Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Глава 1. Методика исследования центробежной фильтрации расплавов погружаемым фильтром

Отдельные опыты по рафинированию гартцинка от железа проводили на лабораторной центрифуге (рис. 1) с погружаемым фильтром, ранее используемой для разработки фильтрации олова [3].

1.tif

Рис. 1. Центрифуга лабораторная с погружаемым фильтром. Узлы: 6 – фильтр; 7, 9 – тарели; 11 – щель; 12 – окно забора

Центрифуга (рис. 1) представляет собой фильтр из двух конусообразных тарелей 2, 3, сжатых большими основаниями с образованием фильтрующей щели 4. Основание конуса у ротора снабжено заборными окнами 5. С помощью привода 8 фильтр 2 погружается в расплав и приводится во вращение. Во время вращения фильтра в расплаве через заборные окна 5 расплав всасывается во внутреннюю полость между тарелями и под действием центробежных сил жидкая фаза (очищенный металл) продавливается через фильтрующую щель 4, образованную торцами больших оснований тарелей и выбрасывается в общий расплав в котле. Твердые кристаллы примесей в виде дроссов остаются в полости фильтра у кромки фильтрующей щели 4. По истечении заданного времени вращающийся ротор с фильтром не прекращая вращения поднимался над поверхностью расплавом (рис. 2) [4] рафинируемого металла, выбрасывая остатки жидкой фазы через фильтрующую щель.

2.tif

Рис. 2. Фильтр лабораторной центрифуги на отжиме расплава

3.tif

Рис. 3. Тарели фильтра на ручной разгрузке

После «осушки» осадка стопор фиксации тарелей ослаблялся и осадок выбрасывался под действием центробежных сил. В отдельных опытах отбирались пробы брызг металла из фильтра в процессе осушки дроссов в поднятом над расплавом положении вращающегося фильтра. Периодически в опытах съемы разгружали вручную (рис. 3) после остановки вращения для взвешивания.

В дальнейшем исследования проводились на лабораторной центрифуге рис. 4.

4.tif

Рис. 4. Лабораторная центрифуга ЦП 100 [5]: 1 – котел 2 – верхняя тарель; 3 – нижняя тарель; 4 – фильтрующая щель; 5 – заборные окна; 6 – стопор раскрытия тарелей и разгрузки осадка из фильтра; 7 – механизм подъема фильтра; 8 – двигатель вращения фильтра; 9 – съемный конус сбора дроссов; 10 – съемный конус сбора брызг из фильтра; 11 – уровень подъема фильтра для раскрытия тарелей и разгрузки осадка

Серию укрупненных опытов по рафинированию гартцинка от железа проводили центробежной фильтрацией на центрифуге модели ЦП-200 (рис. 5) [6]; с автоматической регулировкой циклов погружения фильтра в расплав.

5.tif

Рис. 5. Аппарат погружной центрифуги ЦП-200: 1 – ротор; 2 – фильтр тарельчатый; 3 – тарели; 4 – фильтрующая щель; 5 – заборные окна; 6 – пружина; 7 – траверса подъема ротора; 8 – привод вращения; 9 – привод подъема ротора; 10 – скребковый транспортер,11 – печь; 12 – котел; 13 – положение фильтра при отжиме; 14 – положение фильтра при выбросе дроссов

В верхней части ротор 1 снабжен пружиной 6 для сжатия тарелей и укреплен на траверсе 7, соединенной с приводами вращения 8 и подъема ротора 9. Размер фильтрующей щели 4 регулируется сжатием пружины 6 и обычно составляет 0,1 мм.

Центрифуга устанавливалась на чугунный котел емкостью 40 л, диаметром 400 мм, глубиной 400 мм. Котел снабжен электрообогревом с регулятором температуры ТРМ201 с термопарой ТХА. В котел загружались по весу слитки гартцинка, расплавлялись, расплав перемешивался пропеллерной мешалкой и устанавливалась заданная температура и проводилось отделение твердых дроссов из расплава фильтрации.

Для установки необходимой глубины погружения фильтра в расплав, включения двигателя вращения установлен нижний концевой переключатель. По истечении задаваемой через реле длительностью вращения фильтр с ротором поднимался из расплава.

При подъеме до установленного среднего концевого переключателя «уровень отжима» 13 (рис. 5) процессор переключает привод на увеличение числа оборотов на задаваемое время и происходит до удаление остатков жидкого металла оставшегося между кристаллами дроссов из полости фильтра, т. е. происходит «досушка» осадка от жидкой фазы. Брызги жидкого расплава стекают по конусу отбойника в котел.

После осушки осад- ка в течение 15–30 с, задаваемое процессором время в интервале 30–60 с, вращающийся фильтр поднимается до зоны выброса дроссов «уровня 14 скребкового транспортера 10» на рис. 5, где с помощью сжатия пружины 6 тарели раздвигаются и осадок под действием центробежных сил выбрасывается из полости раскрывшихся тарелей фильтра на движущийся скребковый транспортер 10, который выгружает их в тару. Количество погружений фильтра на заполнение осадком фиксировалось по счетчику [6].

Разгруженный дросс взвешивался и после проборазделки на приборе Fritsch – проба анализировалась атомно адсобционным методом на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой IRIS Intrepid компании INTERTECH Corporation.

При удалении фазы твердой примеси из расплава можно выделить фазы: кинетика образования твердых соединений кристаллов из расплава; заполнении полости фильтра твердый осадок из расплава и отделении жидкого расплава из дроссов.

В любой операции фильтрации расплава погружаемым фильтром фиксируются циклы погружения фильтра, вращения фильтра для сбора осадка, подъем фильтра из расплава, отжатия осадка от жидкой фазы, выброс осадка и повторное погружение.

В зависимости от условий плавки длительность циклов и скорость вращения может заранее уста- навливаться.

Длительность вращения фильтра в погруженном состоянии и длительность вращения фильтра на отжим задается реле времени.

Степень очистки расплава от твердых кристаллов примесей зависит от длительности вращения фильтра в погруженном в расплав состоянии для полного заполнения полости фильтра и количества погружений.

В табл. 1 показана длительность стадий одного цикла фильтрации погружаемым фильтром с указанием положения фильтра.

От степени заполнения полости фильтра осадком примесей зависит общая длительность процесса очистки партии металла от примесей и в целом производительность центробежной фильтрации. Низкая производительность заполнения полости фильтра при заданной длительности вращения увеличивает количество циклов с не заполненной полостью фильтра, что в целом снижает производительность центрифуги. Высокая производительность заполнения полости фильтра при заранее заданной высокой длительности вращения фильтра в расплаве увеличивает излишнее количество циклов с полной загрузкой фильтра, что в целом снижает производительность центрифуги. Для пояснения характеристики положения фильтра в моменты цикла фильтрации на рис. 6 показана циклограмма работы фильтра и длительность (в с) в каждом положении.

6.tif

Рис. 6. Циклограмма работы фильтра: по абсциссе – момент от начала, с; по ординате – положение фильтра, см; 1 – погружение фильтра для его наполнения; Вi, с; 2 – подъем фильтра для очистки дроссов от жидкого цинка; 3 – верхняя точка положения фильтра в момент разгрузки, Dц – длительность цикла; 4 – уровень расплава в котле, в см, от основания центрифуги на котле

Таблица 1

Длительность операций цикла фильтрации погружным фильтром

Операция

ЦП-200

ПАВФС-650

длительность, с

положение фильтра, см

момент от начала

длительность, с

положение фильтра, см

с

см

Уровень металла

 

–7–22

 

–10

 

–32

Исходное положение фильтра

0

17

0

17

0

40

Погружение фильтра в расплав

120

–9–22

120

–15

30

–44–80

Наполнение фильтра вращением

30–420

–9–22

240

–15

30–180

–44–80

Подъем фильтра на отжим

60

6

300

6

30

–20

Очистка дроссов от расплава

15–120

6

360

6

30–180

–20

Подъем фильтра для разгрузки

60

14

420

14

30

+40

Разгрузка дроссов

5

14

425

14

5

+40

Исходное положение фильтра

0

17

0

 

0

40

Цикл

290–765

425

155–455

Работа погружаемого фильтра поясняется циклограммой, характеризующей высоту положения фильтра в каждый момент времени (в с).

Количество погружений фильтра на заполнение осадком фиксировалось по счетчику. Суммарное время циклов вращения фильтра в погруженном состоянии до окончания очистки заданного веса плавки обозначается Bф (в с).

Суммарная длительность циклов, включающая длительность вращения в расплаве, длительность подъема фильтра над расплавом, длительность отжатия жидкого расплава из осадка и длительность опускания фильтра вновь в расплав, обозначается Дц – длительность цикла.


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 = 1.074