Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

5.5. Образование пены при центробежной фильтрации

Существенное снижение выхода цинка в дроссы достигается оптимизацией концентрации алюминия в расплаве. При соотношении (Al/Fe)at > 1,6 выход железа в дроссы начинает снижаться. Это можно объяснить образованием алюминиевой пены соединений железа. Пена мелкодисперсных соединений железа с алюминием проскакивает через фильтр, концентрируется на поверхности расплавленного цинка.

Так как на поверхности расплава в отличие от сыпучих дроссов разделяется четкий жидкий слой, который частично проскакивает через зазор 0,1 мм щели фильтра, то этот слой обозначили «пеной». При продолжительном перемешивании расплава слой пены становится пористым, а при дальнейшим перемешивании превращается в сыпучие дроссы. Выход таких дроссов значительно превышает выход пены с высоким выходом цинка в такие дроссы [4].

Поэтому можно предположить, что образующаяся пена не является насыщением металла воздухом как в обычных пенах. При перемешивании расплава мелкодисперсные кристаллы FeAl2 окисляются с поверхности, а окисленные кристаллы плохо смачиваются цинком и всплывают на поверхность расплава в виде пены [5].

Мелкодисперсные кристаллы FeAl2 окисленные с поверхности не кристаллизуются в более крупные кристаллы. В присутствии пены кристаллы соединений железа в значительной доле проскакивает фильтр и требуется длительное время для заполнения щели и фильтра. По мере увеличения длительности фильтрации наполнение фильтра значительно снижается хотя визуально видно, что на поверхности еще имеются дроссы в виде пены.

Испытан вариант фильтрации пены путем периодического добавления зернистого материала, чтобы увеличить наполнение фильтра дроссами [4]. В отдельном опыте на металле содержащем 1,78 % Fe и алюминий с соотношением (Al/Fe)at = 2,24 при температуре 480 °С периодически добавлялся гранулированный шлак крупностью 1–3 мм с расходом 3 % от объема фильтра. После подобных добавок относительная производительность набора фильтра увеличивается на 9–88 % и относительная степень удаления Fe возрастает на 5–25 %, но увеличивается относительный выход цинка Zn/Fe в дроссы на 20–60 %. Показатели «относительный» означает величину скачка в сравнении с предыдущим моментом. В конечном итоге полный выход дроссов составил 28,1 % с выходом цинка в дроссы (Zn/Fe) = 14,8, т. е. выход цинка в дроссы на единицу удаленного железа. В опыте с меньшим содержанием железа (0,96 %) и меньшим расходом алюминия 1,87(Al/Fe)at при такой же температуре фильтрации 480 °С в моменты после добавки гранулированного шлака относительная производительность набора фильтра увеличивается только на 12–20 %. Относительная степень удаления Fe возрастает на 8–80 %, но увеличивается относительный выход цинка (Zn/Fe) в дроссы на 7–53 %. В целом полный выход дроссов снижается до 21,7 %, но увеличился выход цинка (Zn/Fe) в дроссы до значения 21,6 [4, 5].

В табл. 26 приведены опыты с характерным образованием пены на поверхности ванны расплава. Кроме того отбирались пробы брызг металла из фильтра в процессе осушки дроссов в положении вращающегося фильтра, поднятом над расплавом.

Таблица 26

Состав пены и брызг металла при центробежной фильтрации гартцинка

Номера плавок

29

30

31

32

33

34

35

36

Гартцинк (Al/Fe)at

1,60

1,66

2,07

2,13

2,16

2,23

2,23

2,7

T, °С фильтрации

495

480

480

495

485

470

490

460

Содержание, % Fe

1,65

0,96

9,70

3,46

0,53

1,78

1,78

2,9

Брызги из фильтра, % Fe

0,50

0,38

0,32

0,24

0,14

0,03

0,13

0,1

Процент Al

0,45

0,38

0,18

0,39

0,04

0,28

0,21

1,5

(Al/Fe)at

1,86

2,07

1,16

3,36

0,59

4,82

3,34

27,6

Пена на металле, % Fe

0,42

0,44

3,70

3,80

1,15

1,95

2,00

4,0

Пена % Al

0,21

0,07

14,62

3,98

0,88

1,94

1,63

1,5

Пена (Al/Fe)at

1,03

0,33

8,17

2,16

1,58

2,06

1,68

0,8

Дроссы % Fe

10,08

4,73

9,99

8,55

5,37

6,22

6,48

7,5

Процент Al

8,55

2,90

10,12

9,63

4,24

5,90

4,80

6,1

(Al/Fe)at

1,75

1,27

2,09

2,33

1,63

1,96

1,53

1,7

Выход (Zn/Fe)dr

9,8

20,2

8,0

9,6

15,3

14,8

14,2

11,6

Состав брызг из фильтра характеризует дисперсность кристаллов Fe в металле.

Состав пены характеризует окисленность соединений поверхности кристаллов соединения железа с алюминием возникающей при перемешивании расплава фильтром.

Состав брызг ближе по составу к пене, чем к отрафинированному металлу. Это означает, что пена имеет высокодисперсную структуру и ее частицы (менее 0,1 мм) частично проскакивают через фильтр пока не заполнится щель фильтра.

В пене содержание алюминия больше чем в съемах.

При соотношении (Al/Fe)исх > 1,6 в расплаве содержание Feдрос в дроссах превышает его содержание в брызгах по уравнению:

Fe(др/бр) = 50,3∙(Al/Fe)исх – 67,7 с корреляцией 0,93. (5.9)

В то время как при (Al/Fe)исх < 1,6 соотношение концентраций железа в пене к содержанию железа в брызгах не меняется от (Al/Fe)исх.

Образующаяся на поверхности ванны пена кристаллов соединений железа с алюминием проскакивает фильтр пока зазор не уменьшится заполнением более крупными кристаллами. Это значительно снижает производительность. Кинетика удаления железа из расплава цинка вступает в противоречие с кинетикой набора осадка в фильтр.

Чем полнее удаляется железо, тем меньше заполняется фильтр и с меньшей эффективностью работают механизмы центрифуги. При высоком содержании железа фильтр достаточно быстро наполняется и нет необходимости в длительном вращении.

При глубоком погружении фильтра в расплав фильтр не полностью заполняется осадком и происходит излишняя длительность работы центрифуги, окисление пены. Уровень погружения заборных окон фильтра должен быть на уровне слое пены.

Уровень расплава в ванне понижается по мере фильтрации и требуется корректировать глубину его погружения и пополнения ванны с повторной кристаллизацией.

При низком содержании железа производительность наполнения фильтра недостаточная, т. е. фильтр не наполняется. Возникает необходимость увеличения длительности вращения фильтра в расплаве [5].

45.tif

Рис. 45. Управление центрифуги. Основные узлы: 3 – ротор; 5 – фильтр; 10 – опора подшипников ротора; 17 – тороидальным дифференциальным гидравлическим датчиком давления; 18 – электрический преобразователь давления

46.tif

Рис. 46. Ротор с фильтром. Основные узлы: 3 – ротор; 5 – фильтр; 10 – опора подшипников ротора; 17 – тороидальным дифференциальным гидравлическим датчиком давления; 18 – электрический преобразователь давления

Для повышения общей производительности фильтрации путем сокращения количества циклов с недостаточно наполненной полостью фильтра предлагался [33] вариант устранения этого недостатка. Сущность изобретения в том, что с помощью дифференциального датчика измеряют силу давления вращающегося ротора фильтра центрифуги (рис. 45) на опору подшипника (рис. 46) до погружения в расплав и после подъема из расплава. Определяют прирост силы давления, сравнивают с заданным значением и регулируют длительность вращения ротора-фильтра в расплаве, причем при отрицательном значении разности повышают длительность вращения ротора-фильтра в расплаве, а при положительном значении длительность вращения ротора-фильтра изменяют наоборот.

Для осуществления способа опора ротора-фильтра снабжена торроидальным дифференциальным гидравлическим датчиком давления, к которому подсоединен электрический преобразователь давления через устройство сопряжения соединено с анализатором, таймером, задатчиком и блоком управления приводами.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252