旋轉(zhuǎn)注射器和在熔化鋁中添加助熔固體的方法
【專利摘要】旋轉(zhuǎn)注射器包括伸長(zhǎng)軸，所述軸具有近端和遠(yuǎn)端，以及在該伸長(zhǎng)軸的近端處的葉輪，所述伸長(zhǎng)軸和葉輪在操作過(guò)程中繞著軸的軸線一起可旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)注射器為中空的，并具有沿著所述軸延伸并橫跨所述葉輪的內(nèi)部供應(yīng)導(dǎo)管，所述內(nèi)部供應(yīng)導(dǎo)管在軸的近端處具有入口，從入口延伸至排放部分的主要部分，延伸至軸向出口的排放部分，該排放部分具有與所述供應(yīng)導(dǎo)管的主要部分連接的狹窄端，以及在軸向出口處的較寬端。
【專利說(shuō)明】
旋轉(zhuǎn)注射器和在膝化錯(cuò)中添加助膝固體的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明大體上設(shè)及一種用于將顆粒固體材料加入液體的方法和設(shè)備，并尤其應(yīng)用 于將助烙顆粒加入烙化爐內(nèi)的侶中的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)注射器用于處理烙化侶，例如在美國(guó)專利6，589,313中公開的。在運(yùn)些應(yīng)用 中，被稱為旋轉(zhuǎn)助烙注射器的旋轉(zhuǎn)注射器，用于將鹽引入較大體積的爐中保持的烙化侶內(nèi)。
[0003] 已知的旋轉(zhuǎn)注射器的例子如圖1所示，其具有旋轉(zhuǎn)軸15,其一般由耐熱材料，例如 石墨組成，導(dǎo)向至安裝在其端部的葉輪。在旋轉(zhuǎn)注射器內(nèi)設(shè)置供應(yīng)導(dǎo)管，該供應(yīng)導(dǎo)管沿著軸 伸展并導(dǎo)向至穿過(guò)葉輪的出口處。一般W顆粒鹽的混合物形式存在的助烙劑沿著供應(yīng)管通 過(guò)載氣所滲加。該葉輪具有帶葉片或類似物的盤狀體，W助于混合在被稱為剪切行為中烙 化金屬內(nèi)的助烙劑。
[0004] 已知的旋轉(zhuǎn)助烙注射器在某種程度上來(lái)說(shuō)是令人滿意的。但是，由于助烙時(shí)間限 制了爐的生產(chǎn)力，改善剪切效率、同時(shí)W縮短助烙時(shí)間和提高產(chǎn)率為目的，依然是人們想要 的。此外，旋轉(zhuǎn)助烙注射器的效率受到供應(yīng)導(dǎo)管發(fā)生阻塞的限制，運(yùn)種管道的阻塞特別在較 低的烙化侶溫度（例如：低于705-720°C)下發(fā)生。因此，在烙化侶達(dá)到特定的溫度闊值之前 不使用旋轉(zhuǎn)助烙注射器，而該加熱周期因此從助烙的觀點(diǎn)來(lái)看并非有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 與鹽阻塞的形成相對(duì)比，系統(tǒng)低溫阻塞的原因被鑒別為金屬阻塞的形成。
[0006] 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，提供具有截頭錐狀的供應(yīng)導(dǎo)管的排放部分可解決由金屬阻塞形成引起 的系統(tǒng)性低溫阻塞的發(fā)生，W此使得用戶可更早地使用旋轉(zhuǎn)注射器，該旋轉(zhuǎn)注射器減少整 體的處理時(shí)間W及改善的效益。
[0007] 此外，現(xiàn)驚奇地發(fā)現(xiàn)提供具有帶尖銳邊緣的截頭錐狀的供應(yīng)導(dǎo)管的排放部分可導(dǎo) 致剪切效率的顯著增加，W此提供效應(yīng)的更進(jìn)一步改善。運(yùn)種在剪切效率中的改善可在除 了助烙侶的其它應(yīng)用中有實(shí)用性，特別在加入顆粒固體材料或?qū)怏w與其它除了侶之外的 金屬材料，或甚至除了烙化金屬之外的液體進(jìn)行混合的方法中更實(shí)用。
[000引因此，根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)注射器，其包括具有近端和遠(yuǎn)端的伸長(zhǎng)軸， W及在伸長(zhǎng)軸的遠(yuǎn)端處具有葉輪，該伸長(zhǎng)軸和葉輪可在運(yùn)作期間繞著軸的軸線共同地轉(zhuǎn) 動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)注射器為中空，并具有供應(yīng)導(dǎo)管，所述供應(yīng)導(dǎo)管沿著軸伸展并穿過(guò)葉輪，該供應(yīng) 導(dǎo)管在軸的近端處具有入口，從入口延伸到排放部分的主要部分，該排放部分延伸至軸向 出口，該排放部分具有狹窄端，該狹窄端將供應(yīng)導(dǎo)管的主要部分與軸向出口的邊界端進(jìn)行 連接。
[0009]根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種利用旋轉(zhuǎn)注射器來(lái)處理烙化侶的方法，該方法包括： 將旋轉(zhuǎn)注射器的頭部引入烙化侶中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)注射器的頭部在烙化侶內(nèi)時(shí)，沿著順著旋轉(zhuǎn)注 射器軸的供應(yīng)導(dǎo)管而滲加著顆粒處理固體，并從旋轉(zhuǎn)注射器的頭部離開，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)注射 器的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)該葉輪;并通過(guò)增加供應(yīng)導(dǎo)管的橫截面積而減少顆粒處理固體在排放導(dǎo)管的 排放部分的速度。
[0010] 通過(guò)W下的公開，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將更明白關(guān)于本發(fā)明改善的許多其他特點(diǎn)， W及運(yùn)些特點(diǎn)的結(jié)合。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 在所有的附圖中，圖1簡(jiǎn)要地展示了用于在爐內(nèi)保溫的烙化侶的旋轉(zhuǎn)注射器；
[0012] 圖2和圖3為展示了葉輪示例的兩個(gè)不同的斜視圖；
[0013] 圖4為旋轉(zhuǎn)注射器在使用過(guò)程中的簡(jiǎn)要截面圖；
[0014] 圖5圖示地展示了阻塞率和烙化侶的溫度之間的關(guān)系；
[001引圖6A和她為在低溫使用旋轉(zhuǎn)注射器時(shí)獲得的阻塞的圖；
[0016] 圖7為在旋轉(zhuǎn)注射器的操作過(guò)程中不同位置上的溫度變化的詳細(xì)圖示代表；
[0017] 圖8為具有寬闊的排放部分直到供應(yīng)導(dǎo)管的旋轉(zhuǎn)注射器的簡(jiǎn)要截面圖；
[0018] 圖9為如圖8所示的旋轉(zhuǎn)注射器的使用的詳細(xì)代表圖；
[0019] 圖10和11展示了當(dāng)檢測(cè)到暫時(shí)阻塞時(shí)由利用圖9中的信息來(lái)主動(dòng)中斷圖8中旋轉(zhuǎn) 注射器的使用而獲得的錐狀阻塞；
[0020] 圖12為代表剪切效率變化的詳細(xì)圖示；
[0021] 圖13A-13C為用于旋轉(zhuǎn)注射器的寬闊排放部分形狀的可替代實(shí)施例的截面圖；
[0022] 圖14詳細(xì)地展示了在剪切效率中的圖示代表示例變化；
[0023] 圖15為測(cè)試的圖示代表圖；
[0024] 圖16為圖15中測(cè)試步驟的描述；
[0025] 圖17為另一個(gè)測(cè)試的圖示代表圖；
[0026] 圖18為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；
[0027] 圖19為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；
[0028] 圖20展示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
[0029] 圖21簡(jiǎn)要地展示了如圖8所示的旋轉(zhuǎn)注射器的操作；W及
[0030] 圖22為在使用過(guò)程中具有寬闊排放部分的旋轉(zhuǎn)注射器的截面圖。
[0031 ]在上述附圖中，縮寫RF巧旨代旋轉(zhuǎn)磁通注射器。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 現(xiàn)看圖1，大型侶烙爐10具有側(cè)開口 11，并包括具有烙化表面13的烙化侶12浴。延 伸穿過(guò)開口 11的為旋轉(zhuǎn)注射器，其具有伸長(zhǎng)軸15,所述伸長(zhǎng)軸15具有軸線，近端27和相對(duì)的 遠(yuǎn)端，安裝在軸15的遠(yuǎn)端上的葉輪16。供應(yīng)導(dǎo)管沿著軸的整個(gè)長(zhǎng)度而內(nèi)部地延伸至軸向出 口，穿過(guò)葉輪16(未圖示）。在使用的過(guò)程中，顆粒助烙劑固體沿著軸16的供應(yīng)導(dǎo)管被氣體所 滲加，進(jìn)入烙化金屬浴12。在使用過(guò)程中，顆粒助烙固體注入烙化金屬浴12時(shí)軸15W及葉輪 轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，顆粒助烙固體通過(guò)它們離開軸的遠(yuǎn)端時(shí)的速度，并且通過(guò)產(chǎn)生剪切應(yīng)的葉輪的 轉(zhuǎn)動(dòng)而分散到液體侶當(dāng)中。該助烙固體可用于減少例如較大侶烙化W及保溫爐當(dāng)中的堿金 屬W及顆粒。
[0033] 可選擇性安裝于軸或者從軸處拆卸的葉輪16的一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)地展示于圖2和3 中。在部件由石墨制成的情況下，將葉輪設(shè)置為從軸處分離的部件是有利的。在該實(shí)施例 中，葉輪16在一側(cè)具有螺紋套接口，W牢固地接納軸15的遠(yuǎn)端，并在另一側(cè)具有導(dǎo)向至供應(yīng) 導(dǎo)管的圓形出口邊緣28的孔26。該葉輪16包括圓盤狀板17,其直徑一般為40cm，其具有被項(xiàng) 圈20圍繞的軸向開口，用于安裝至軸15。該板17具有近端面18,接納軸15和遠(yuǎn)端面19。固定 在近端面18上的是多個(gè)徑向安裝葉片21，它們具有錐形內(nèi)部端面22。運(yùn)些葉片21的內(nèi)部端 優(yōu)選地在徑向距離大于項(xiàng)圈20的半徑之處終止，W提供在項(xiàng)圈和葉片的內(nèi)部邊緣之間的環(huán) 狀空隙。固定在板17的底部面處的是另一系列的徑向安裝的，具有錐狀內(nèi)部端表面的葉片 23,該葉輪在使用中，優(yōu)選地被轉(zhuǎn)動(dòng)，使得錐狀內(nèi)部端面22位于現(xiàn)對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)方向的葉片的側(cè) 部。通過(guò)葉輪的設(shè)置，該固體/氣體混合物沿著軸15的供應(yīng)導(dǎo)管和通過(guò)項(xiàng)圈開口 20來(lái)進(jìn)料， 在該點(diǎn)上，底部葉片23可用作將固體/氣體混合物與烙化金屬混合。當(dāng)固體為鹽助烙劑時(shí)， 可通過(guò)其進(jìn)入烙化侶的點(diǎn)來(lái)烙化，并容易地通過(guò)葉片23來(lái)被剪切為小液滴，W有效地將它 們分散。在替代實(shí)施例中，該圓盤狀的葉輪可具有多于一個(gè)重疊板。
[0034] 圖7簡(jiǎn)要地展示了在烙化侶30的操作過(guò)程中，具有安裝于軸15的葉輪的旋轉(zhuǎn)助烙 注射器14。該內(nèi)部供應(yīng)導(dǎo)管29沿著軸15W伸長(zhǎng)圓柱的方式來(lái)延伸，并導(dǎo)向至圓形出口端28。 該顆粒材料W速度Si滲加在供應(yīng)導(dǎo)管內(nèi)，該供應(yīng)導(dǎo)管強(qiáng)烈地取決于載氣的速度。該顆粒材 料從出口端28處排出，并形成烙化侶30內(nèi)的云32。云32的深度D直接地與供應(yīng)導(dǎo)管中的速度 Si, W及烙化侶30中的黏度有關(guān)。旋轉(zhuǎn)助烙注射器14在旋轉(zhuǎn)，同時(shí)加入了顆粒材料，其方式 為葉輪16的轉(zhuǎn)動(dòng)促進(jìn)顆粒材料混合，或剪切進(jìn)入烙化侶當(dāng)中。
[0035] 在使用上述的旋轉(zhuǎn)助烙注射器時(shí)，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在低溫下出現(xiàn)顯著的阻塞問(wèn)題，達(dá)到了 限制設(shè)備使用的程度。對(duì)此進(jìn)行了研究，并發(fā)現(xiàn)該阻塞是由于金屬阻塞在供應(yīng)導(dǎo)管的排放 部分形成。事實(shí)上，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)冷卻金屬，例如在低于約705-720°C的溫度之下，與軸接觸，其 得到固化并形成阻塞，W此顯著地降低了助烙處理的干預(yù)。運(yùn)在當(dāng)軸由熱傳導(dǎo)材料，例如石 墨制成時(shí)特別顯著，該材料可將熱量從烙化金屬處W顯著的速度取走。阻塞發(fā)生和烙化侶 的溫度之間的關(guān)系的例子在圖5中展示。
[0036] 在生產(chǎn)某些合金時(shí)，例如5000侶系列，該助烙時(shí)間可為顯著的，例如多于一個(gè)小 時(shí)，其對(duì)爐循環(huán)具有直接影響。為了減少對(duì)循環(huán)時(shí)間的助烙影響，可理想地進(jìn)行預(yù)助烙，運(yùn) 種做法包括當(dāng)液態(tài)金屬被卸入爐內(nèi)時(shí)，做一部分的助烙。在預(yù)助烙中使用旋轉(zhuǎn)助烙注射器 被發(fā)現(xiàn)由于阻塞而有問(wèn)題的。對(duì)于在5000系列的合金來(lái)說(shuō)，該助烙溫度在740到750°C之間， 但預(yù)助烙在680和700°C之間的溫度下進(jìn)行。
[0037] 如圖4所示，使用典型的旋轉(zhuǎn)助烙注射器來(lái)進(jìn)行測(cè)試。運(yùn)導(dǎo)致觀察到如圖6A和6B中 所示的圓柱形金屬阻塞的某些發(fā)生。更特別地，圖6A中所示的金屬阻塞從在具有氣流速度 為60L/min，30PSI之下的在烙化金屬溫度為679°C進(jìn)行的測(cè)試中獲得，但如圖5B所示的金屬 阻塞在具有氣流速度為l(K)L/min的烙化金屬溫度為680°C之下獲得的。
[0038] 更特別地，應(yīng)當(dāng)明白，在將軸插入烙化金屬之內(nèi)時(shí)，靜態(tài)金屬壓力允許侶滲透入供 應(yīng)導(dǎo)管的排放部分。該石墨軸形成散熱器，其使在排放部分之內(nèi)的金屬得到固化。
[0039] 阻塞機(jī)理如圖7所示，接近軸的金屬的溫度W及被旋轉(zhuǎn)助烙注射器所注入的氣體 的壓力按照特定的趨勢(shì)。在軸插入烙化金屬的過(guò)程中，接近葉輪的溫度由于通過(guò)旋轉(zhuǎn)助烙 注射器所形成的散熱器快速地下降。該溫度的下降引起供應(yīng)導(dǎo)管的排放部分的金屬的固 化。運(yùn)導(dǎo)致了氮供應(yīng)系統(tǒng)的壓力增加。在完成軸的解阻塞W及回到正常的注射壓力之前，金 屬阻塞的形成包括兩個(gè)步驟。
[0040] 圖8簡(jiǎn)要地展示了旋轉(zhuǎn)助烙注射器1147的另一個(gè)替代實(shí)施例。在替代的實(shí)施例中， 該旋轉(zhuǎn)助烙注射器114具有擴(kuò)展的排放部分，該排放部分具有相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸136的角度。該 擴(kuò)展排放部分134從出口 128延伸至供應(yīng)導(dǎo)管129的圓柱主要部分138,沿著給定長(zhǎng)度來(lái)穿過(guò) 葉輪116和軸115的一部分。在該情況下，該擴(kuò)展排放部分134為可見的，W具有朝著出口 128 的截頭錐狀的向外擴(kuò)展，并形成具有在出口 128處的葉輪的遠(yuǎn)端面的尖銳邊緣。
[0041] 現(xiàn)發(fā)現(xiàn)使用具有尖銳邊緣的擴(kuò)展排放部分134不但可允許解決低溫下發(fā)生的阻 塞，還可驚訝地增加剪切效率。
[0042] 實(shí)施例1
[0043] 測(cè)試一般與旋轉(zhuǎn)助烙注射器114一起進(jìn)行。在第一實(shí)施例中，排放部分的角度為 10%其在供應(yīng)導(dǎo)管的主要部分連接之處的排放部分的直徑為7/8"，并W截頭錐狀的方式沿 著3英寸的長(zhǎng)度向外擴(kuò)展，至尖銳出口的直徑21/8"處。在6噸的爐內(nèi)，在68(TC和氮?dú)饬鲃?dòng)速 度為15化/min下進(jìn)行了6個(gè)測(cè)試。典型的結(jié)果展示于圖9中。在運(yùn)些測(cè)試中可見有兩個(gè)連續(xù) 的阻塞，然而，運(yùn)些測(cè)試中沒有一個(gè)能導(dǎo)致永久的阻塞。當(dāng)溫度上升時(shí)，金屬阻塞被排出。因 此，使用檢測(cè)軸的最后解阻塞的編程環(huán)，可能在低溫下助烙。運(yùn)種編程還可減少鹽供應(yīng)網(wǎng)的 阻塞風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)辂}注入可僅在金屬阻塞去除后開始。
[0044] 進(jìn)行第屯個(gè)測(cè)試，該測(cè)試在阻塞期間被中斷，并在該測(cè)試中，撤回了金屬阻塞。該 金屬阻塞如圖10和11所示。其展示了具有在長(zhǎng)度上幾公分的軸的排放部分的截頭錐狀部分 足W形成阻塞的形狀，該形狀可輕易地被排出。如果金屬的溫度太低而不能允許阻塞的重 新烙化時(shí)，該排出可在更高溫度下的助烙步驟中自動(dòng)被解除阻塞。
[0045] 為了確定從烙化金屬處堿金去除的動(dòng)力學(xué)上的形狀改變的影響，繪出了巧去除曲 線，運(yùn)些曲線展示于圖12。此外，W下的表1展示了使用擴(kuò)展排放部分的測(cè)試的不同之處，它 們具有使用相同葉輪的測(cè)試，但將供應(yīng)導(dǎo)管的先前圓柱延伸作為排放部分。
[0046]
[0047] 驚奇地，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)使用具有尖銳出口邊緣的截頭錐狀排放部分不僅可促進(jìn)金屬阻塞 的排放，還可提供至少在該測(cè)試環(huán)境中，改善了金屬處理動(dòng)力學(xué)(助烙)的意料之外的優(yōu)點(diǎn)。 [004引用于表1中總結(jié)的測(cè)試的旋轉(zhuǎn)注射器在圖21A-21C中展示。更特別地，圖21A和21B 展示了具有帶有尖銳出口邊緣的排放部分的旋轉(zhuǎn)注射器，然而，圖21C展示了具有連續(xù)圓柱 排放部分的旋轉(zhuǎn)注射器。
[0049] 實(shí)施例2
[0050] 對(duì)具有軸的排放部分進(jìn)行測(cè)試，所述軸的排放部分具有與上述的實(shí)施例1所述的 相比的相同長(zhǎng)度和角度，但當(dāng)出口邊緣圍繞著1cm的半徑，例如圖13的半徑，而不是尖銳的。 [0051]更特別地，測(cè)試在6噸的爐內(nèi)進(jìn)行，具有氮?dú)獾牧魉贋?5化/min, W及鹽的流速為 350g/min。在每個(gè)測(cè)試之前，15ppm的初始確定的巧濃度加入在6噸爐內(nèi)的烙化金屬中。結(jié)果 展示于圖14,并總結(jié)在下表2中。
[0化2]
[0053]現(xiàn)發(fā)現(xiàn)具有運(yùn)種結(jié)構(gòu)的堿去除動(dòng)力學(xué)顯著地下降（具有尖銳邊緣的擴(kuò)展排放部 分）?，F(xiàn)相信效率的減少可至少部分地通過(guò)附壁效應(yīng)來(lái)解釋。通過(guò)跟隨排放部分的表面，鹽 的軌跡變得徑向。該鹽被葉輪所剪切，但更快速地向烙化金屬表面推進(jìn)，減少了烙化金屬的 停留時(shí)間。在金屬表面上液態(tài)鹽的大量積累的觀察似乎符合運(yùn)種理論。運(yùn)些液態(tài)鹽的大量 積累并沒有出現(xiàn)在表1所示的其它結(jié)果中。相應(yīng)地，因此，出口的尖銳邊緣，即：比1cm要更小 的半徑，在獲得改善的優(yōu)勢(shì)方面有更好的特點(diǎn)。
[0054] 實(shí)施例3
[0055] 利用具有截頭錐狀排放部分的軸來(lái)進(jìn)行21個(gè)測(cè)試，該排放區(qū)域所具有的直徑在與 供應(yīng)導(dǎo)管的主要部分連接之處從2.2cm延伸至其尖銳圓形出口邊緣的5.4cm，沿著7.62cm的 軸向長(zhǎng)度。
[0056] 平行助烙的測(cè)試包括21個(gè)測(cè)試中的8個(gè)。其由在最后電解車間相蝸的加料過(guò)程中 的助烙組成。用于運(yùn)些測(cè)試的助烙周期總是在侶的總量達(dá)到90公噸時(shí)開始，W確保轉(zhuǎn)子浸 入液態(tài)金屬中。
[0057] 在平行助烙的測(cè)試的測(cè)量為W下：
[0化引 ?在旋轉(zhuǎn)注射器軸中的壓力。
[0059] 使用烙爐熱電偶和與巧ioki"連接的接收器的熱電偶的金屬溫度。
[0060] 通過(guò)光譜學(xué)用金屬樣品來(lái)測(cè)量鋼。
[0061] 其它的13個(gè)助烙測(cè)試在標(biāo)準(zhǔn)助烙規(guī)則的過(guò)程中來(lái)完成。在運(yùn)些測(cè)試中僅使用金屬 樣品。
[0062] 如何進(jìn)行兩種測(cè)試的金屬樣品(平行助烙W及普通助烙）：
[0063] .在助烙開始之前花費(fèi)一個(gè)金屬樣品。
[0064] ?-旦開始了助烙，在下一個(gè)10分鐘內(nèi)，每?jī)煞昼娙∫淮谓饘贅悠贰?br>[0065] 此后，剩余的助烙時(shí)間中每五分鐘取一次金屬樣品（一般來(lái)說(shuō)，五分鐘用于平行助 烙，25分鐘用于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則）。
[0066] 為了比較鋼去除率，計(jì)算每個(gè)測(cè)試的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，并將其與從前述實(shí)驗(yàn)中而來(lái)的 進(jìn)行對(duì)比。
[0067] 人們尋求減少旋轉(zhuǎn)注射器處理對(duì)整個(gè)爐循環(huán)時(shí)間的影響。研究了 Ξ種方法來(lái)得到 運(yùn)個(gè)目標(biāo)：
[0068] .與其它爐操作來(lái)平行操作該旋轉(zhuǎn)注射器。
[0069] ?減少低溫時(shí)旋轉(zhuǎn)注射器阻塞，W在爐循環(huán)中更早進(jìn)行操作。
[0070] ?減少助烙時(shí)間。
[0071] 當(dāng)在爐循環(huán)內(nèi)更早操作時(shí)旋轉(zhuǎn)注射器阻塞循環(huán)的表征。
[0072] 在8個(gè)不同的時(shí)刻進(jìn)行對(duì)旋轉(zhuǎn)注射器阻塞循環(huán)的表征：
[0073]
[0074] 在運(yùn)種環(huán)境下所展示了實(shí)驗(yàn)：當(dāng)浸沒在超過(guò)720°C的金屬中，旋轉(zhuǎn)注射器軸具有 5%的阻塞概率。阻塞的幾率隨著溫度的增加而增加。在上述所總結(jié)的測(cè)試中，八個(gè)當(dāng)中只 有兩個(gè)測(cè)試所具有初始金屬溫度低得足W阻塞旋轉(zhuǎn)注射器(測(cè)試2和4)。即使超過(guò)720°C的 金屬溫度允許了助烙機(jī)會(huì)，罕有的阻塞事件限制了可W完成的分析數(shù)量。
[0075] 然而，在前述的實(shí)驗(yàn)中更頻繁地測(cè)量低溫金屬溫度。在該實(shí)驗(yàn)中所測(cè)量的更高金 屬溫度會(huì)經(jīng)受被更好的錯(cuò)鍋管理所引起，將其誘灌在爐內(nèi)之前，減少了金屬熱量損失。
[0076] 7號(hào)測(cè)試的例子圖示地展示了當(dāng)圖15中的金屬溫度高于720°C時(shí)的典型的測(cè)量。在 圖16中提供了 7號(hào)測(cè)試的步驟的詳細(xì)說(shuō)明。
[0077] 測(cè)試2和4具有條件來(lái)阻塞旋轉(zhuǎn)注射器軸。用于2號(hào)測(cè)試的測(cè)量圖示地展示于圖17 中。
[007引對(duì)于特定的2號(hào)測(cè)試，初始的金屬溫度（-705。顯著地低于其它測(cè)試。在4分鐘之 后，壓力從3.5增加到a 11PSI，其W軸內(nèi)的烙化侶的固化為特征。W下的壓力的下降指示了 金屬被排出，且軸不再阻塞，而助烙在測(cè)試的第15和24分鐘期間成功地完成了。
[0079] 最后，阻塞表征通過(guò)對(duì)測(cè)試阻塞的時(shí)刻的數(shù)量而受到限制。
[0080] 當(dāng)助烙在爐循環(huán)中更早時(shí)鋼去除率分析。
[0081] 為了評(píng)估助烙效率，對(duì)每個(gè)助烙測(cè)試進(jìn)行動(dòng)力學(xué)常數(shù)k(mirTi)計(jì)算。數(shù)值越高，鋼 濃度的降低將越快，因此，旋轉(zhuǎn)注射器的處理更有效。從之前測(cè)量的所使用的參考常數(shù)值為 0.04min_i。
[0082] W下的等式描述了鋼去除率：
[0083]
[0084] 其中，
[0085]
[0086] ~由于發(fā)生許多爐活動(dòng)，計(jì)算用于平行助烙的動(dòng)力學(xué)常數(shù)為不可靠的。運(yùn)些行為連胃 續(xù)地改變了金屬鋼的濃度，干擾了與鋼去除率的計(jì)算。例如，在固體金屬烙化或液體金屬被 倒入爐內(nèi)時(shí)。W下的表4展示了用于每個(gè)測(cè)試的信息，包括所計(jì)算的動(dòng)力學(xué)常數(shù)k。
[0087]
[0088] 為了增加鋼去除率計(jì)算的準(zhǔn)確性，繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試，但運(yùn)次沒有任何鋼濃度干擾。為 了運(yùn)樣做，在標(biāo)準(zhǔn)的助烙期間(在煉制合金之后)進(jìn)行了許多的助烙測(cè)試。
[0089] 在標(biāo)準(zhǔn)助烙行為期間的鋼去除率分析
[0090] 前述的實(shí)驗(yàn)展示了當(dāng)用錐形軸助烙時(shí)，旋轉(zhuǎn)注射器鋼去除率的增加。為了測(cè)量去 除速率，計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)助烙期間所進(jìn)行的用于助烙測(cè)試的動(dòng)力學(xué)常數(shù)。關(guān)于所有13個(gè)測(cè)試的 信息展示在表5中。
[0091]
[0092] 完成了十Ξ次助烙測(cè)試，盡管如此，編號(hào)為1、3和7的測(cè)試不予考慮，因?yàn)殇摑舛冗^(guò) 低，使得光譜測(cè)量變得不可靠。許多測(cè)試都具有非常高的堿去除率值，其大約是參考數(shù)據(jù)值 的兩倍。據(jù)信，錐形旋轉(zhuǎn)注射器軸減緩了氣體流速，允許更多的鹽流經(jīng)旋轉(zhuǎn)注射器轉(zhuǎn)子。因 此，剪切增強(qiáng)了，反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)了。
[0093] 然而，所獲得的動(dòng)力學(xué)值被分成兩種不同的組。事實(shí)上，9號(hào)實(shí)驗(yàn)展示了與前述實(shí) 驗(yàn)很不同的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，W及具有類似于參考數(shù)據(jù)化^.〇4mirTi)的數(shù)值。對(duì)于該特定的實(shí) 驗(yàn)，在旋轉(zhuǎn)注射器中的鹽流速率比通常速度要更慢。后來(lái)，研究展示了錐形軸被金屬處理的 殘留物部分地阻塞。該事件之后的測(cè)試(1化0 13)都展示了顯著低于第一個(gè)8次實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力 學(xué)常數(shù)。圖18展示了在測(cè)試9之后的部分阻塞的截頭旋轉(zhuǎn)注射器。
[0094] 如圖18所示，金屬處理殘留物固化并覆蓋所述軸的錐形部段。錐形軸的端點(diǎn)在直 徑上減少了約25% (從5.4減少到4cm)。運(yùn)種阻塞似乎減少了新軸設(shè)計(jì)的有效性。
[0095] 圖19將在測(cè)試時(shí)獲得的Ξ組動(dòng)力學(xué)常數(shù)進(jìn)行比較。第一組由用于在利用錐形軸助 烙時(shí)所取的測(cè)量值的動(dòng)力學(xué)常數(shù)值構(gòu)成（1-8號(hào)測(cè)試）。該第二組為當(dāng)錐形軸部分阻塞時(shí)的 動(dòng)力學(xué)常數(shù)(9-13號(hào)測(cè)試）。最后一組為在利用標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)注射器軸助烙時(shí)來(lái)自之前測(cè)試的參 考數(shù)據(jù)。
[0096] 如圖19所示，新錐形軸所具有的動(dòng)力學(xué)值為0.092min"i，其稍微多于在使用標(biāo)準(zhǔn)旋 轉(zhuǎn)注射器軸時(shí)獲得的動(dòng)力學(xué)值的兩倍。運(yùn)種改善表示了旋轉(zhuǎn)注射器處理2倍的快速，減少了 所需要的時(shí)間和鹽的量的一半，W達(dá)到相同的最后鋼濃度。
[0097] 該動(dòng)力學(xué)值如圖20所示。在1部分內(nèi)的虛線代表了高動(dòng)力學(xué)值(測(cè)試1-8)，而在部 分2內(nèi)的實(shí)線代表了測(cè)試9(測(cè)試9-13)之后的動(dòng)力學(xué)值。該部分2內(nèi)的虛線為如參考值所使 用的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)值。
[0098] 助烙對(duì)整個(gè)爐循環(huán)影響的潛在減少
[0099] 基于生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在爐內(nèi)更早地低溫助烙與改善的動(dòng)力學(xué)結(jié)合可對(duì)爐 循環(huán)時(shí)間的助烙影響減少85%。助烙可在熱金屬裝料期間進(jìn)行，煉制合金W及其它的爐操 作。
[0100] 實(shí)施例4
[0101] 使用6的角度來(lái)進(jìn)行其它測(cè)試。運(yùn)些測(cè)試似乎展示了可與10°或12°下進(jìn)行的測(cè)試 比較的剪切效率。
[0102] 結(jié)論
[0103] 具有尖銳邊緣的本發(fā)明的軸的排放部分的寬闊形狀減緩了氣體在助烙過(guò)程中，離 開軸之前的速率，運(yùn)反過(guò)來(lái)有利于上述實(shí)施例中葉輪的剪切效應(yīng)，W此潛在地改善了在烙 化金屬中脫堿的動(dòng)力學(xué)。
[0104] 其簡(jiǎn)要地在圖22中得W展示，其中的顆粒鹽的速率為處于供應(yīng)導(dǎo)管的主要部分中 的Si,并由于在該區(qū)域中的載氣的減緩，根據(jù)流體機(jī)械原則而減緩為在排放部分的出口處 的S2。因此，顆粒材料"云"的深度D與排放部分將連續(xù)地與供應(yīng)導(dǎo)管的主要部分成柱形的情 況相對(duì)比起來(lái)則減少。反過(guò)來(lái)，在"云"中的具有較少深度的顆粒材料對(duì)應(yīng)地更接近于葉輪， W此改善了剪切效率。
[0105] 如上的示例，實(shí)驗(yàn)證明了對(duì)于5°到15°之間角度的剪切效率的潛在增加，并應(yīng)當(dāng)相 信，可使用0-90°之內(nèi)的更寬錐度角度范圍，例如達(dá)到20°的角度。
[0106] 增加還可通過(guò)擴(kuò)展排放部分的效應(yīng)來(lái)獲得，其可阻止低溫下的金屬阻塞阻塞。更 特別地，該軸的排放部分的寬闊形狀允許了用于冷溫度下的助烙金屬的設(shè)備的使用，該冷 溫度例如在680°C和720°C之間，W此增加了整體鑄造中屯、的效率。確實(shí)，在冷溫度下處理金 屬允許了要執(zhí)行的助烙同時(shí)地與其它爐操作一起進(jìn)行，該其它的爐操作例如為熱金屬裝料 和/或煉制合金之前的操作。由于阻塞問(wèn)題在類似的【背景技術(shù)】中的設(shè)備中出現(xiàn)，助烙不可在 更冷的金屬溫度下執(zhí)行，并因此在烙化金屬煉制合金之后執(zhí)行。
[0107] 軸可由合適的材料，優(yōu)選為石墨來(lái)制成?？墒褂迷S多類型的石墨，包括結(jié)合物。例 如，軸的錐形排放部分可由第一材料制成，而軸的剩余部分可由第二材料制成。
[0108] 根據(jù)本發(fā)明的公開，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯然地明白如何將本發(fā)明的公開用于其 它的利用旋轉(zhuǎn)注射器將顆粒固體或氣體混合到液體內(nèi)的申請(qǐng)中。應(yīng)當(dāng)相信，剪切效率的提 高可明顯地應(yīng)用于包括將氣體或顆粒材料引入除了侶的其它類型金屬中，甚至將氣體或顆 粒材料一起引入除了金屬之外的其它材料中。例如，寬闊的排放部分可用于鋼處理的氧切 害d，或在采礦工業(yè)的污泥懸浮細(xì)胞中的氣體注射。
[0109] 在替代的實(shí)施例中，寬闊排放部分的長(zhǎng)度可變化。該長(zhǎng)度的改變可成為軸的角度 和尺寸的函數(shù)。例如，15°的角度可具有非常大的轉(zhuǎn)子W達(dá)到深于約3英寸。此外，測(cè)試展示 了長(zhǎng)度對(duì)結(jié)果具有限制的效果，主要的效果來(lái)自于角度。另一方面，如果尋求與低溫的妨礙 性阻塞關(guān)聯(lián)的增加，排放部分的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)至少為約金屬阻塞的預(yù)期尺寸。w運(yùn)種邏輯，當(dāng)需 要在高溫下操作旋轉(zhuǎn)注射器時(shí)，所需要的長(zhǎng)度較小;反之亦然。為了產(chǎn)生可在一個(gè)條件的范 圍下進(jìn)行操作的旋轉(zhuǎn)注射器，該供應(yīng)導(dǎo)管的寬闊排放部分的長(zhǎng)度可被設(shè)置為鑒于預(yù)期金屬 阻塞尺寸而允許最差的情況，同時(shí)將期望的剪切效率作為考慮因素。應(yīng)當(dāng)明白在妨礙性低 溫金屬阻塞形成中的寬闊形狀的優(yōu)點(diǎn)與金屬阻塞和供應(yīng)導(dǎo)管的排放部分之間的摩擦的減 少有關(guān)。更特別地，為了從圓柱形排放部分中排出金屬阻塞，穿過(guò)阻塞的壓力差必須克服金 屬阻塞和排放部分內(nèi)壁之間的動(dòng)力學(xué)摩擦，而該動(dòng)力學(xué)摩擦可實(shí)際地通過(guò)使用合適成形的 排放部分來(lái)去除，在給定的角度和形狀中，寬闊的排放部分的長(zhǎng)度是足夠的，W使得充分滲 加并分散在剪切區(qū)域內(nèi)的氣體/流混合的方式來(lái)允許從出口處噴出的速度減少和寬闊噴 射。
[0110] 在一些實(shí)施例中，長(zhǎng)度可根據(jù)比例和排放部分的入口端和軸向出口之間的角度來(lái) 選擇，并更特別地W獲得在1.25和7.25之間的排放部分入口端和軸向出口之間的表面比例 的方式來(lái)進(jìn)行。例如，在內(nèi)部供應(yīng)導(dǎo)管為7/8"，并對(duì)應(yīng)于排放部分的入口端的直徑的情況 下，并具有從在排放部分的入口端和軸向出口之間的軸的7°角度，該排放部分的軸向長(zhǎng)度 可為0.5和6英寸之間，其中在內(nèi)部供應(yīng)導(dǎo)管直徑為7/8"并對(duì)應(yīng)于排放部分的入口端的直徑 時(shí)，并具有在排放部分的入口端和軸向出口之間的軸的15°角度，該排放部分的軸向長(zhǎng)度可 在0.2和2.75英寸之間。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，保持3和5之間的比例要比1.25和7.25之 間的比例要好。
[0111] 在替代的實(shí)施例中，擴(kuò)展排放部分的實(shí)際范圍可隨著將擴(kuò)張形狀保持在可工作范 圍內(nèi)的同時(shí)而變化。圖13B和13C展示了具有如角度a所示的兩個(gè)特定示例。如圖13B所示的 實(shí)施例具有多個(gè)連續(xù)擴(kuò)展的圓柱階段。應(yīng)當(dāng)明白，在替代的實(shí)施例中，某些或所有的運(yùn)些階 段可為錐狀而不是圓柱形。圖13C展示了 W擴(kuò)散器形狀提供的另一個(gè)變形例。在任何情況 下，要注意:設(shè)計(jì)或選定形狀的任何肩部或特點(diǎn)應(yīng)當(dāng)適于阻礙柯安達(dá)效應(yīng)下的混合物到內(nèi) 表面的粘合。此外，應(yīng)當(dāng)注意避免那些會(huì)阻礙要獲得理想效應(yīng)的流擴(kuò)寬或速度減小的形成 的特征。
[0112] 正如上述所理解的，上述的例子僅限于示例。例如，在替代的實(shí)施例中，軸和葉輪 可為單一部件而不是兩個(gè)組合部件，軸可為不同長(zhǎng)度，且擴(kuò)展排放部分可制成葉輪的軸的 部分，或部分地成為軸和葉輪的部分。其范圍可通過(guò)附加的權(quán)利要求所限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 旋轉(zhuǎn)注射器，其包括具有近端和遠(yuǎn)端的伸長(zhǎng)軸，以及在該伸長(zhǎng)軸的遠(yuǎn)端處的葉輪，所 述伸長(zhǎng)軸和所述葉輪在運(yùn)作時(shí)可一起圍繞所述軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)注射器為中空的， 并具有內(nèi)部供應(yīng)導(dǎo)管，該內(nèi)部供應(yīng)導(dǎo)管沿著所述軸延伸并橫跨所述葉輪，所述供應(yīng)導(dǎo)管在 所述軸的近端處具有入口、從所述入口延伸至排放部分的主要部分、延伸至軸向出口的排 放部分，所述排放部分具有與供應(yīng)導(dǎo)管的主要部分連接的狹窄端，以及在所述軸向出口處 的較寬端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述葉輪具有葉片，所述葉片位于 排放部分外部，并圍繞著所述排放區(qū)域。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述葉片位于與所述排放部分的軸 向位置重合的橫向平面上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述排放部分具有截頭錐狀形狀。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述軸向出口具有尖銳邊緣。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述排放部分具有相對(duì)于所述軸的 軸線約5到20°之間的角度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述排放部分具有相對(duì)于所述軸的 軸線約5到15°之間的角度。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述排放部分具有沿著所述軸的軸 線約3英寸的長(zhǎng)度。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述排放部分的上游端與軸向出口 的表面比在1.25和7.25之間。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述葉輪設(shè)置為以與所述軸不同 的部件的形式，并可從所述軸處拆卸。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述軸的遠(yuǎn)端以及葉輪通過(guò)對(duì)應(yīng) 的陽(yáng)性和陰性螺紋匹配地相互接合。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)注射器，其特征在于，所述軸和葉輪由石墨制成。13. 利用旋轉(zhuǎn)注射器來(lái)處理熔化鋁的方法，所述方法包括： 將旋轉(zhuǎn)注射器的頭部引入熔化鋁中； 當(dāng)該旋轉(zhuǎn)注射器的頭部位于熔化鋁中時(shí)，沿著沿所述旋轉(zhuǎn)注射器的軸的供應(yīng)導(dǎo)管摻加 顆粒處理固體并使其從所述旋轉(zhuǎn)注射器的頭部中出去，同時(shí)旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)注射器的頭部處 的葉輪;通過(guò)所述供應(yīng)導(dǎo)管的截面面積的增大，減小在所述供應(yīng)導(dǎo)管的排放部分處的顆粒 處理固體的速率。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述助熔熔化鋁的方法在具有質(zhì)量為 10-150噸的鋁的爐中進(jìn)行。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將所述旋轉(zhuǎn)注射器的頭部引入的步驟是 在熔化鋁的溫度低于720 °C時(shí)進(jìn)行的。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述溫度低于700°C。17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，摻加顆粒助熔固體的步驟在熔化鋁的熱 金屬裝料過(guò)程中進(jìn)行。18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，摻加顆粒助熔固體的步驟在煉制合金的 步驟之前進(jìn)行。19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，摻加顆粒助熔固體的步驟與其它爐的操 作平行進(jìn)行。20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，一旦鋁的量達(dá)到90噸，則所述助熔是在 最后電解坩鍋的裝料期間進(jìn)行的。21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，摻加顆粒助熔固體是在熔化鋁的熱金屬 裝料期間進(jìn)行的。22. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，摻加顆粒助熔固體是在煉制合金的步驟 之前進(jìn)行的。23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，摻加顆粒助熔固體是與其它爐的操作平 行進(jìn)行的。24. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，一旦鋁的量達(dá)到90噸，則所述助熔是在 最后電解鉗鍋的裝料期間進(jìn)行的。
【文檔編號(hào)】C22C1/06GK105992638SQ201480030917
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2014年5月23日
【發(fā)明人】約瑟夫·蘭格萊斯, 彼得·唐納德·韋特, 弗朗西斯·伯頓, 瑟奇·蒙吉爾
【申請(qǐng)人】力拓艾爾坎國(guó)際有限公司