rotor blades (42).

4. Winged rotor according to claim 1, characterized in that the area of the openings (47) in the limiting part (45) in relation to the total opening, if this is not limited, is in the range from 25$ to 75$.

5. Winged rotor (40) according to claim 1, characterized in that it comprises stator means adapted for the passage of purge gas for supply to the winged rotor (40).

6. Winged rotor (40) according to claim 5, characterized in that this vertical distance between the top of the rotor (40) and the bottom of the stator (48) is set with a very small distance of the order of magnitude approx. 0.051 cm (0.02") to produce a pressure drop which enables a substantially uniform flow of process gas through it to the rotor (40).

7. Winged rotor (40) according to claim 6, characterized in that it comprises a boss part (50) for the stator and a corresponding recess part (51) for the rotor, so that a small radial opening (49) is formed between the outer diameter of the boss part (50) and the inner diameter of the recess part (51), to produce a pressure drop to enable a substantially uniform flow of process gas through it to the rotor (40).