专利名称：改进的双级铝精炼容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及铝的精炼，更具体地说是涉及一种改进的双级铝精炼系统。
熔化的铝通常用气体通过喷雾器搅动，以去除熔解的氢、非金属颗粒以及碱金属和碱土金属，而得到精炼，所用气体为氩气或氮气，有时加入氯气。为了收到最大效果并经济地使用气体，将搅动气体分散成细小的气泡。这样的分散可以通过作用一个旋转喷嘴将搅拌气体喷入熔化铝中便利地达到目的。这一精炼工艺可以在无逆流系统中的连续或半连续基础上进行。当需要相当高的铝精炼能力，即通常约大于25，000磅/小时时，要求在精炼容器中设置两个或更多的旋转喷嘴。如果在单一扩大的容器中使用两个旋转喷嘴，容器的生产能力与用单一喷嘴的容器相比，可以提高一倍。然而如果把喷嘴放在容器内彼此相邻配置的串联的分隔间中时，与在同样总尺寸的一个容器内用两个喷嘴操作所达到的生产能力相比，则可以再增加一倍。将熔化铝在容器的一端通入进口到第一级，然后在容器对面一端从第二级的出口排出的这样一种双级精炼系统在Pelton的美国专利4，373，704中作了进一步的叙述和说明。在此系统中，精炼容器内的分隔间用一个合适的挡板分隔开，以使熔化的金属流只从第一室流到第二室，而不从第二室反流到第一室。当然建造和使用装有两个以上这种精炼级的精炼系统也是可能的。
因此可以看出，二级或更多级的铝精炼系统对于任何既定的精炼容量来说具有减小体积的优点，同时使每一喷嘴和所用的气体体积的精炼效果得到增强。此外，这种多级系统为在不同精炼级中采用不同的精炼气体提供了可能。例如当为了去除碱金属和碱土金属而需要相当大量的氯气时，所有氯气可以在第一级中加入。这样在第一级中所形成的一些氯化物便可以在第二级中除去。这种效果在单级系统中即使用两个入射喷嘴也不能有效地达到。
在所述的Pelton的专利中公开的双级系统利用带有内部衬里和挡板装置的外面加热的铸铁桶形成两个独立的分隔间。如上述专利附图中说明，所述的两级以串联方式布置，熔化铝在系统的一端通入第一级的底部并在系统的对面一端从第二级顶部排出。
虽然上述双级系统比单级系统具有明显的优点，对于铝的精炼技术当然还有要求进一步改善的普遍愿望，诸如提供更简易和更方便的安装，更紧凑的设计(特别由于许多冶炼厂场所可用的操作空间很有限)，易于操作和维修等等。
因此本发明的一个目的是提供盛装和精炼铝的改进型双级容器。
本发明的另一个目的是提供具有简化的安装、操作及其维修等特征的双级精炼系统。
考虑到这些以及其它目的，本发明在下文中予以详细叙述，其新颖的特征将在附属的权利要求书中特别指出。
本发明的精炼系统包括一个双级铝精炼容器，其中两级采用并排设置及其他易于安装、操作及维修的方式布置。这种改进的构造可使通过容器的流向易于反向，从而增强用于铝精炼设备的容器的灵活性。
下面结合附图对本发明加以详细介绍
图1是本发明精炼系统具体设备的俯视图;
图2是示于图1的本发明具体设备的剖面正视图，是沿所述图1的A-A线所取的剖面;
图3是用于本发明的一个具体设备的出口挡板布置示意图。
本发明的目的是通过提供一种独特的双级精炼容器，提高安装、操作及维修的便利而实现的。因此，两级以并排的方式布置，熔化的金属从容器的同一端通入和排出，除旋转喷嘴本身外，在每一分隔间内没有设置障碍物。在全流操作过程中顶部降落相对较低，并且在本发明设计中所特有的易于清理能使顶部降落在工业铝精炼应用中精炼系统的长期操作过程中保持如此低的水平。
本发明的双级并排布置在附图的图1中可以看到，其中用数字1代表的将其绝热盖去掉的全部精炼容器包括第一级分隔间2和第二级分隔间3。每级配置独立的旋转喷嘴(未示出)，第一级的喷嘴定位于分隔间2内的部位4，第二级的喷嘴定位于分隔间3的部位5。进口装置6设置在精炼容器1的前端7用以使待处理的熔化铝通入第一级分隔间2，而出口装置8则用来在所述前端7处从第二级分隔间3排放出精炼的熔化铝。将出口挡板9定位于所述出口装置中，示于图2的所述出口挡板在所述分隔间3及其中的出口装置8中延伸到熔化铝的操作液面以下。
控制温度的热电偶10设置在分隔间2的外侧壁中，不言而喻所述热电偶的设置及其位置对于操作的方便是合乎需要的，但这不是本发明的主要特征。中心挡板11设置在室2和3之间并由此形成其内侧壁。中心挡板11在其后下角中设置交换孔12，以便提供从精炼容器第一级到第二级的熔化铝流在分隔间之间的流体交换。虽然图1中去掉了精炼容器1的绝热盖，但应该注意到其中方便地提供了清理开口，在部位13处示出了分隔间2的开口盖的位置，在部位14处示出了分隔间3的开口盖的位置。
本专业的技术人员将意识到精炼容器1具有一个其底部和侧面的内壁对熔化铝是不渗透的绝热壳体15，并在壳的至少一个内壁上装有石墨块衬里16。在图1中，后端17，即包含进口装置6和出口装置8的前端7对面的壁，含有所述石墨块衬里16，它延伸到所述精炼容器1内设计的操作熔化铝液面以上，并设置在适当位置以便与所述精炼容器1内的熔化铝接触，石墨块16有一开口或多个开口(未示出)从其上端沿石墨块底部(但不到底)的方向延伸。将电加热装置(未示出)配置在石墨块的所述开口内，使这些加热装置支撑在开口内而不与石墨块电接触。如果石墨块遭受氧化，则块的氧化部分实际上会趋于扩大并向下延伸到容器1中熔化铝的液面以下。如果发生此种情况，熔化铝就会从由于石墨氧化而产生的空隙流过，并将其中的加热元件损坏。在本发明的优选实践中，用耐蚀片18防止石墨块受容器中熔化铝液面以上的气相中存在的氧所氧化。如图1所示，耐蚀片18合乎要求地延伸横过分隔间2和3以在精炼容器1的第一和第二级中充分保护所述石墨块。
参考精炼容器第一级，在图2中对本发明的精炼系统进一步加以说明，概括地用数字31表示。带有支撑装置33的外钢壳32具有适当的对位于其内侧的熔化铝是不渗透的隔层34，以形成所述容器31的前端35、底36和后端37。熔化铝进口装置38设置在前侧面35上。所述前端35、底36和后端37，以及外侧壁(未示出)和下面讨论的内壁当然构成了第一级分隔间40，当用它来精炼铝时，还将具有绝热盖39，在铝精炼操作过程中，该第一级分隔间40还要含有一个旋转喷嘴组件41，包括向上穿过所述盖39延伸到驱动装置(未示出)的合适的驱动轴装置42。
在容器31的后端37上，把石墨块衬里43放在适当位置以便与容器上的熔化铝接触并延伸到容器31内设计的操作熔体液面以上。参照图1如上所指出，所述石墨块当然延伸横过第一级分隔间40的后端37，并横过图2中未示出的第二级分隔间的后端。为了避免所述石墨块43的氧化，将耐蚀薄板44放在其内表面上的适当位置，由此防止所述石墨块43与耐蚀容器31中的熔体(即熔化铝)液面以上的气相中的氧气接触。为此目的耐蚀薄板44的下端不仅延伸到设计的操作液面45以下，而且进一步延伸到容器内设计的停机液面46以下。如上述指出，石墨块43，最好其中有一开口从其上端沿块的底部(但不到底)的方向延伸，电加热装置支撑在该开口中而不与石墨有电的接触。
在所述图2中，将相当于图1的中心挡板11的中心挡板47放在适当位置以便将第一级分隔间40与图1所示并排的第二级分隔间隔开。交换开口48最好设置在离开进口装置38的所述挡板47的后下角中，此交换开口使熔化铝从所述第一级分隔间40(在那里同时进行气体分散)到本发明精炼系统的第二级。当然所述交换开口需要适当定位以便使其顶位部分位于容器中熔化铝的最低设计液面以下，更理想地是也将其定位于靠近所述第一和第二分隔间后端的中心挡板11的部分上，最好靠近所述中心挡板的底部。相当于图1出口装置8中的出口挡板9的出口挡板的定位用图2的挡板装置49说明。延伸于第二级分隔间中熔化铝液面以下的该出口挡板的用途是防止从熔化铝中除去的并浮在熔液表面上的浮渣与从精炼容器第二级排出的熔化铝液流一起带出。
虽然说明了出口挡板被定位于第二级分隔间的出口装置中，但应该注意所述出口挡板可以位于总精炼系统中的任一其它下游部位。例如，所述出口挡板也可以定位于出口槽中，其位置最好接近图3所示的精炼容器。这样的部位易于接近第二级的内部从而易于清理，这是在连续铸造操作中使用该精炼容器的一个有利的特征。
在所述图3中，被中心挡板53隔开的第一级分隔间51和第二分隔间52，一般根据精炼容器的前端进行表示，在该处熔化铝通过进口装置54进入第一级，并通过出口装置55离开第二级。在这一有利的精炼系统设计中，适当地设置进口和出口槽以有利于并排金属流从精炼容器的前部进入和排出。图3中示出在精炼容器前部适当定位的总输送槽组件56，所述组件包括出口槽57和进口槽58。出口槽挡板59定位于所述出口槽57中，要求在精炼容器的出口装置55附近。
本发明的精炼系统的另一个特征是通过方便地改变熔化铝的流向而获得的操作灵活性。为此目的，只需要对所说明的具体设备的出口挡板位置做一简单变化。因此，在图1的具体设备中，可将出口挡板9移至所述进口装置6的相似位置，并且该系统可以用流进分隔间3的铝流进行操作(那么它是第一级)，并流出分隔间2(则它是第二级)。同样地，在图3的具体设备中，可将出口挡板59方便地移至槽58中中的同样部位，当熔化铝通到第一级52并从第二级51排出时，它便成为一个出口槽，本专业的技术人员将理解到所述出口挡板的位置可以改变而不脱离本发明的范围，并且任何其它合乎需要的装置都可用来阻止浮渣以防其滞留于精炼铝的产品液流中。
在图1的俯视图中说明了喷嘴转动在第一级分隔间2中是逆时针方向的，而在第二级分隔间3中是顺时针方向的。虽然一般推荐这种相反方向的转动，但两个旋转喷嘴均以相同的方向，或者以顺时针或者以逆时针方向转动，也已经取得了令人满意的效果。
本专业的技术人员将理解到对于本发明的细节可以作各种变化及改进而并不脱离所附权利要求书中所规定的本发明的范围。因此，旋转喷嘴组件41被认为是本专业已知的适当的气体分布装置的例证并且对于既定的应用是方便的。通常较好的是采用轴驱动转动转子，理想的是具有一个定子，固定地附着到环绕轴的保护套筒上，用配备的装置将气体引入所述转子和定子之间的空间内。
虽然任何方便的结构材料都可以用于实施本发明，而耐蚀薄板，即所述图2的薄板44希望是一种以片状形式存在的陶瓷纤维增强的结构三氧化二铝。实施本发明所用的容器壳体和支撑构件通常采用钢构造。
本发明的双级精炼容器和系统的紧凑设计和特有的操作灵活性对于实际工业应用来说特别有利并合乎需要。由于铝精炼设备的可用空间常常很有限，因此本发明提供了工业上真正需要的有利条件。提供可以使熔化铝液流能从精炼容器的同一端进入和排出精炼容器的便利及实用的装置也具有显著的优点，它在大多数实际铝精炼应用中提供比较容易且更加便利的安装。除了放在其中的用于精炼操作的旋转喷嘴外，在容器内不存在障碍物，并且为了提供从一个分隔间流到另一个分隔间的液流的简便交换装置，都使本发明的精炼容器便于清理和维修，如上所述，这种易于清理在满流操作过程中可以使顶降保持在相对较低处。
本专业的技术人员将知道，本发明的双级精炼容器可以连同各种已知的精炼技术一起进行使用。虽然上面介绍了本发明关于电加热元件在上述石墨块内的位置，可以理解也可以用任何其它布置对精炼容器提供必需的热而不脱离所附权利要求书中规定的本发明的范围。本发明的操作灵活性在本技术领域中是重要的，改变通过容器的流体方向的能力在许多实际工业用途中体现了一个特别重要的特征。在各种不同的铝精炼设备中，只以一个方向流动熔化铝的装置受能力所限使必要的变换相当可观，为了适应精炼容器的限制熔化铝流道装置(既槽等)的调节费时、费力，对于这些容器供应厂商来说，对于如此重要的安装和操作问题可以要求根据空间和定向的要求以及特定精炼设备的制约，采购和使用分立的精炼容器。本发明排除这些规定的需要，并能使流向很容易地改变，常用的措施是通过简单的改变容器出口嘴或出口槽中出口液流挡板部位。如果为了防止浮渣随由容器排出的熔化铝一起带走而设置其它装置，例如为此所设置的某些其它形式的改型输送槽，则可为一所要求的流向将这些其它装置容易地设置在出口或下游一侧，使本发明的精炼容器容易地适合于在该方向或反方向的液流，即使在精炼设备内不同时间或不同位置想要这样进一步改变时。因此可以看出本发明在铝精炼技术中体现了一种很有价值和所要求的改进。
权利要求
1.一种具有隔热的壳体、其底部和侧壁对熔化铝是不渗透的改进型双级铝精炼容器，包括(a)设置在适当位置的中心挡板装置以便将所述容器中的空间分隔成两个区间；(b)在所述容器内并具有前端、后端和外侧壁的第一级分隔间，所述中心挡板装置构成所述分隔间的内侧壁；(c)位于第一级分隔间前端用以向该处引入熔化铝的进口装置；(d)在所述容器内并具有前端、后端和外侧壁的第二级分隔间，所述中心挡板装置构成所述第二分隔间的内侧壁，所述第一和第二级分隔间在所述容器内是以并排并系设置的，所述第二级分隔间的前端与第一级分隔间所述前端位于容器的同一边。(e)位于所述第二级分隔间前端用以从那里排出熔化铝的出口装置；(f)在所述中心挡板装置中的交换装置使在所述容器中连续的铝精炼操作过程中的熔化铝可以从所述第一级通入所述第二级；和(g)从所述容器中处理的熔化铝液流中分离浮渣的装置；因此所述双级容器可以达到期望的紧凑，便于安装和操作，并且除了铝精炼操作中用于所述容器的气体分布装置外，无障碍物。所述容器使得通过系统的流体方向可以容易地加以反向。
2.根据权利要求1的装置，其中在中心挡板上的交换装置设置在适当位置以便使其顶部处于容器中熔化铝的最低设计操作液面以下。
3.根据权利要求2的装置，其中所述交换装置设置在靠近所述第一和第二分隔间后端的所述中心挡板部分上。
4.根据权利要求3的装置，其中将上述交换装置设置在靠近所述中心挡板的底部并靠近所述第一和第二分隔间的后端部分。
5.根据权利要求4的装置，其中所述交换装置在所述中心挡板内有一单个开口。
6.根据权利要求1的装置，其中从容器中处理的熔化铝液流中分离浮渣的所述装置包括从所述熔化铝液流的液面以上延伸至其液面以下的挡板装置，所述挡板装置用来阻止所述浮渣并防止与熔化铝液流一起带走。
7.根据权利要求6的装置，其中将所述挡板装置设置在容器的第二级分隔间的出口装置中。
8.根据权利要求6的装置并包括将熔化铝通入进口装置到所述第一级分隔间的进口槽，和从所述第二级分隔间由出口装置排出熔化铝的出口槽。
9.根据权利要求8的装置，其中所述挡板装置设置在所述出口槽中。
10.根据权利要求1的装置并包括在所述精炼容器的第一和第二级内熔化铝中分散搅动气体的气体分布装置。
11.根据权利要求10的装置，其中所述气体分布装置包括旋转喷嘴组件，在精炼容器的每个所述级中设置一个旋转喷嘴组件。
12.根据权利要求1的装置，其中每一个分隔间的至少一面内壁上有石墨块衬里，所述石墨块延伸到容器内设计操作的熔体液面以上，将所述石墨块设置在适当位置以便与分隔间内的熔化铝接触，将电热装置设置在所述石墨块内。
13.根据权利要求12的装置并包括设置在石墨块内表面的耐蚀薄板垂直延伸以便防止所述石墨块与分隔间内熔化铝液面以上的气相中的氧接触，所述耐蚀薄板在水平方向上充分延伸到壳体两边以便使所述石墨完全免受氧化。
14.根据权利要求13的装置，其中将中心挡板内所述交换装置适当定位以便使其顶部在容器中熔化铝的最低设计操作液面以下。
15.根据权利要求14的装置，其中将所述交换装置定位于靠近所述第一和第二分隔间的后端并靠近所述中心挡板的底部的中心挡板部分中。
16.根据权利要求15的装置，其中为分离浮渣的所述装置包括从所述熔化铝液流面以上延伸到其液面以下的挡板装置。
17.根据权利要求16的装置，其中将所述挡板装置设置在容器第二级分隔间的出口内。
18.根据权利要求16的装置，其中将所述挡板装置设置在用以从第二级排出熔化铝的出口槽中。
全文摘要
一种铝精炼容器具有并排设置的两个精炼级，熔化铝从容器的同一面流进和流出容器。这种容器便于适应液流的换向，并且易于安装、操作和维修。
文档编号C22B21/06GK1040827SQ8810623
公开日1990年3月28日 申请日期1988年8月26日 优先权日1987年5月14日
发明者约翰·富兰克林·佩尔顿 申请人:联合碳化公司