(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

!HU000007551T2! (19)

HU

(11) Lajstromszám:

E 007 551

(13)

T2

MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal

EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA F27D 23/04

(21) Magyar ügyszám: E 07 252705 (22) A bejelentés napja: 2007. 07. 05. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20070252705 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 2017560 A1 2009. 01. 21. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 2017560 B1 2009. 12. 02.

(51) Int. Cl.:

(72) Feltaláló: Schmeisser, Dirk, 46342 Velen (DE)

(73) Jogosult: FOSECO INTERNATIONAL LIMITED, Barlborough Links Derbyshire S43 4XA (GB)

B01F 3/04 C22B 9/05 C22B 21/06

(2006.01) (2006.01) (2006.01)

(74) Képviselõ: Farkas Tamás, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest

HU 007 551 T2

(54)

Forgó keverõegység fémolvadék kezelésére

A leírás terjedelme 38 oldal (ezen belül 20 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.

1

HU 007 551 T2

A jelen találmány tárgya forgó keverõegység fémolvadék kezelésére, továbbá fémkezelõ berendezés, amely ilyen keverõegységet tartalmaz. Jól ismert, hogy a fémolvadékot, különösen a nemvas fémfürdõt, például az alumíniumötvözeteket öntés elõtt, általában egy vagy több eljárással kell kezelni: i) Gáztalanítás érdekében – Az oldott gázok jelenléte az olvadt fémben hibákat okozhat a megszilárdult termékben, és ronthatja azok mechanikai tulajdonságait. Például hibák keletkezhetnek az öntvényekben, és a megmunkált termékekben, amelyeket alumíniumból vagy ötvözeteibõl gyártanak. A hidrogén nagymértékben oldékony a folyékony alumíniumban, ami a hõmérséklet emelkedésével növekszik, de oldékonysága a szilárd alumíniumban rendkívül alacsony, így ha az alumínium megszilárdul, a hidrogéngáz felszabadul, és gázhólyagokat okoz az öntvényben. A megszilárdulás sebessége befolyásolja a gázhólyagok mennyiségét, és méretét, és bizonyos alkalmazásokban a tûlyukacsosság komolyan befolyásolja a mechanikai szilárdságot, és a fémöntvény nyomásállóságát. A gáz bejuthat az üregekbe, és a folytonossági hiányokba (például oxidzárványok), amelynek eredményeképpen gázhólyagok alakulhatnak ki az alumíniumötvözet lemezek, szalagok, és lapok gyártása során, ii) Szemcsefinomítás érdekében – Az öntvény mechanikai tulajdonságait javíthatjuk a megszilárdult fém szemcseméretének szabályozásával. Az öntött ötvözet szemcsemérete függ a folyékony fémben a megszilárdulás kezdetén jelen lévõ kristálycsírák számától, továbbá a hûlés sebességétõl is. A nagyobb hûlési sebesség általában kisebb szemcseméretet eredményez, és bizonyos elemeknek az olvadékhoz történõ hozzáadása a szemcsék növekedéséhez hozzájáruló csírákat képez, iii) Szövetmódosítás érdekében – Az ötvözetek mikroszerkezete, és tulajdonságai javíthatók bizonyos kis mennyiségû „módosító” elemek hozzáadásával, mint például a nátrium vagy a stroncium. A szerkezetmódosítás növeli a melegrepedéssel szembeni ellenállást, és javítja az ötvözet kitáplálási jellemzõit, csökkentve a zsugorodási porozitást. iv) Tisztítás, és az alkálifémek eltávolítása érdekében – Bizonyos alkáli elemek koncentrációja hátrányosan befolyásolhatja az ötvözet tulajdonságait, és ennek következtében ezeket el kell távolítani vagy mennyiségüket csökkenteni kell. A kalcium jelenléte az öntött ötvözetben hátrányosan hat más eljárásokra, például a módosításra, míg a nátrium káros hatással van a megmunkált alumíniumötvözetek alakíthatósági tulajdonságaira. A nem-fém zárványok, mint például az oxidoké, karbidoké, és boridoké, amelyek a megszilárdult fémben maradnak, hátrányosan befolyásolják a fém fizikai, és mechanikai tulajdonságait, ezeket ezért el kell távolítani. Ezek a mûveletek végrehajthatók egyenként vagy együttesen számos eljárás, és berendezés alkalmazásával. Az egyik megközelítés a fém kezelésére az, hogy kezelõszereket adunk közvetlenül por alakban az

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60 2

2

olvadt fémhez, vagy granulátum vagy kapszulaszerû alakban, amelyet egy fémedényben (alumínium vagy réz) helyezünk el, miközben mechanikus úton keverjük az olvadt fémet annak érdekében, hogy biztosítsuk hatékony eloszlását az olvadékban. A szemcsés fémkezelésre szolgáló szereket bejuttathatjuk lándzsa alkalmazásával is, egy olyan lándzsával, amelyen nyílás található az olvadt fém felülete alatt. A porított vagy granulált adalékokat ezt követõen beinjektálhatjuk a lándzsába nyomás alatt, vivõgáz alkalmazásával. A lándzsa tipikusan üreges csõ, amely grafit vagy szilíciumkarbid anyagú, és egy vékony falú acél betétcsõvel van ellátva, amelyen keresztül az adalékokat, és a gázt bejuttatjuk. Az olvadt fém gáztalanítására általában forgó gáztalanító egységgel („RDU”) hajtható végre úgy, hogy az olvadt fémet száraz inert gáz finom buborékaival árasztjuk el, mint amilyen például a klór, az argon, a nitrogén vagy ezek keveréke. Rendszerint ezt egy üreges tengellyel hajtják végre, amelyhez forgórészt csatlakoztatnak. Az alkalmazás során a tengely, és a forgórész forog, és a gáz lejut a tengelyben, a forgórész hatására szétoszlik az olvadt fémben. Forgórész alkalmazása a lándzsa helyett hatékonyabb, mivel nagyszámú, rendkívül finom buborékot képez az olvadék alján. Ezek a buborékok felemelkednek az olvadékon át, és a hidrogén ezekbe diffundál, mielõtt kijutna az atmoszférába, mikor a buborékok elérik a felületet. Az öblítõ buborékok ugyanakkor összegyûjtik a zárványokat is, és magukkal sodorják az olvadék felszínére, ahol lefölözhetõk. Azon kívül, hogy gázt vezethetnek be a hidrogén eltávolítására (és az oxidzárványok eltávolítására) a forgó gáztalanító egység alkalmazható fémkezelõ anyagok bejuttatására is (amelyek kezelõszerként is ismertek), amelyekkel a gáz a tengelyen át az olvadékba jut. Ez a besajtolási eljárás hasonló hátrányoktól szenved, mint a lándzsás beinjektálás, mivel a fémkezelõ szerek hajlamosak részlegesen megolvadni a tengelyben, és ezzel azt eltömítik, különösen amikor por alakú anyagot használnak. A granulátumok alkalmazása, és bejuttatása e hátrányok egy részét elhárítja, minthogy a berendezés kialakítását is megváltoztatták. Mind a gáztalanítására, mind pedig a fémkezelésre szolgáló berendezésre hozható egyik példa az a fémkezelõ állomás (MTS), amelyet a Foseco ugyanilyen védjeggyel hoz forgalomba. Az elsõ („MTS”) egység egy pontos adagolóegységet tartalmazott, amely lehetõvé tette, hogy a kezelõszert a tengelyen keresztül lehessen adagolni, majd ezt követõen szétoszlatni a forgórésszel az egész olvadékban. A tengely használatának alternatív módja arra, hogy bevezessük a fémkezelõ szereket, egy késõbbi berendezés (az „MTS 1500” egység, amelyet a Foseco forgalmaz), amely a fémkezelõ szereket közvetlenül a fém felületére juttatja a tengely, és forgórész alkalmazása helyett. Az MTS 1500 berendezés esetében a forgórész, és a tengely forgása bizonyos paramétereken belül arra szolgál, hogy örvény alakuljon ki a tengely körül. A fémkezelõ szereket ezt követõen hozzáadták

1

HU 007 551 T2

az örvényhez, és azonnal szétoszlatták az olvadékban. Az olvadt fémben fellépõ bármilyen turbulencia levegõ bejutásához vezetett, és ennek következtében oxidok alakultak ki a fémben. Ezért az örvényt a kezelési ciklusnak csak egy rövid részében alkalmazták, és ha a keverési folyamat befejezõdött, akkor leállították (például egy terelõlemez alkalmazásával). A hatékony forgórész örvényt hoz létre, és olyan gyorsan szétoszlatja a kezelõszereket, amilyen gyorsan ez csak lehetséges, annak érdekében, hogy minimális szinten tartsa az olvadék turbulenciáját. A reakciótermékek eltávolítása az olvadékból, valamint a gáztalanítás ezt követõen ment végbe. A kezdeti örvény intenzív keverõ hatása, amelyet a ciklus nyugalmi szakasza követ (például miután a terelõlemezt leeresztették) a kezelõszerek hatékony felhasználásához, és optimális olvadékminõséghez vezet. A forgó gáztalanító egységre az egyik példa, akár további eljárási lépésekkel kiegészítve, mint például a fémkezelõ állomás, vagy e nélkül is, az „XSR forgórész” (1 technika állása szerinti rotor) a WO2004/057045 számú közzétételi iratban található, és az 1. ábrán látható. A 2 forgó keverõegység tartalmaz egy 4 tengelyt, amelyben 4a átmenõfurat van, és amelynek egyik vége 6 forgórészhez van csatlakoztatva egy csõszerû csatlakozóelemen át (nem látható). A 6 forgórész lényegében korong alakú, és tartalmaz egy gyûrû alakú felsõ részt (8 fedél), ettõl bizonyos távolságra egy gyûrû alakú alsó részt (10 alaprész). 12 nyitott kamra van kialakítva középpontosan a 10 alaprészben, és ez felfelé húzódik a 8 fedélig. A 8 fedél, és a 10 alaprész négy 14 osztóelemmel van egymáshoz csatlakoztatva, amelyek lefelé nyúlnak a 12 kamra kerületétõl a 6 forgórész kerületéig. 16 fülke van kialakítva minden egyes szomszédos 14 osztóelem között, valamint 8 fedél, és 10 alaprész között. A 8 fedél 8a kerület menti pereme számos (ebben a kiviteli alakban nyolc) körcikk alakú 18 kivágással van ellátva. Minden egyes 18 kivágás másodlagos kimenetként szolgál a hozzá tartozó 16 fülke számára. Egy további technika állása szerinti rotor az elsõdlegesen gáztalanítás céljára a Vesuvius által Diamant™ védjegy alatt forgalmazott rotor (2¹es számú technika állása szerinti rotor), amely a 2. ábrán látható. Ez lényegében korong alakú, és négy sugárirányú 22 furattal van ellátva, amelyek egyenlõ szögtávolságban helyezkednek el a 20 rotor körül. Minden egyes 22 furat a 20 rotor belsõ felületétõl 20a kerület menti felületéig terjed, és ezzel a gáz számára 24 kimenetet biztosít. A rotornak négy 26 kivágása van, amely befelé terjed a rotor 20 kerület menti felületétõl. Minden egyes 26 kivágás egy 24 kimenetnél helyezkedik el, és lefelé húzódik a 20 rotor teljes mélységében. A gáz és az olvadt fém keverésére nincsen kamra kialakítva. Az alkalmazás során a rotort egy üreges tengelyhez erõsítik (nem látható). Az US 6,056,803 számú szabadalom injektort ismertet gáznak olvadt fémbe történõ injektálására. Az injektor egy sima felületû rotort tartalmaz, amely egy hengeres tengely alsó végéhez van csatlakoztatva. A rotor

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60 3

2

felfelé álló alsó hengerrészbõl, és egy felfelé kúposodó részbõl áll. Az alsó hengeres rész központosan elhelyezett üreget tartalmaz, amelybõl számos járat indul sugárirányban. A gázjáratok a gázt a járatokba vezetik, de nincsen közvetlen kapcsolatuk az üreggel. A DE 103 01 561 számú szabadalom rotorfejet ismertet, amelynek csonka kúp alakja van számos furattal. A rotorfej oldalát oldalsó hornyok határolják, és az alja sugárirányban húzódó csatornákat tartalmaz. Az US 5,160,593 számú szabadalom egy soklapátos forgórész fejet ismertet, amely alkalmas arra, hogy egy üreges forgórész tengelyre szereljék, és olvadt fém kezelésére használják. A forgórész fejnek forgórész agya van központi tengelyfurattal, valamint számos lapát van rögzítve hozzá, és ezek túlnyúlnak az agyon. A lapátok turbulenciát keltenek annak érdekében, hogy javítsák a folyadék gáz fázisközi kölcsönhatást. Az US 5,364,078 számú szabadalmi irat gázdiszperziós berendezést ismertet olvadt alumínium finomítására, amelyben rotor (40) van elrendezve, amely meghajtótengelyre (41) van felszerelve. A rotornak a rotor kerülete mentén elrendezett lapátjai (42) vannak, amelyek résekkel (43) vannak ellátva, amelyek a szomszédos lapátok között helyezkednek el. A rések (43) nem húzódnak végig a szomszédos lapátok (42) teljes magasságában. A jelen találmány egyik célkitûzése az, hogy olyan továbbfejlesztett forgó keverõegységet, és fémkezelõ berendezést (fémkezelõ szerek adagolására, és/vagy gáztalanításra) hozzunk létre, amely tartalmazza az elõbbi berendezést, amely célszerûen egy vagy több, az ismert berendezésekhez képest elõnyös tulajdonsággal rendelkezik: (i) olyan metallurgiai elõnyök, mint a gyorsabb gáztalanítás, és/vagy a gyorsabb, és/vagy hatásosabb kezelõszer bekeverés; (ii) gazdasági elõnyök, például a berendezés nagyobb tartóssága, hosszabb élettartama, továbbá a csökkent kezelési költségek, és a hulladék csökkent mennyisége; (iii) egészségügyi, és biztonságtechnikai elõnyök, például a kisebb érintkezés a kezelõszerek, valamint az atmoszféra között, amely a gáznemû szemcsekibocsátás csökkenéséhez vezet; (iv) környezetvédelmi elõnyök, például a szükséges kezelõanyagok mennyiségének csökkenése, továbbá a rövidebb kezelési idõ, és a hulladék csökkent mennyisége következtében fellépõ kisebb energiafogyasztás. A jelen találmány ennek megfelelõen olyan forgó keverõegységet ismertet olvadt fém kezelésére, amelyben üreges tengely van elrendezve, és a tengely egyik végén forgórész van kialakítva, ahol az említett forgórésznek: felsõ, és alsó része van, ahol az említett felsõ rész és alsó rész egymástól bizonyos távolságra van elrendezve, továbbá számos osztóelemmel vannak összekötve; járat van kialakítva minden osztóelem pár, valamint a felsõ, és alsó rész között, ahol minden egyes járatnak

1

HU 007 551 T2

bemenete van a rotor belsõ felületén, továbbá kimenete a rotor kerület menti felületén, ahol minden kimenet keresztmetszete nagyobb, mint a megfelelõ bemenet keresztmetszete, és sugárirányban attól kifelé van elrendezve; áramlási járat van kialakítva a tengelyen át a járatok bemenetébe, és a kimenetekbõl kivezetve; és egy kamrával van ellátva, amelyben a gáz, és az olvadt fém keverése megy végbe; és a kamra sugárirányban kifelé helyezkedik el a bemenetekhez képest, továbbá célszerûen a rotor alaprészén nyílás van elrendezve, amely a tengely, és a bemenetek közötti áramlási járatban helyezkedik el úgy, hogy alkalmazás közben, amikor az eszköz forog, az olvadt fém beszívódik a kamrába a rotor alaprészén át, ahol összekeveredik a kamrába a tengelybõl beáramló gázzal, valamint a fém/gáz diszperzió ezt követõen a járatokba jut a bemeneteken át, mielõtt kiáramlana a rotor kimenetein; ahol számos elsõ kivágás van elrendezve a felsõ részen, és számos második kivágás van elrendezve az alaprészen, és az elsõ, valamint második kivágások mindegyike a járatok egyikével határos. Meglepõ módon a feltalálók úgy találták, hogy a kamra, valamint a bemenetek keresztmetszeténél nagyobb keresztmetszetû kimenetek, és az alaprészben, valamint a felsõ részben kialakított kivágások egyrészt javított gáztalanítást, továbbá fokozott fémkeverést eredményeznek úgy, hogy a forgás sebessége csökkenthetõ, miközben a gáztalanítás/keverés hatékonysága fennmarad, és ezzel nõ a tengely, valamint a rotor élettartama, továbbá a gáztalanítási/keverési idõket hatékonyabban lehet kihasználni ugyanannál a rotorsebességnél, amelynek következtében lehetõség nyílik a kezelési idõ csökkentésére. Egy célszerû kiviteli alakban a rotor szilárd anyagtömbbõl van kialakítva, a felsõ, és alsó rész pedig a blokk megfelelõ alsó, és felsõ tartományai, továbbá a blokk egy köztes tartományán furatok/rések vannak kialakítva, amelyek a járatokat határolják, ahol minden egyes osztóelemet az egyes furatok/rések közötti köztes tartományok alkotnak. Célszerûen minden egyes elsõ kivágás (a felsõ részen) befelé húzódik a rotor külsõ kerület menti felületétõl, és ebben az esetben minden egyes elsõ kivágás határos egy kimenettel. Célszerûen minden egyes elsõ kivágás kiterjedése a kerület menti felületen nem nagyobb, és még célszerûbben kisebb, mint a megfelelõ kimenet kiterjedése. Elõnyösen minden egyes elsõ kivágás részben kör alakú, és az elsõ kivágások célszerûen szimmetrikusan helyezkednek el a rotor körül. Mindazonáltal természetesen lehetséges az is, hogy az elsõ kivágások tetszõleges alakúak, és egy vagy több elsõ kivágást alkothat egy furat is (amely bármilyen alakú), amely átmegy a felsõ részen a járatok egyikébe. Az elsõ kivágások ugyanolyan vagy eltérõ méretûek és/vagy alakúak lehetnek. Célszerûen mindazonáltal az összes elsõ kivágás ugyanolyan alakú, és méretû.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60 4

2

Elõnyösen a második kivágások olyan méretûek, és/vagy alakúak lehetnek, mint az elsõ kivágások vagy alakjuk, és méretük ettõl eltérõ lehet. Célszerûen az összes elsõ és második kivágások ugyanolyan méretûek és alakúak. Az elsõ kivágások száma nagyobb, kisebb vagy egyenlõ lehet a második kivágások számával. Egy célszerû kiviteli alakban az elsõ kivágások száma egyenlõ a második kivágások számával. A rotor célszerûen három, négy vagy öt járattal van ellátva (amelyet három, négy vagy öt osztóelem határol). Egy célszerû kiviteli alakban a forgórésznek négy járata van. Célszerûen a rotornak legalább egy kimenete, és legalább egy kimenete van az elsõ, és második kivágásokon járatonként. A rotornak lehet egy kimenete, két elsõ kimenete, és két második kimenete járatonként. Még célszerûbben a rotornak csak egy kimenete van járatonként, és minden egyes elsõ, és második kivágásonként egy-egy. Célszerûen minden egyes elsõ kivágás egy adott járatban legalább részben illeszkedik, és még célszerûbben teljes mértékben illeszkedik a megfelelõ második kivágáshoz (vagyis ha a rotor irányában a tengely forgástengelye mentén nézzük, minden egyes elsõ kivágás közvetlenül a megfelelõ második kivágás fölött van). Más kiviteli alakokban az elsõ, és/vagy a második kivágások befelé nem több, mint 50%-ban, célszerûen nem több, mint 40%-ban húzódnak a rotor sugara mentén. Egy adott kiviteli alakban az elsõ, és második kivágások nem több, mint 10%-ban, célszerûen nem több, mint 20%-ban húzódnak befelé a rotor sugara mentén. Ez különösen elõnyös paraméter, ha a kivágások a rotor (alsó, és felsõ része) kerület menti felületének egy részében (ívében) vannak kiképezve, amennyiben egyenesen, ívesen vagy félkör mentén vannak kivágva a tengelyre merõleges síkban. Célszerûen a rotor (felsõ, és alsó rész) kerület menti felületének része (íve) körcikk alakban van eltávolítva. További kiviteli alakokban, ahol a rotor kerület menti felülete a tengely forgástengelyére merõleges síkban kör, a kör kerületnek a felsõ részbõl az elsõ kivágással vagy kivágásokkal, vagy az alsó részbõl a második kivágással vagy második kivágásokkal eltávolított, egy adott járattal határos ívhossza megszorozva a járatok számával, a kör kerületéhez legalább 0,2, célszerûen legalább 0,3, még célszerûbben legalább 0,5, és elõnyösen legalább 0,6 arányú. Célszerûen ez az arány nem több, mint 0,9. Nyilvánvaló tehát, hogy ahol egynél több elsõ vagy második kivágás határos egy adott járattal, az említett arány a kör kerületnek a felsõ részbõl az elsõ kivágással vagy kivágásokkal, vagy az alsó részbõl a második kivágással vagy második kivágásokkal eltávolított, egy adott járattal határos ívhossza megszorozva a járatok számával, és a kör kerülete között áll fenn. A rotor el van látva egy kamrával, amelyben az olvadt fém és a gáz összekeveredése végbemegy. Célszerûen a tengely, és a rotor egymástól különállóan vannak kiképezve, és egymáshoz oldható kötés-

1

HU 007 551 T2

sel vannak csatlakoztatva. A tengely közvetlenül a rotorhoz csatlakoztatható (például úgy, hogy illeszkedõ csavarmeneteket alakítunk ki mind a tengelyen, mind pedig a rotoron), vagy indirekt módon, például menetes csõszerû csatlakozódarabokkal. A rotor elõnyösen tömör testbõl van kialakítva (célszerûen grafitból), és a járatok célszerûen marással vannak kiképezve. A rotor kialakítható izosztatikus sajtolással vagy öntéssel adott anyagból (például alumíniumoxid-grafit) a megfelelõ alakra (esetleg majdnem készre munkálva a végsõ méretek elérése érdekében), majd ezt követõen kiégetve, hogy megkapjuk a végterméket. A kétségek eloszlatása érdekében világossá kell tennünk, hogy a találmány önmagában a rotorra, valamint a fém gáztalanító egységre (RDU) is vonatkozik, és/vagy ezenkívül fémkezelõ szerkezetre (például MTS egység), amely magában foglalja a találmány szerinti forgó keverõegységet. A jelen találmány továbbá eljárást tár fel olvadt fém kezelésére, amely eljárás során: (i) bemerítjük a rotort és a jelen találmány szerinti eszköz tengelyének egy részét a kezelendõ fémolvadékba; (ii) forgatjuk a tengelyt; és (iii) gázt, és/vagy egy vagy több kezelõszert hajtunk le a tengelyben az olvadt fémbe a rotoron keresztül, és/vagy egy vagy több kezelõszert juttatunk közvetlenül az olvadt fémbe, és ezzel végrehajtjuk a fém kezelését. A kezelendõ fém fajtája közömbös. Mindazonáltal az elõnyös fémek a kezelés szempontjából az alumínium, és ötvözetei [ideértve az alacsony szilíciumtartalmú ötvözeteket (4–6% szilícium), például BS ötvözet LM4 (AI-Si5Cu3); a szilíciummal közepesen ötvözött ötvözeteket (7,5–9,5% szilícium), például BS ötvözet LM25 (AI-Si7Mg); az eutektikus ötvözeteket (10–13% szilícium), például B ötvözet LM6 (AI-Si12); a hipereutektikus ötvözeteket (16%-nál nagyobb szilíciumtartalom), például BS ötvözet LM30 (AI-Si17Cu4Mg); az alumínium-magnézium ötvözeteket, például BS ötvözet LM5 (AI-Mg5Si1; Al¹Mg6)], magnéziumot, és annak ötvözeteit [például BS ötvözet AZ91 (8,0–9,5% alumínium), és BS ötvözet AZ81 (7,5–9,0% alumínium)], továbbá a rezet és ötvözeteit (beleértve a nagy vezetõképességû rezeket, sárgarezeket, ón¹bronzokat, foszfor-bronzokat, ólom-bronzokat, vörösötvözeteket, alumínium-bronzokat, és réz-nikkel ötvözeteket). Célszerûen a gáz inert gáz (például argon vagy nitrogén), még célszerûbben száraz. Szintén használhatók azok a hagyományosan nem inert gáznak tekintett gázok, amelyeknek azonban nincs káros hatása a fémekre, például a klór vagy a klórozott szénhidrogének. A gáz lehet két vagy több említett gáz keveréke. A gáz inert tulajdonságai, valamint költsége közötti egyensúly figyelembe vételével célszerû száraz nitrogéngáz alkalmazása. Az eljárás különösen hasznos hidrogéngáz eltávolítására olvadt alumíniumból. Világos, hogy minden egyes adott rotor esetében a gáztalanítás hatékonyságát a forgás sebessége, továbbá a gázáram sebessége, és a kezelési idõ fogja

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60 5

2

meghatározni. Célszerû forgási sebesség az 550 fordulat/perc vagy ennél kevesebb, még célszerûbben 400 fordulat/perc vagy kevesebb, elõnyösen kb. 350 fordulat/perc. Ha a gáztalanítást kombináljuk kezelõszerek hozzáadásával (amelyeket kezelõanyagoknak is ismernek), az ilyen kezelõszereket az olvadékba a gáztalanítás elõtt vezetjük be, a kezdeti gáztalanító fázis során adagoljuk inert mosógázzal vagy a gáztalanítás után adjuk az olvadékhoz. A kezelést ezt követõen kombinálhatjuk gáztalanítás/szemcsefinomítás, és/vagy szemcsemódosítás, és/vagy tisztítás, és/vagy salakeltávolítási kezelésekkel. Akár a gáztalanítással együtt, akár másképpen alkalmazzuk, a kezelõszer lehet tisztító, salaktalanító, szemcsefinomító, módosító vagy ezek kombinációja (amelyet gyakran „flux”-nak vagy „fluxok”-nak hívnak). Ezek a fluxok vagy folyasztószerek különbözõ fizikai (például por, granulátum, tabletta, pellet), továbbá kémiai formában képzelhetõk el (például szervetlen sók, fémötvözetek stb.). A kémiai természetû folyasztószerek között találjuk az alkálifém, és alkáliföldfém-halidok keverékeit, amelyeket tisztításra, és salaktalanításra használunk. További folyasztószerek lehetnek a titán, és/vagy a bór ötvözetek (például AITiB ötvözet), amelyek szemcsefinomításra használatosak, továbbá a nátriumsók vagy a stroncium (rendszerint 5–10% elõötvözet formájában), amelyek az alumínium-szilícium ötvözetek szemcsemódosítására szolgálnak. Az ilyen eljárások önmagukban ismertek a szakmában járatos öntész számára. A forgórész szükséges mérete, a forgás sebessége, a gázáramlás sebessége, és/vagy a kezelõszerek mennyisége mind-mind az adott kezelés ismeretében határozhatók meg, figyelembe véve a kezelendõ fém mennyiségét, tömegét, az optimális kezelési idõt, valamint azt, hogy az eljárás folyamatos vagy adagjellegû. A találmány kiviteli alakjait a továbbiakban kiviteli példákkal a csatolt rajzra történõ hivatkozással ismertetjük. Az 1. ábra egy XSR (technika állása szerinti) rotort mutat, a 2. ábra egy DIAMANT™ (technika állása) rotor elölnézete, a 3A. ábra a találmány szerinti elsõ rotorral felszerelt forgó keverõegység oldalnézete, a 3B. ábra a 3A. ábrán bemutatott rotor nézete, a 4A., és 4B. ábra a találmány szerinti második rotor oldal¹, és elölnézete, az 5A., és 5B. ábra a találmány szerinti harmadik rotor oldal¹, és elölnézete, a 6A., és 6B. ábra a találmány szerinti negyedik rotor oldal¹, és elölnézete, a 7A., és 7B. ábra a találmány szerinti ötödik rotor oldal¹, és elölnézete, a 8A., és 8B. ábra a találmány szerinti hatodik rotor oldal¹, és elölnézete, a 9A., és 9B. ábra a találmány szerinti hetedik rotor oldal¹, és elölnézete, a 10A., és 10B. ábra a találmány szerinti nyolcadik rotor oldal¹, és elölnézete, a

1

HU 007 551 T2

11A., és 11B. ábra a találmány szerinti kilencedik rotor oldal¹, és elölnézete, a 12A., és 12B. ábra a találmány szerinti tizedik rotor oldal¹, és elölnézete, a 13A., és 13B. ábra a találmány szerinti tizenegyedik rotor oldal¹, és elölnézete, a 14A., és 14B. ábra a találmány szerinti tizenkettedik rotor oldal¹, és elölnézete, a 15. ábra a találmány szerinti fémkezelõ egység sematikus bemutatása, a 16., és 18–22. ábrák az olvadék hidrogén koncentrációjának csökkenését bemutató grafikon a találmány szerinti forgó keverõegység használata során, továbbá a technika állása szerinti eszközök, valamint a jelen találmány oltalmi körén kívül esõ forgó keverõegység mûködése során, a 17A., és 17B. ábra egy SPR (technika állása szerinti) rotor oldal¹, és elölnézete.

5

10

15

20 1. kiviteli példa A 3A. ábrán egy találmány szerinti, gáz, és/vagy más kezelõszerek olvadt fémben történõ eloszlatására szolgáló forgó keverõegységet láthatunk, elölnézetben. Az eszköz tartalmaz egy 30 tengelyt, és egy 40 rotort, amelyek oldhatóan vannak egymáshoz csatlakoztatva. A 40 rotor a 3B. ábrán elölnézetben látható. A 40 rotor grafitból készült, és egységes szerkezetû. A 40 rotor lényegében korong alakú, és tartalmaz egy gyûrû alakú felsõ részt (42 felsõ rész), és attól bizonyos távolságban egy gyûrû alakú alsó részt (44 alaprész). A 42 felsõ részben 46 menetes átmenõfurat van kialakítva, amely a 40 rotort a 30 tengelyhez rögzíti egy csõszerû menetes csatlakozódarabbal (nem látható az ábrán). 48 nyitott kamra van kialakítva központosan a 40 rotor 44 alaprészében. A 48 kamra felfelé a 42 felsõ részig húzódik, és folyamatos a 42 felsõ részben lévõ 46 átmenõfurattal, továbbá a 46 átmenõfurat és a 48 kamra így egy folyamatos járatot alkot, amely függõlegesen halad át a 40 rotoron. A 48 kamra sugárirányban kifelé tovább húzódik, mint a 46 átmenõfurat. A 42 felsõ rész, és a 44 alaprész 50 osztóelemekkel van csatlakoztatva, amelyek egyenlõ szögtávolságban vannak elrendezve a 40 rotor körül, és a 42 felsõ rész, valamint a 44 alsó rész között helyezkednek el. Az 50 osztóelemek kifelé húzódnak a 48 kamra kerületétõl a 40 rotor 40a kerület menti felületéig. 52 járat van kialakítva minden egyes szomszédos 50 osztóelem, valamint a 42 felsõ rész, és a 44 alsó rész között. Minden egyes 52 járatnak 54 bemenete van a 48 kamrába, és 56 kimenete a 40 rotor 40a kerület menti felületén, ami egy hosszúkás rés. Minden egyes 56 kimenetnek nagyobb a keresztmetszete, mint a megfelelõ 54 bemenetnek. A 42 felsõ rész, valamint a 44 alaprész kerület menti felületei egyaránt négy-négy, részben kör alakú 58a,b kivágással (elsõ, és második kivágások) vannak ellátva. Nyilvánvaló, hogy egy folyamatos áramlási útvonal jön így létre a gázforrástól a 30 tengely furatán, valamint a csatlakozódarabon át (nem látható az ábrán) a 40 rotor 42 felsõ részén át a 48 kamrába, az 54 beme-

25

30

35

40

45

50

55

60 6

2

neteken át az 52 járatokba, és a 40 rotorból az 56 kimeneten át. A 42 felsõ részben kialakított 58a,b kivágások, valamint a 44 alaprész egybevágóak, például ha a 3B. ábrán nézzük, akkor egybeesnek. A 40 rotor névlegesen kör alakú (C kör alapja van) keresztirányú keresztmetszetben (például a tengely forgástengelyére merõlegesen). Minden egyes 58a,b kivágás befelé húzódik egy maximális z távolságra a 42 felsõ rész, valamint a 44 alsó rész kerület menti felületeitõl. Ha a 40 rotor egy olyan C körön áll, amelynek sugara (r) 110 mm, akkor z=32,45 mm. Ennek folytán az 58a,b kivágások befelé húzódnak a 40 rotor sugarának 29,5%¹án. A felsõ részben kialakított 58a kivágások mindegyike az összes egymással szomszédos 50 osztóelem közötti teljes távolságra kiterjed, és kivág egy y ívet a C körbõl (amelyet a kerület menti felületbõl kivágott kivágás kiterjedésének nevezünk). A C kör maradéka az egyes szomszédos 58a kivágások között x¹szel van jelölve. Mivel a 40 rotornak négy 58a kivágása van a 42 felsõ részben, a C kör teljes kerülete 4(x+y). Ezért a kivágások által eltávolított körkerület ívének hosszaránya, amely szomszédos egy adott járattal (y) megszorozva a járatok (4) számával, a kör kerületéhez viszonyítva [4(x+y)]: y/(x+y). Ha a 40 rotor egy 110 mm sugarú C körön helyezkedik el, akkor x=24,96 mm, és y=147,83 mm, és így y/(x+y) 0,856. Ebben a példában a felsõ részbõl, és az alsó részbõl kivágott kivágások hasonlóak úgy, hogy a fent kapott értékek azonos módon alkalmazhatók az alaprészre, és annak kivágásaira is. Nyilvánvaló, hogy más kiviteli alakokban x, és y, és ezért y/(x+y) is különbözhet az alaprész, és a felsõ rész esetében. 2–6. kiviteli példák A 4A–8A., valamint a 4B–8B. ábrákon a 60 rotorok [2. pld.], a 70 rotorok [3. pld.], és 80 rotorok [4. pld.], valamint 90 rotorok [5. pld.], és 100 rotorok [6. pld.], amelyek gáz, és/vagy más folyékony fémkezelõ szer eloszlatására szolgálnak, oldal¹, és elölnézetben láthatók. A 60, 70, 80, 90, és 100 rotorok azonosak a 40 rotorral, eltekintve attól, hogy a 62a,b, 72a,b, 82a,b, 92a,b, és 102a,b körszeletszerû kivágások, amelyek a 42 felsõ részben, és a 44 alaprészben vannak („a” betût használunk a felsõ részben lévõ kivágások, és „b” betût használunk az alaprész kivágásai esetében) különbözõ méretûek és alakúak minden egyes rotor esetében. A 40, 60, 70, és 80 rotorokban kialakított 58, 62, 72, és 82 kivágások mindegyike a 42 felsõ rész, és a 44 alsó rész kerület menti felületeitõl hasonló távolságra húzódik befelé (hasonló z értékûek), de mindegyikük különbözõ ívhosszúságot metsz ki (különbözõ y értékkel) a névleges C körbõl, amelyek azon elhelyezkednek. Az egyes rotorokból eltávolított ívek (y) hossza a 40, 60, 70, és 80 rotorok sorrendjében csökken. A 90, és a 100 rotornak 92, és 102 körszelet kivágásai vannak a 42 felsõ részben, és a 44 alaprészben. A 92, 102 kivágások befelé húzódnak hasonló távol-

1

HU 007 551 T2

ságra úgy, hogy a 90, és 100 rotorok hasonló z értékûek, de különbözõ y ívhosszakat vágnak ki abból a C körbõl, amelyen elhelyezkednek. A 92 kivágások egy olyan y ívet vágnak ki, amely az egymás melletti 50 osztóelemek közötti teljes távolságon végighúzód-

5

2

nak, míg a 102 kivágások egy rövid ívet vágnak ki, és ezért kisebb y értékük van. Az x, y, és z értékek a 40, 60, 70, 80, 90, és 100 rotorok esetében, amelyek 110 mm sugarúak, az alábbi 1. táblázatban vannak megadva.

1. táblázat x (mm)

y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

1. példa (rotor 40)

24,96

147,83

32,45

29,5

0,856


49,92

122,87

32,45

29,5

0,711


107,50

65,28

32,77

29,8

0,378


135,27

37,52

33,76

30,7

0,217


24,96

147,83

42,17

38,3

0,856


49,92

122,87

42,52

38,7

0,711

7. kiviteli példa A 9A., és 9B. ábrán 110 rotort (7. kiviteli példa) láthatunk, amely gáz, és/vagy más kezelõanyag olvadt fémben történõ eloszlatására szolgál, oldal¹, illetve elölnézetben. A 110 rotor grafitból készült, és tömbszerkezetû. A 110 rotor hasonló a 40 rotorhoz, 42 felsõ része, 44 alsó része, 46 átmenõfurata, 48 kamrája, négy 50 osztóeleme, 52 járata, négy 54 bemenete, és négy 56 kimenete van, ahogy azt korábban már leírtuk. A 110 rotornak a 42 felsõ részben, és a 44 alaprészben kialakított 112a,b kivágásai vannak, továbbá a felsõ részben kialakított 112a kivágások, és az alaprészben kialakított 112b kivágások hasonlóak (például elölnézetben egybeesnek). A 112 kivágások egyenes peremûek, és a 110 rotor, ha felülrõl nézzük, négyzet alakú lekerekített peremekkel rendelkezik annak ellenére, hogy lényegében kör alakú (C körön áll). A 112 kivágások befelé húzódnak a felsõ rész, valamint az alsó rész kerület menti felületei irányából, például z távolságra, és a C körbõl y ívet metszenek ki.

20

25

30

35

40 8. kiviteli példa A 10A., és 10B. ábrán 120 rotort láthatunk gáz, és/vagy más kezelõanyag olvadt fémben történõ eloszlatására, oldal¹, illetve elölnézetbõl. A 120 rotor hasonló a 110 rotorhoz, és egyenes 122a,b kivágásai vannak

szintén négyzet alakú lekerekített szélekkel, ha felülrõl nézzük. A 122 kivágások az 50 egymással szomszédos osztóelemek közötti teljes távolságra kiterjednek, és így a 120 rotornak nagyobb y értéke van, mint a 110 rotornak. A 122 kivágások befelé húzódnak a 42 felsõ rész, és a 44 alaprész kerület menti felületei irányából z távolságra. 9. kiviteli példa A 11A., és 11B. ábrákra nézve 130 forgórészt láthatunk, amely gáz, és/vagy más kezelõanyag olvadt fémben történõ eloszlatására szolgál oldal¹, illetve elölnézetben. A 130 rotor hasonló a 110, és 120 rotorokhoz, és 132a,b kivágásai vannak, amelyeknek egyenes peremük van. Ha felülrõl nézzük, akkor a 130 rotornak négyszög alakja van, mivel a 132 kivágások belenyúlnak az 50 osztóelemekbe. Mindazonáltal a 130 rotor névlegesen kör alakú (C körön áll), keresztmetszetben. A 132 kivágások befelé húzódnak a 42 felsõ rész, és a 44 alaprész kerület menti felületeinek irányából z távolságra, és mivel nincs távolság az egymással szomszédos 132 kivágások között, az x érték nulla. A 110, 120, és 130 rotorokra vonatkozó x, y, és z értékeket, ahol a rotorok 110 mm¹es sugarúak, a következõ 2. táblázatban mutatjuk be:


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)


49,92

122,87

16,81

15,3

0,711


24,96

147,83

23,84

21,7

0,856

172,79

32,22

29,3

1,000


0

55 10. kiviteli példa A 12A., és 12B. ábrákon 140 rotort láthatunk, amely gáz, és/vagy más kezelõanyag eloszlatására szolgál fém olvadékban, oldal¹, illetve elölnézetben. A 140 rotor grafitból készül, kialakítása tömbszerû. A 140 rotor lényegében korong alakú, és tartalmaz 60 7

egy gyûrû alakú felsõ részt (42 felsõ rész), továbbá egy gyûrû alakú alsó részt (44 alaprész), egy menetes 46 átmenõfuratot, valamint, ahogy azt már korábban ismertettük, egy 48 nyitott kamrát. A 42 felsõ részt, és a 44 alaprészt három 142 osztóelem köti össze, amelyek egymástól azonos szögtávolságra vannak elren-

1

HU 007 551 T2

dezve a 140 rotor körül, és a 42 felsõ részen, valamint a 44 alsó rész között helyezkednek el. A 142 osztóelemek kifelé húzódnak a 48 kamra kerületének irányából a 140a rotor kerület menti felülete felé. 52 járat húzódik minden egyes egymással szomszédos 142 osztóelem között, továbbá a 42 felsõ rész, és a 44 alsó rész között, és így összesen három 52 járat van kialakítva. Mindegyik 52 járatnak 54 bemenete van a 48 kamrából, és 56 kimenete a 140a rotor kerület menti felüle-

2

tén. A 42 felsõ rész, és 44 alsó rész kerület menti felületei egyaránt el vannak látva három körszeletszerû 144a,b kivágással (elsõ, és második kivágások). A 140 rotor lényegében kör alakú (C körön áll). Minden egyes 144 kivágás z távolságra húzódik a 42 felsõ rész, és 44 alaprész kerület menti felületeinek irányából, és a C körbõl y ívet metsz ki. A 110 mm sugarú forgórész vagy rotor x, x, és z értékeit az alábbi 3. táblázatban adjuk meg.

5

3. táblázat


x (mm)

y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

92,4

137,98

39,02

35,5

0,599

nyából húzódnak a 150a rotor kerület menti felületének irányába. 52 járat húzódik minden egyes 152 osztóelem pár, valamint a 42 felsõ rész, és a 44 alsó rész között, és ezzel az 52 járatok száma összesen öt. Minden egyes 52 járatnak 54 bemenete van a 48 kamra irányából, és 56 kimenete a 150a rotor kerület menti felületén. A 42 felsõ rész, és 44 alsó rész kerület menti felületeinek mindegyike öt körszeletszerû 154a,b kivágással van ellátva (elsõ, és második kivágások). A 150 forgórész lényegében kör alakú (C körön áll). Minden egyes 154 kivágás z távolságra húzódik a 42 felsõ rész, és a 44 alsó rész kerület menti felületének irányából, és y ívet metsz ki a C körbõl. A 87,5 mm sugarú 150 forgórész x, y, és z értékeit az alábbi 4. táblázatban adjuk meg.

11. kiviteli példa A 13A., és 13B. ábrákra tekintve 150 rotort láthatunk, amely gáz, és/vagy más kezelõanyag olvadt fémben történõ eloszlatására szolgál, oldal¹, illetve elölné- 20 zetben. A 150 rotor grafitból készül, kialakítása tömbszerû. A 150 rotor lényegében korong alakú, és tartalmaz egy gyûrû alakú felsõ részt (42 felsõ rész), és egy gyûrû alakú alsó részt (44 alsó rész), egy menetes 46 átmenõfuratot, továbbá, ahogy azt fentebb már is- 25 mertettük, egy 48 nyitott kamrát. A 42 felsõ rész, valamint a 44 alsó rész öt 152 osztóelemmel vannak egymáshoz csatlakoztatva, amelyek egymástól egyenlõ szögtávolságra helyezkednek el a 150 rotor körül, és a 42 felsõ rész, és a 44 alaprész között helyezkednek el. 30 A 152 osztóelemek kifelé, a 48 kamra kerületének irá-

4. táblázat


x (mm)

y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

22,51

87,45

20,49

23,4

0,795

12. kiviteli példa A 14A., és 14B. ábrákra tekintve 160 rotort látha- 40 tunk, amely gáz, és/vagy más kezelõanyag olvadt fémben történõ szétoszlatására szolgál, oldal¹, illetve elölnézetben. A 160 rotor grafitból készül, szerkezete egységes. A 160 rotor lényegében korong alakú, és hasonló a 40 rotorhoz (1. kiviteli példa) annyiban, hogy 45 tartalmaz egy gyûrû alakú felsõ részt (42 felsõ rész), egy gyûrû alakú alsó részt (44 alsó rész), 46 átmenõfuratot, 48 kamrát, négy 50 osztóelemet, és négy 52 járatot, amelyek megfelelõ 54 bemenettel, és 56 kimenettel vannak ellátva. A 40 rotortól eltérõen a 160 rotornak 50 nyolc elsõ 162a kivágása van a 42 felsõ részben, és nyolc második 162b kivágása van a 44 alsó részben, továbbá két 162a elsõ kivágása, és két 162b második kivágása van minden egyes 52 járathoz. Az elsõ 162a

kivágások, és a második 162b kivágások egymással összeköttetésben vannak, például ha felülrõl nézzük, akkor egybeesnek. Az 52 járaton belül a távolságot a szomszédos 162a elsõ kivágások vagy a szomszédos 162b második kivágások között x1¹gyel jelöltük. Az 50 osztóelemeken keresztül a távolságot az egymással szomszédos 162a kivágások vagy az egymással szomszédos 162b kivágások között x2¹vel jelöltük. Egy adott járattal (2y) határos elsõ és második kivágások által a kör kerületébõl eltávolított ív hossza megszorozva a járatok (4) számával, aránya a kör (8y+4×1+4×2) kerületéhez a 2y/(2y+x1+x2) aránnyal van megadva. Az x1, x2, és y, valamint a z értékeket egy 87,5 mm sugarú 160 rotor esetében az alábbi 5. táblázatban adjuk meg.

5. táblázat


x1 (mm)

x2 (mm)

y (mm)

z (mm)

z/r (%)

2y/(2y+x1+x2)

11,60

35,50

45,17

16,77

19,2

0,657

8

1

HU 007 551 T2

13. kiviteli példa A 15. ábrán 170 fémkezelõ egységet láthatunk, amely gáztalanításra (Forgó Gáztalanító Egység, RDU), és/vagy további fémkezelõ anyag (Fém Kezelõ Munkaállomás, MTS) bejuttatására szolgál. Az egység lényegében tartalmaz egy 172 tégelyt, amelyen belül a kezelendõ fémet tartjuk, egy grafitból készült 174 rotort, amely menetesen van csatlakoztatva egy grafit 176 tengely egyik végéhez (ahogy azt korábban már ismertettük), továbbá 178 motort, és 180 meghajtótengelyt, ahol a 180 meghajtótengely csatlakoztatható a grafit 176 tengelyhez (nem látható) 182 házon belül. Az egység továbbá tartalmaz egy 184 garatot, valamint egy 186 adagolócsövet, és egy visszahúzható 188 terelõlemezt. Az egész 170 egység függõlegesen mozgatható a 172 tégelyhez képest. Gáztalanításra használva a 178 motort mûködtetjük annak érdekében, hogy forgassa a 180, 176 tengelyelrendezést, valamint a 174 rotort, és a 176 grafit tengelyt leeresztjük a 172 tégelybe, amelyben az olvadt fém helyezkedik el. Inert gázt hajtunk át a 180 meghajtótengelyen, a 176 grafittengelyen a fémbe a 174 rotoron át, és szétoszlatjuk az olvadt fémben. A 188 terelõlemez visszahúzott helyzetében van úgy, hogy felül a fémolvadék tetejére. Ha kombinált fémkezelõ/gáztalanító egységként alkalmazzuk, a 174 rotort, és a 176 grafittengelyt viszonylag gyorsan mozgatjuk úgy, hogy örvényt hozzunk létre az olvadékban. A fémkezelõ szereket ezt követõen 184 garaton át az olvadékba adagoljuk. Miután megfelelõ ideig kevertük, a 174 rotor sebességét csökkentjük, és a 184 terelõlemezt leengedjük az olvadékba annak érdekében, hogy megállítsuk az örvénylést, és csökkentsük a turbulenciát az olvadékban (ahogy az a 15. ábrán is látható). A gáztalanítás ezt követõen úgy megy végbe, ahogy azt korábban ismertettük. Módszertan Két kísérletet hajtottunk végre annak érdekében, hogy modellezzük a forgó keverõegység tulajdonságait, ha fémolvadék kezelésére használjuk. Az elsõ kísérlet a forgó keverõegység fémolvadék gáztalanító hatékonyságát modellezi. A második kísérlet egy vizes kísérlet, amely azt mutatja be, hogy mekkora a forgó keverõegység valószínûsíthetõ hatékonysága a fémkezelõ anyag eloszlatása során az olvadékban. 1. Gáztalanítás 37,5 mm átmérõjû tengelyhez rögzített, 87,5 mm sugarú rotorokat használtunk 280 kg alumíniumötvözet gáztalanítására (LM25: AISi7Mg) 720 °C hõntartással. Az alkalmazott gáz száraz nitrogéngáz volt, amelynek áramlási sebessége 15 l/perc. A forgatás sebessége 320 fordulat/perc, és a gáztalanítást 4 perc alatt hajtottuk végre. A hatékonyságot az olvadékban oldott hidrogén koncentrációjának mérésével határoztuk meg ALSPEK H elektronikus érzékelõ alkalmazásával, amelyet a Foseco szállít, és amely az olvadt fém hidrogénszintjének közvetlen mérésére alkalmas. Az olvadt fémet a rotor alkalmazásával kevertük (gáz nélkül), és

2

az érzékelõt az olvadékban tartottuk. A gázt ezt követõen bevezettük a rotor tengelyébe, és az olvadék hidrogénszintjét mértük, továbbá 10 másodpercenként regisztráltuk. 5 2. Vizes kísérlet Ezen túlmenõen fémkezelõ anyagok olvadékba juttatását víz alkalmazásával is szimuláltuk, ahol könnyû mûanyag pelletet alkalmaztunk annak érdekében, hogy 10 megfigyeljük az örvényképzõdést, és színes festéket (élelmiszerfestéket) alkalmaztunk a keveredés megfigyelésére. A rotorokat egy Foseco Fémkezelõ Munkaállomáson teszteltük (MTS1500 Mark 10) hengeres, átlátszó tartály alkalmazásával (650 mm átmérõjû, 15 900 mm magas), amelyet a tégely helyére tettünk. Minden egyes rotor sugara 110 mm volt, és egy 75 mm átmérõjû, valamint 1000 mm hosszúságú tengelyhez voltak rögzítve. 20

25

30

35

40

2.1 Örvényképzõdés Az elsõ lépés, amelyben a rotor hatékonyságát vizsgáltuk az volt, hogy minden egyes rotor esetében meghatároztuk azt a forgási sebességet, amely szükséges volt ahhoz, hogy egy standard értékû örvényt keltsünk. Ennek meghatározása érdekében a mûanyag pelleteket elõször beledobtuk az átlátszó tartályba, amelyet megtöltöttünk vízzel L1 magasságig (735 mm, normál fürdõmagasság). A mûanyag pelleteket a víz felszínén lebegtettük mindaddig, amíg minden egyes rotort leengedtünk a fürdõbe, és forgattunk annak érdekében, hogy örvényt hozzunk létre. A forgás sebességét úgy szabályoztuk, hogy a mûanyag pelletek érintették a rotort, de nem szóródtak szét a tégelyben. A vízoszlop magasságát megmértük, amikor örvény alakult ki (L2, fürdõmagasság örvénnyel), valamint mértük az örvény kialakulásához szükséges idõt is. A következõ képlet alkalmazásával számítottuk ki az örvény képzõdésének hatékonysági tényezõjét: Hatékonysági tényezõ= {(L2–L1)/L1}×örvényképzõdés ideje. Minél alacsonyabb a hatékonysági tényezõ, annál hatékonyabb a rotor az örvény képzõdésének szempontjából.

2.2/4 keverési idõ meghatározása A keverés hatékonyságának meghatározása érdekében a rotorokat leeresztettük a mûanyag tartályba, amely 755 mm magasságig vizet tartalmazott. A fürdõ magasságát 20 mm¹rel a fölé a szint fölé növeltük, 50 amelyet az örvény kialakulásának tanulmányozása során alkalmaztunk (lásd 2.1 bekezdés feljebb). A fürdõ magasságát megváltoztattuk annak érdekében, hogy megfeleljen az alkalmazott fürdõmagasság természetes változásainak. Nagyobb fürdõmagasságot válasz55 tottunk, minthogy ez a rotorokat keményebben terheli, legalábbis elméletben, és valószínûleg kihangsúlyozza a különbséget a hatékonyabb, és kevésbé hatékonyabb rotorok között. Egy örvény alakult ki (mûanyag pelletek nélkül) a 2.1 bekezdésben meghatározott for60 gási sebességeknél. Ha az örvény stabilizálódott, 3 ml 45

9

1

HU 007 551 T2

élelmiszerfestéket adtunk az örvényhez, és mértük azt az idõt, amennyi idõ alatt az élelmiszerfesték egyenletesen eloszlott az edényben. Rotorok A találmány szerinti rotorok hat másikkal együtt készültek, és kerültek tesztelésre az összehasonlítás érdekében (négy technika állása szerinti motor, és két újonnan tervezett rotor, amelyek a találmány oltalmi körén kívül esnek). Minden egyes rotor két méretben készült – az egyik rotor sugara 87,5 mm volt, amelyet a gáztalanító kísérleteknél alkalmaztunk, valamint egy nagyobb verzió, amelynek sugara 110 mm, ezt a vizes kísérletnél alkalmaztuk. A két enyhén különbözõ átmérõjû rotor alkalmazása a vizes kísérletnél, illetve a gáztalanító kísérletnél az alkalmazott edények különbözõ mérete miatt vált szükségessé. Mindkét méretû rotort ugyanahhoz az átmérõjû tengelyhez csatlakoztattuk, és ennek folytán ugyanolyan méretû furattal lát-

2

tuk el felsõ felületén (a tengelyhez történõ csatlakoztatás érdekében), az alaprész kamrájának átmérõje minden egyes rotor teljes átmérõjének arányos része volt. Emiatt a gáztalanító rotorokon kialakított kivágások ki5 terjedése enyhén kisebb, mint a megfelelõ vizes kísérlethez használt rotoroké, és ennek eredményeképpen valamivel kisebb a z/r arány is. Mindazonáltal a különbségek magától értetõdõek, és nem befolyásolják a hatékonysággal kapcsolatban levont következtetése10 ket. 1. Gáztalanítás Minden egyes rotor esetében az olvadékban oldott hidrogén koncentrációját 10 másodperces intervallu15 mokban mértük, amely a 6. táblázatban látható, és az az idõ, amely egy adott hidrogénkoncentráció eléréséig eltelt (amelyet a leginkább illeszkedõ grafikon alapján becsültünk, és kb. a legközelebbi 5 másodpercre van kerekítve) a 7. táblázatban látható.

6. táblázat 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. példa példa példa példa példa példa példa példa példa példa

1. technika állása




B. A. öszöszszeszehahasonlí- sonlító tó példa példa

0

0,49

0,70

0,60

0,50

0,57

0,58

0,52

0,53

0,48

0,58

0,47

0,50

0,63

0,52

0,41

0,51

10

0,47

0,37

0,34

0,43

0,57

0,54

0,47

0,42

0,44

0,45

0,35

0,49

0,56

0,54

0,37

0,50

20

0,29

0,27

0,31

0,27

0,45

0,39

0,32

0,31

0,33

0,30

0,34

0,41

0,55

0,57

0,31

0,33

30

0,27

0,25

0,31

0,26

0,31

0,32

0,30

0,28

0,32

0,27

0,37

0,26

0,56

0,49

0,26

0,29

40

0,27

0,22

0,30

0,26

0,31

0,30

0,28

0,28

0,31

0,27

0,34

0,30

0,53

0,49

0,30

0,27

50

0,23

0,21

0,27

0,24

0,29

0,27

0,27

0,26

0,28

0,27

0,34

0,28

0,51

0,34

0,26

0,25

60

0,22

0,19

0,25

0,25

0,28

0,25

0,27

0,24

0,24

0,24

0,31

0,29

0,52

0,35

0,26

0,25

70

0,21

0,19

0,25

0,22

0,27

0,23

0,25

0,23

0,24

0,23

0,29

0,26

0,45

0,37

0,26

0,23

80

0,20

0,17

0,23

0,21

0,25

0,22

0,23

0,23

0,22

0,21

0,29

0,23

0,42

0,28

0,24

0,23

90

0,18

0,17

0,22

0,20

0,22

0,21

0,24

0,21

0,22

0,22

0,28

0,26

0,43

0,34

0,22

0,22

100

0,19

0,16

0,21

0,19

0,22

0,20

0,22

0,21

0,20

0,19

0,31

0,23

0,46

0,30

0,21

0,21

110

0,18

0,15

0,20

0,18

0,20

0,19

0,22

0,18

0,19

0,19

0,29

0,25

0,41

0,31

0,19

0,2

120

0,17

0,15

0,20

0,18

0,20

0,18

0,22

0,19

0,17

0,18

0,28

0,24

0,42

0,35

0,18

0,20

130

0,17

0,14

0,18

0,18

0,19

0,17

0,19

0,17

0,17

0,17

0,30

0,22

0,46

0,33

0,19

0,18

140

0,15

0,13

0,17

0,16

0,18

0,16

0,20

0,16

0,15

0,16

0,27

0,21

0,42

0,31

0,19

0,18

150

0,15

0,13

0,17

0,15

0,18

0,15

0,19

0,16

0,16

0,16

0,27

0,21

0,40

0,32

0,17

0,17

160

0,15

0,12

0,17

0,16

0,17

0,14

0,18

0,15

0,15

0,15

0,25

0,22

0,37

0,30

0,17

0,17

170

0,14

0,12

0,16

0,15

0,15

0,13

0,18

0,15

0,14

0,15

0,25

0,20

0,38

0,29

0,17

0,16

180

0,14

0,12

0,15

0,14

0,15

0,13

0,17

0,14

0,14

0,15

0,25

0,20

0,38

0,27

0,15

0,16

190

0,14

0,11

0,14

0,13

0,15

0,12

0,17

0,13

0,13

0,14

0,25

0,20

0,36

0,26

0,15

0,15

200

0,14

0,11

0,14

0,13

0,14

0,12

0,17

0,13

0,13

0,14

0,24

0,19

0,35

0,28

0,16

0,15

210

0,13

0,10

0,13

0,13

0,14

0,11

0,15

0,13

0,13

0,13

0,23

0,18

0,37

0,29

0,15

0,14

220

0,13

0,10

0,13

0,12

0,13

0,11

0,16

0,12

0,13

0,13

0,22

0,20

0,34

0,25

0,14

0,14

230

0,12

0,10

0,13

0,12

0,13

0,10

0,16

0,12

0,12

0,12

0,21

0,18

0,35

0,25

0,14

0,13

240

0,12

0,09

0,12

0,12

0,13

0,10

0,14

0,11

0,11

0,12

0,20

0,19

0,33

0,24

0,13

0,13

Idõ (s)

10

1

HU 007 551 T2

2

7. táblázat n ml H2 oldódásához szükséges idõ (s) 100 g olvadékban

0,24

0,22

0,20

0,18

0,16

0,14

0,12

1. példa

45

60

80

100

130

170

230

2. példa

35

40

55

75

100

130

160

3. példa

75

90

110

130

170

200

240

4. példa

55

70

90

110

140

180

220

5. példa

85

95

110

140

165

200

n/a

6. példa

65

80

100

120

135

155

190

7. példa

75

100

125

155

205

235

n/a

8. példa

60

85

105

120

135

180

220

9. példa

65

80

100

115

135

170

230

10. példa

60

80

95

115

140

185

225


200

220

240

n/a

n/a

n/a

n/a


80

130

170

205

n/a

n/a

n/a


n/a

n/a

n/a

n/a

n/a

n/a

n/a


240

n/a

n/a

n/a

n/a

n/a

n/a

A. összehasonlító példa

80

90

105

120

175

210

240

B. összehasonlító példa

65

90

110

130

165

205

230

n/a=nincs adat

A felsõ részben, és az alsó részben kialakított kivágások hatása (2. példa, és A összehasonlító példa) Annak érdekében, hogy kiderítsük annak a hatását, hogy nemcsak a felsõ részben, hanem a felsõ, és alsó részben is vannak kivágások, két új rotort terveztünk, a 60 rotort (2. példa), amelyet fentebb ismertettünk, és az A. összehasonlító példa szerinti rotort. Az A. összehasonlító példában alkalmazott rotor azonos a 60 rotorral (ugyanolyan méretû, és alakú kivágások vannak a felsõ részben) azzal az eltéréssel, hogy az alaprészben nincsenek kivágásai. A hidrogénkoncentráció idõben történõ csökkenését bemutató grafikont vettünk fel mindkét rotor esetében, és ezeket a 16. ábrán mutatjuk be. Látható, hogy amikor a 60 rotort alkalmaztuk, a hidrogénkoncentráció az olvadékban rendkívül gyorsan csökkent, és lényegében 0,1 ml/100 g olvadék szint alá csökkent. Az az idõ, amely ahhoz volt szükséges, hogy a hidrogénkoncentráció 0,20 ml/100 g olvadék alá csökkenjen, 55 másodperc volt a 60 rotor esetében, míg ez az idõ az A. összehasonlító példában 105 másodperc. Ennek folytán az alaprészben jelen lévõ kivágások, illetve a felsõ részben lévõ kivágások jelenléte, úgy tûnik, fokozza a forgó keverõegység gáztalanító képességét.

35

40

45

50

55 A körszeletszerû kivágások kiterjedésének hatása (a 3. technika állása szerinti rotor, és az 1–4. kiviteli példák) Számos rotort terveztünk annak érdekében, hogy kiderítsük a körcikkszerû kivágások kiterjedésének ha- 60 11

tását a gáztalanítás sebességére az 1–4. példákban. Minden egyes 40, 60, 70, és 80 rotornak négy körszeletszerû kivágása van mind a felsõ, mind pedig az alsó részen, amelyek befelé húzódnak hasonló távolságra (hasonló z/r értékek), de a kivágások kiterjedése a 80, 70, 60, 40 rotorok esetében ebben a sorrendben nõ. A rotorokat a 3. technika állása szerinti rotorral együtt teszteltük, amely az SPR (Foseco) rotor, és a 17A., és 17B. ábrán látható oldal¹, illetve elölnézetben. Az SPR 190 rotornak lényegében hasonló kialakítása van, mint a találmány szerinti rotoroknak, alakja lényegében korong, gyûrû alakú felsõ résszel (42 felsõ rész), és gyûrû alakú alsó résszel (44 alsó rész), amelyek egymástól bizonyos távolságra vannak, és négy 50 osztóelem köti össze õket, amelyek egymástól egyenlõ szögtávolságra vannak elrendezve a 190 rotorok körül. 52 járat van kialakítva minden egyes 50 osztóelem, valamint a 42 felsõ rész, és 44 alaprész között, ahol minden egyes járatnak 54 bemenete van a rotor belsõ felületén, és 56 kimenete a 190a rotor kerület menti felületén. Minden egyes 56 kimenet keresztmetszete nagyobb, mint a megfelelõ 54 bemeneté, és sugárirányban attól kifelé helyezkedik el. 48 nyitott kamra van központosan kiképezve a 44 alaprészben, és felfelé húzódik egészen a 42 felsõ részig. Az SPR rotoron nincsenek kivágások, és ennek folytán x, y, és z értékei nullák. Az x, y, és z értékek, és a 87,5 mm sugarú rotorok megfelelõ arányai a 8. táblázatban láthatók.

1

HU 007 551 T2

2


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

0

0

0

0

3. technika állása szerinti rotor (SPR) 4. (rotor 80)

y/(x+y)

0

100,79

36,65

24,35

27,8

0,267


87,05

50,40

24,76

28,3

0,367


48,87

88,85

25,17

28,8

0,645


24,43

113,01

24,22

27,7

0,822

A hidrogénkoncentrációnak az idõben történõ csökkenését bemutató diagramot vettünk fel minden egyes rotor esetében, és ezt a 18. ábrán mutatjuk be. Azonnal világos, hogy minden találmány szerinti rotor (80, 70, 15 60, és 40) sokkal jobb a 3. technika állása szerinti SPR rotornál a gáztalanítás vonatkozásában. Az SPR rotorral soha sem értünk el 0,3 mm/100 g hidrogénkoncentrációt az olvadékban, míg a 80, 70, 60, és 40 rotorokkal a hidrogén koncentrációja 0,2 mm/100 g olvadék volt el- 20 érhetõ 90, 110, 55, és 80 másodpercen belül. A diagram tanulmányozásából úgy tûnik, hogy a 60 rotor (2. példa) a legsikeresebb rotor a gáztalanítás vonatkozásában, mert a tesztidõszak legnagyobb részében a leg25 alacsonyabb hidrogénkoncentráció volt elérhetõ.

Az egyenes kivágások kiterjedésének hatása (7., 8., és 9. példák) Egy sorozat rotort terveztünk annak érdekében, hogy kiderítsük az egyenes peremû kivágások kiterjedésének hatását a gáztalanítás vonatkozásában, vagyis a 110, 120, és fent ismertetett 130 rotorokat. Ezek a rotorok négy egyenes peremû kivágással vannak ellátva az alap, és a felsõ részen egyaránt, ahol a kivágások hossza [amelyet az y/(x+y) érték jelez] a 110, 120, 130 rotorok esetében ebben a sorrendben növekszik. Az x, y, és z értékek, valamint az ennek megfelelõ arányok a 87,5 mm sugarú rotor esetében a 9. táblázatban láthatók.


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)


48,86

88,58

11,64

13,3

0,644


24,43

113,01

17,62

20,1

0,822

137,44

25,63

29,3

1,000


0

A 19. ábrán a hidrogén koncentrációjának csökkenését az idõben mutató diagramot láthatunk minden egyes rotor esetében. A 110, 120, és 130 rotorok mindegyike jó teljesítményt nyújtott a gáztalanítás vonatko- 40 zásában úgy, hogy a 120, és 130 rotorok egy kicsit alacsonyabb végsõ hidrogénkoncentrációt értek el, mint a 110 rotor. Ez azt sugallja, hogy nagyobb mértékû kivágás (nagyobb, mint az y/(x+y) érték) sikeresebb rotort 45 eredményez a gáztalanítás vonatkozásában. A kivágások mélységének hatása (2., 6. és 7. példák) Egy sor rotort terveztünk annak érdekében, hogy kiderítsük a kivágások mélységének hatását, vagyis azt, 50

hogy a maximális távolság, amelyre a kivágások húzódnak befelé a rotor felsõ, és alsó részének kerület menti felületeitõl, hogyan hat a gáztalanítás sebességére. A 110, 60, és 100 rotorokat fentebb ismertettük. A 110 rotorban lévõ kivágásoknak egyenes pereme van, és a 60, valamint a 110 rotoroknál ez körcikk alakú. Mindegyikük ugyanazt az ívhosszúságot metszi ki [megegyezõ y/(x+y) értékek], de a kivágások mélységét tekintve a 110, 60, és 100 rotorok esetében ebben a sorrendben változik. Az x, y, és z értékek ezeknél a rotoroknál a 10. táblázatban találhatók.


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)


48,86

88,58

11,73

13,3

0,644


48,86

88,58

25,17

28,7

0,644


48,86

88,58

38,89

44,5

0,644

12

1

HU 007 551 T2

A 20. ábrán a hidrogénkoncentráció idõbeli csökkenését bemutató diagramot láthatjuk mindegyik rotor esetében. Az összes rotor sikeres gáztalanítást hajtott végre. Alkalmazásuk a hidrogén koncentrációjának csökkenésében 0,2 ml/100 g, 5 másodperc alatt a 110 rotor esetében, 55 másodperc a 60, és 100 másodperc a 100 rotor esetében. A 60, és 100 jelû rotorok sikeresebbek, mivel a végsõ hidrogénkoncentráció kisebb, mint 0,12 ml/100 g olvadék. Ez azt jelzi, hogy a mélyebb kivágás (nagyobb z/r érték) a gáztalanítás vonatkozásában elõnyösebb. A kimenetek és a bemenetek keresztmetszetének, valamint a kamrának a hatása (2. példa, és B. összehasonlító példa) A B. összehasonlító példát úgy terveztük meg, hogy kiderítsük, milyen hatása van annak, ha nem alkalmazunk kamrát, továbbá olyan járatot, amelynek egyenletes szélessége van, mivel egyenlõ keresztmetszetû kimenetek, és bemenetek határolják, összehasonlítva a találmány szerinti rotorokkal, ahol a gáz, és az olvadék összekeverésére szolgáló kamra van, és ahol a kimenet keresztmetszete nagyobb, mint a megfelelõ bemenet keresztmetszete. A B. összehasonlító példa szerinti rotor hasonló a korábban már ismertetett Diamant™ rotorhoz, amely lényegében korong alakú, és négy sugárirányú furattal van ellátva, amelyek egyenlõ szögtávolságban helyezkednek el a rotor körül. Minden egyes furat a rotor belsõ felületérõl kerület menti felületének irányában húzódik, és ezzel gázkimenetet képez. A B. összehasonlító példában négy kivágást alkalmaztunk, amelyek befelé húzódnak a rotor kerület menti felületétõl. Minden egyes kivágás egy kimenetnél helyezkedik el, és lefelé húzódik a rotor teljes mélységében. Nem alkalmaztunk

5

10

15

20

25

30

35

2

kamrát a gáz, és a fémolvadék összekeveréséhez. A B. összehasonlító példában szereplõ kivágások ugyanolyan méretûek és alakúak, mint a 60 rotor kivágásai (2. példa), így az x, y, és z értékek ezeknél a rotoroknál megegyeznek. A hidrogén koncentrációjának az idõben történõ csökkenését mutató grafikont vettünk fel, és ábrázoltunk a 21. ábrán. A hidrogénkoncentráció gyorsabban csökken, ha a 60 rotort (2. példa) alkalmazzuk, mint amikor a B. összehasonlító példában alkalmazott rotort használjuk. A hidrogén koncentrációja, amikor a 60 rotort (2. példa) alkalmazzuk, alacsonyabb, mint a B. összehasonlító példában elért hidrogénkoncentráció a kísérlet majdnem teljes idõtartama alatt. Ez jelzi, hogy egy kamra, valamint olyan kimenetek jelenléte, amelyek keresztmetszete nagyobb, mint a megfelelõ bemenetek keresztmetszete, kedvezõ hatással van a gáztalanításra. A kimenetek, és a kamra hatása (4. technika állása szerinti rotor, valamint 9. példa) A 9. példa hasonló egy technika állása szerinti rotorhoz, amelyet „Brick” néven ismerünk (amelyet a Pyrotek Inc. gyárt) eltekintve attól, hogy a 9. példában szereplõ rotornak kimenetei, és kamrája van. A „Brick” rotor egyszerûen egy tömör grafittömb, amelyen nincsenek bemenetek, kimenetek vagy kamra. Keresztmetszetében négyzet alakú (merõlegesen a tengely forgástengelyére), de tekinthetõ úgy is, hogy egy olyan körön áll, amelynek négy egyenes peremû kivágása van, ugyanolyan módon, ahogy a 130 rotornál (9. példa). Az x, y, és z értékek a 9. példában, valamint a „Brick” esetében azonosak, és a 11. táblázatban látható 87,5 mm átmérõjû rotorok esetében.


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

4. technika állása szerinti rotor („Brick”)

0

137,44

25,63

29,3

1,000

9. példa

0

137,44

25,63

29,3

1,000

A hidrogén koncentrációjának az idõben történõ csökkenését ábrázoló diagramot vettünk fel, és ábrázoltunk a 22. ábrán. A hidrogén koncentrációja sokkal gyorsabban csökkent, és ért el egy alsó értéket, amikor a 130 rotor (9. példa) került alkalmazásra, mint 50 amikor a 4. technika állása szerinti rotort („Brick”) alkalmaztuk. A hidrogén koncentrációja jelentõsen alacsonyabb volt, ha a találmány szerinti rotort használtuk, összehasonlítva a technika állása szerinti „Brick” rotorral, és ez jelzi, hogy a kimenetek, valamint a 55 kamra jelenléte fokozza a rotor gáztalanító tulajdonságát. Az összes technika állása szerinti rotor (SPR, XSR, Diamant™, és „Brick”) sokkal kevésbé volt hatékony, mint a találmány szerinti rotorok a gáztalanítás vonat- 60 13

kozásában. Az SPR, XSR, és „Brick” rotorokkal nem lehetett elérni 0,2 ml/100 g hidrogénkoncentrációt, jóllehet a Diamant™ rotor elérte a 0,2 ml/100 g koncentrációt, ez azonban 170 másodpercig tartott, amely sokkal hosszabb idõ, mint bármely találmány szerinti rotor esetében. 2. Vizes kísérlet – örvényképzõdés Kísérleteket végeztünk, ahogy azt fent már ismertettük az 1–10. rotor példákban a technika állása szerinti rotorokkal, és két új rotorral, amelyek nem esnek a találmány oltalmi körébe. A hatékonysági tényezõ (E. F.) minden egyes rotor esetében a fenti képlet szerint lett kiszámítva, és az értékeket a 12. táblázatban foglaltuk össze.

1

HU 007 551 T2

2

12. táblázat L1 (mm)

L2 (mm)


735

830

27 (csak fél örvény)

3,5


735

800

nincs adat, az örvény nem megfelelõ

n/a


735

805


n/a


735

865

17

3,0


735

830

23

3,0


735

820

23

2,7

1. példa

735

820

22

2,5

2. példa

735

830

20

2,6

3. példa

735

830

25

3,2

4. példa

735

830

26

3,4

5. példa

735

820

22

2,5

6. példa

735

820

19

2,2

7. példa

735

850

23

3,6

8. példa

735

820

28

3,2

9. példa

735

845

19

2,8

10. példa

735

820

23

2,7

Kísérleteket hajtottunk végre, ahogy fent már ismertettük, annak érdekében, hogy meghatározzuk azt az idõt, amelyre szükség van ahhoz, hogy a színezék 30 egyenletesen elkeveredjen a vízben. Az eltelt idõt és az alkalmazott forgás sebességét (amelyet a 2.1 pontban határoztunk meg) az itt következõ 13. táblázatban mutatjuk be. 35 13. táblázat Forgási sebesség (per perc)

Egyenletes elkeveredésig eltelt idõ (s)


420 (fél örvény)

8


500 (örvény nem megfelelõ)

12


500 (örvény nem megfelelõ)

10


305

7


350

7


390

5

1. példa

360

6

2. példa

350

4

3. példa

355

7

4. példa

370

8

5. példa

290

4

6. példa

330

4

40

45

60 14

Hatékonysági tényezõ (E, F)

Forgási sebesség (per perc)

Egyenletes elkeveredésig eltelt idõ (s)

7. példa

510

6

8. példa

410

5

9. példa

330

4

10. példa

330

6

A felsõ részben, és az alsó részben kialakított kivágások hatása (2. példa, valamint A. összehasonlító példa) Ahogy fentebb már ismertettük, a 2. példában, és az A. összehasonlító példában a rotorok azonosak, eltekintve attól, hogy az A. példában alkalmazott rotornak a felsõ részben vannak kivágásai, és a 2. példában a rotornak a felsõ részben, és az alsó részben is vannak kivágásai. Az E.F. összehasonlítását, és a keverési idõket az itt következendõ 14. táblázatban foglaljuk össze. 14. táblázat

50

55

Örvényképzõdés ideje (s)

Hatékonysági tényezõ (E.F.)

Keveredési idõ (s)

2. példa

2,6

4


3,0

7

A 2. példában kisebb E. F¹et, és alacsonyabb keverési idõt találtunk, mint az A. összehasonlító példában, ami azt jelzi, hogy a felsõ részben és az alsó részben

1

HU 007 551 T2

egyaránt jelen lévõ kivágások javítják az örvényképzõdést, és elõnyös hatással vannak a keveredés idejére is. A körcikkszerû kivágások kiterjedésének hatása (1. technika állása szerinti rotor, valamint 1–4. példák) Ahogy azt korábban már ismertettük az 1–4. példák lényegében ugyanolyanok voltak, eltekintve attól, hogy

5

2

a kivágások mérete [amelyet az y/(x+y) érték jelez] a következõ sorrendben csökken: 1. példa, 2. példa, 3. példa, 4. példa. Az E.F., és a keverési idõ összehasonlítását ezekben a példákban az itt következendõ 15. táblázat segítségével foglaljuk össze.


3. technika állása szerinti rotor (SPR)

0

y (mm)

0

z (mm)

z/r (%)

0

0

y/(x+y)

0

E.F.



10


135,27

37,52

33,76

30,7

0,217

3,4

8


107,50

65,28

32,77

29,8

0,378

3,2

7


49,92

122,87

32,45

29,5

0,711

2,6

4


24,96

147,83

32,45

29,5

0,856

2,5

6

Az 1–4. példákban az E.F. értékek csökkentek, 25 ahogy a kivágások mérete nõtt, például az 1. példában lévõ kivágásoknak, amelyek az egymással szomszédos osztóelemek közötti távolságot teljes mértékben elfoglalták, a legkisebb E.F. értékük volt, amelyet 2,5nek találtunk. E.F. értéket nem mértünk a 3. technika 30 állása szerinti rotor (SPR) esetében, mivel megfelelõ örvény nem alakult ki. A kivágások jelenléte szemmel láthatóan jótékony hatással volt a keveredési idõk alakulására, mivel a technika állása szerinti rotor (amelyen nincsenek kivá- 35 gások) produkálta a leghosszabb keverési idõt. A kivágás mértéke, és a keveredési idõ közötti viszony kevésbé nyilvánvaló, mint ahogy az E.F. értékek esetében, de a két példa, amelyekben a kivágások a legna-

gyobb mértékûek voltak (1., és 2. példa) rövidebb keverési idõket hozott, mint azok, ahol a kivágások kisebbek voltak (3., és 4. példa), így úgy tûnik, hogy a nagyobb terjedelmû kivágásnak általában jótékony hatása volt a vizes kísérletben. Az egyenes kivágások méretének hatása (7., 8., és 9. példa) Ahogy azt korábban már ismertettük, a 7., 8., és 9. példákban mindenhol négyzet alakú rotorokat alkalmaztunk, amelyeknek négy egyenes kivágása volt. A 7–9. példákban a kivágások mértéke a következõ sorrendben nõtt: 7., 8., 9. példa. Az E.F. értékek, valamint a keveredési idõk a 16. táblázatban láthatók.


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

E.F.



45,81

91,63

11,73

13,4

0,667

3,6

6


24,43

113,01

17,62

20,1

0,822

3,2

5

137,44

25,63

29,3

1,00

2,8

4


0

Az E.F. értékek a 7–9. példákban csökkennek, ahogy a kivágások mértéke nõ. A keveredési idõk csökkennek, ahogy a kivágások mértéke nõ a 9. példá- 55 ban, ahol egyenletes keveredési idõt mértünk, amely éppen 4 másodperc. Ezek az eredmények megerõsítik a körszeletszerû kivágásokkal végzett összehasonlítások eredményeit, vagyis a nagyobb méretû kivágások 60 javítják a keveredést. 15

A kivágások mélységének hatása (2., 6., és 7. példák) Ahogy fentebb azt már a 2., 6., és 7. példák esetében ismertettük, mindegyiknek olyan kivágásaik vannak, amelyek lényegében hasonló mértékûek (a kivágások hasonló íveket távolítanak el a C körbõl), de mindegyik kivágás különféle maximális értékre terjed az alaprész és a felsõ rész kerület menti felületétõl a

1

HU 007 551 T2

rotoron (vagyis a kivágás mélységét z/r értékkel jelöljük). A 2., 6., és 7. példában minden egyes kivágás mélysége a következõ sorrendben nõ: 7., 2., és 6. pél-

2

da. Az E.F. értékek és a keveredési idõk a rotorok esetében a 17. táblázatban láthatók.


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

E.F.



49,92

122,87

16,81

15,3

0,711

3,6

6


49,92

122,87

32,45

29,5

0,711

2,6

4


49,92

122,87

45,52

38,65

0,711

2,2

6

Az E.F. értékek csökkennek, ahogy nõ a kivágás mélysége a 6. példában, ahol nagyon alacsony E.F. ér- 15 téket mértünk, amelynek értéke 2,2. A kivágások mélysége, és a keveredési idõ közötti viszony kevésbé nyilvánvaló a 2. példában, ahol a kivágás mélysége közepes, és itt mértük a legrövidebb keveredési idõt. 20 A kimenetek és a bemenetek keresztmetszetének, valamint a kamra hatása (2. példa, valamint B. összehasonlító példa) Ahogy azt fentebb már ismertettük egy új, a találmány oltalmi körén kívül esõ rotort (B. összehasonlító 25

példa) terveztünk annak érdekében, hogy kiderítsük, hogy a kamra, és a kimenetek, valamint a bemenetek alkalmazásának milyen hatása van, ha a kimenetek keresztmetszete nagyobb, mint a megfelelõ bemeneteké. A B. összehasonlító példa hasonló a 2. példához, mivel a kivágások mérete, és alakja azonos, és ennek folytán ugyanazok az x, y, és z értékek adódnak, ahogy azt az alábbi 18. táblázatban láthatjuk 110 mm sugarú rotorok esetében.


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

E.F.



49,92

122,87

32,45

29,5

0,711

2,6

4

B. összehasonlító példa (rotor 160)

49,92

122,87

32,45

29,5

0,711

2,7

5

Annak ellenére, hogy azonos kivágásokkal rendelkeznek, a 2. példa némileg elõnyösebb a B. összehasonlító példánál az örvényképzõdés, valamint a keveredési idõ vonatkozásában. Ezt a 2. példával kapcsola- 40 tos fokozott gáztalanító képességgel együtt vizsgálva azt jelenti, hogy a kamra, valamint olyan kimenetek alkalmazása, amelyeknek nagyobb keresztmetszetük van, mint a megfelelõ bemeneteknek, a fémkezelés so45 rán megfelelõbb rotort adnak.

A kamra, és a kimenetek hatása (technika állása szerinti 4 rotor, és 9. példa) Ahogy azt fentebb már a 4 technika állása szerinti rotor („Brick”) esetében említettünk, amelynek nincsenek bemenetei, kimenetei vagy kamrája, tekinthetõ úgy is, hogy négy egyenes kivágása van, mint a 9. példában. Az x, y, és z értékek a technika állása szerinti 4 rotor, és a 9. példa esetében azonosak, ahogy az itt következendõ 19. táblázatból látható 110 mm sugarú rotor esetében.


y (mm)

z (mm)

z/r (%)

y/(x+y)

E.F.


4. technika állása szerinti rotor („Brick”)

0

172,79

32,22

29,3

1,000

3,0

7


0

172,79

32,22

29,3

1,000

2,8

4

A „Brick” rotornak nagyobb E.F. értéke van, és hosszabb keveredési ideje, mint a találmány szerinti rotornak, jelezve, hogy a bemenetek, kimenetek, és a kamra jelenléte elõnyösen hat a kezelõszerek keveredésére. 60 16

A találmány szerinti összes rotornak egyenletes keveredési ideje van, amely egyenlõ vagy kisebb, mint a technika állása szerinti XSR, Diamant™, és SPR rotoroké (8s, 12s, és 10s).

1

HU 007 551 T2

Következtetések A fenti adatok azt mutatják, hogy a találmány szerinti rotorok elõnyt jelentenek a keverés hatékonyságát illetõen a fémkezelés, és gáztalanítás során. 5 SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Forgó keverõegység fémolvadék kezelésére, ahol az említett eszközben üreges tengely (30) van elrendezve, amelynek egyik végén rotor (40) helyezkedik el, ahol az említett rotor (40) felsõ résszel (42), és alsó résszel (44) van kialakítva, és az említett felsõ rész (42), valamint alsó rész (44) egymástól bizonyos távolságra van elrendezve, és számos osztóelemmel (50) van összekötve; minden egyes szomszédos osztóelem (50) pár, valamint a felsõ rész (42), és az alaprész (44) között húzódó járattal (52) van ellátva, ahol minden egyes járat (52) bemenettel (54) van kialakítva a rotor (40) belsõ felületén, továbbá kimenettel (56) a rotor (40) kerület menti felületén, és ahol minden egyes kimenet (56) nagyobb keresztmetszetû, mint a megfelelõ bemenet (54), továbbá sugárirányban attól kifelé helyezkedik el; áramlási járata a tengelyen (30) át a járatok (52) bemenetéig (54), majd a kimenetek (56) irányába vezet; továbbá kamrával (48) van ellátva, amelyben a fémolvadék és a gáz keveredése végbemegy, ahol a kamra (48) sugárirányban befelé helyezkedik el a bemenetektõl (54), és a rotor (40) alaprészén (44) egy nyílás van kialakítva, továbbá a kamra (48) a tengely (30) és a bemenetek (54) közötti áramlási járatban van kiképezve úgy, hogy alkalmazás közben, amikor az eszköz forog, a fémolvadék beszívódik a kamrába (48) a rotor (40) alaprészén (44) át, ahol összekeveredik azzal a gázzal, amely a kamrába (48) a tengelyen (30) keresztül jutott, és a fém/gáz diszperzió ezt követõen a járatokba (52) jut a bemeneteken (54) át, mielõtt eltávozna a rotorból (40) a kimeneteken (56) keresztül; és ahol számos elsõ kivágás (58a) van kialakítva a felsõ részen (42), továbbá számos második kivágás (58b) van kialakítva az alaprészen (44), és ahol minden egyes elsõ és második kivágás (58a, 58b) szomszédos a járatok (52) egyikével. 2. Az 1. igénypont szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy minden elsõ kivágás (58a) befelé húzódik a rotor (40) külsõ kerület menti felülete irányából, és kimenethez (56) csatlakozik. 3. A 2. igénypont szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a kerület menti felületen kialakított minden egyes elsõ kivágás (58a) kiterjedése nem nagyobb, mint a megfelelõ kimenet (56) kiterjedése. 4. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy minden egyes elsõ kivágás (58a) körszelet alakú, és az elsõ kivágások (58a) szimmetrikusan helyezkednek el a rotor (40) körül. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a második kivá-

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60 17

2

gások (58b) ugyanolyan méretûek és alakúak, mint az elsõ kivágások (58a). 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy az elsõ kivágások (58a) száma egyenlõ a második kivágások (58b) számával. 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a rotornak (40) három, négy vagy öt járata (52) van. 8. A 7. igénypont szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a rotornak (40) négy járata (52) van. 9. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a rotornak (40) pontosan egy kimenete (56) van, és az egyes elsõ, és második kivágások (58a, 58b) közül pontosan egy jut egy járatra (52). 10. Az 1–8. igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a rotornak (160) pontosan egy kimenete (56), továbbá pontosan két elsõ kivágása (162a), és két második kivágása (162b) van minden egyes járatban (52). 11. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, ha a 6. igénypont szerinti, azzal jellemezve, hogy azonos járatban (52) lévõ minden egyes elsõ kivágás (58a) teljes mértékben hasonló a megfelelõ második kivágáshoz (58b). 12. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy az elsõ, és/vagy a második kivágások (58a, 58b) nem több, mint 50%ban, és célszerûen nem több, mint 40%-ban húzódnak befelé a rotor (40) sugara mentén. 13. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy az elsõ, és/vagy második kivágások (58a, 58b) nem több, mint 10%ban, és célszerûen nem több, mint 20%-ban terjednek befelé a rotor (40) sugara mentén. 14. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a rotor (40) kerület menti felülete olyan síkban van, amely merõleges a tengely (30) forgástengelyére, és lényegében kör, továbbá a felsõ részbõl (42) az elsõ kivágás vagy kivágások (58a) által a kör kerületének ívhosszából eltávolított rész, valamint a második kivágás vagy kivágások (58b) által az alaprészbõl (44) eltávolított rész, ahol a második kivágás vagy kivágások (58b) szomszédosak egy adott járattal (52), megszorozva a járatok (52) számával, a kör kerületéhez legalább 0,3, és célszerûen legalább 0,6 arányú. 15. A 14. igénypont szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy az arány nem több, mint 0,9. 16. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység, azzal jellemezve, hogy a tengely (30) és a rotor (40) különállóan vannak kiképezve, és oldható rögzítõelemekkel vannak egymáshoz csatlakoztatva. 17. Rotor az 1–16. igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegységben történõ alkalmazásra, ahol az említett rotornak felsõ része (42) és alsó része (44) van, és ahol az említett felsõ rész (42) és alsó rész (44) egymástól bizonyos távolságra vannak elrendezve, és

1

HU 007 551 T2

számos osztóelemmel (50) vannak egymáshoz csatlakoztatva, továbbá egy járattal (52) van ellátva, amely az egyes szomszédos osztóelem (50) párok, valamint a felsõ rész (42), és az alsó rész (44) között van elrendezve, és minden egyes járatnak (52) bemenete (54) van a rotor (40) belsõ felületén, továbbá kimenete (56) a rotor (40) kerület menti felületén, ahol minden egyes kimenet (56) keresztmetszete nagyobb, mint a megfelelõ bemenet (54) keresztmetszete, és sugárirányban attól kifelé helyezkedik el; továbbá áramlási járattal van ellátva, amely a járatok (52) bemenetein (54) át halad, és a kimeneteken (56) távozik; továbbá egy kamrával (48) van ellátva, amelyben a fémolvadék, valamint a gáz keveredése végbemegy, ahol a kamra (48) a bemenetek (54) sugárirányában befelé van elrendezve, és nyílása van a rotor (40) alaprészén (44), továbbá a tengely (30) és a bemenetek (54) közötti áramlási járatban helyezkedik el úgy, hogy alkalmazás közben, amikor az eszköz forog, a folyékony fém beszívódik a kamrába (48) a rotor (40) alaprészén (44) át, ahol összekeveredik a tengelybõl (30) a kamrába (48) jutó gázzal, és a fém/gáz diszperzió ezt követõen a járatokba (52) jut a bemeneteken (54) át, mielõtt eltávozna a rotorból (40) a kimeneteken (56) keresztül;

5

10

15

20

25

18

2

és ahol számos elsõ kivágás (58a) van kialakítva a felsõ részen (42), továbbá számos második kivágás (58b) van kialakítva az alaprészen (44), valamint az elsõ és második kivágások (58a, 58b) mindegyike szomszédos az egyik járattal (52). 18. Fémkezelõ egység (170) gáztalanításra, és/vagy fémkezelõ szerek bejuttatására, azzal jellemezve, hogy az 1–16. igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegységgel van ellátva. 19. Eljárás olvadt fém kezelésére, amelynek során: (i) a rotort (40), valamint az 1–16. igénypontok bármelyike szerinti forgó keverõegység tengelyét (30) bemerítjük a kezelendõ fémolvadékba, (ii) a tengelyt (30) forgatjuk, és (iii) gázt, és/vagy egy vagy több kezelõszert juttatunk le a tengelyen (30) át az olvadt fémbe a rotoron (40) keresztül, és/vagy egy vagy több kezelõszert juttatunk közvetlenül a folyékony fémbe, és ezzel a fémet kezeljük. 20. A 19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kezelendõ fémet az alumíniumot, az alumíniumötvözeteket, a magnéziumot, és magnéziumötvözeteket, valamint a rezet, és ötvözeteit tartalmazó csoportból választjuk ki. 21. A 19. vagy 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a (iii) lépésben bejuttatott gáz száraz inert gáz.

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

19

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

20

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

21

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

22

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

23

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

24

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

25

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

26

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

27

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

28

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

29

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

30

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

31

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

32

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

33

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

34

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

35

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

36

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

37

HU 007 551 T2 Int. Cl.: F27D 23/04

Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Recommend Documents