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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AU REFROIDISSEMENT DE METAUX FONDUS.
La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Patrick Alexander Tempest Keeping, est relative à un procédé perfectionné pour refroi- dir du métal fondu., et à l'appareillage y relatif.
Dans des méthodes antérieures de refroidissement de métaux fon- dus, par exemple de ceux des métaux non ferreux obtenus aux fours de fusion, on a utilisé comme agent de refroidissement de l'eau circulant dans des conduits en contact avec le métal fondu.
Ce mode de refroidissement ne procure aucune méthode commode pour contrôler la vitesse à laquelle de la chaleur est prélevée.aumétal fondu. Si, à un moment quelconque pendant l'opération. ou après un arrêt, le métal fondu n'est pas aussi chaud qu'il l'est normalement, de sorte que son refroidissement en détermine la solidification, il est impraticable d' arrêter temporairement la soustraction de chaleur en faisant s'écouler l'eau des conduits du fait que si cette vidange était effectuée, les dits conduits seraient échauffés bien au dessus du point d'ébullition de l'eau, et,., la ré-admission de l'eau, de la vapeur serait violemment engendrée.
Par conséquent, au lieu de faire s'écouler l'eau, l'ensemble de l'appareil de refroidissement doit être retiré du métal fondu si la solifification du métal doit être évitée. Egalement, en raison des conduits en mince paroi qui doivent être utilisés à l'effet d'obtenir une bonne transmission de chaleur, des fuites sont courantes et l'eau venant en contact avec le métal fondu est convertie en vapeur avec une violence explosive.
L'invention consiste en une méthode de refroidissement d'un métal fondu, dans laquelle le métal fondu est passé dans une auge ou canal, comportant des sections de refroidissement y disposées.
L'invention consiste en outre en une méthode de séparation de
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métaux fondus dans une solution, dans laquelle la solution est refroidie' en la faisant passer dans une auge ou canal comportant des sections de refroidissement y disposées, et ensuite amenée à une masse tranquille pour compléter la séparation des métaux.
De préférence, les sections de refroidissement mentionnées dans les deux paragraphes précédents sont disposées dans les parties supérieures des auges ou canaux.
L'invention consiste en outre en une méthode de séparation du zinc d'une solution dans du plomb, dans laquelle la solution est refroidie par passage dans une auge ou canal à une température supérieure à la température monotectique (418 C) pour un mélange zinc-plomb et ensuite passée à une masse tranquille pour compléter la séparation des métaux.
L'invention consiste en outre en une auge ou canal pour refroi- dir un métal fondu, comprenant une auge en tôle d'acier, une base en ciment ou une matière analogue de faible conductibilité thermique dans l'auge en tôle d'acier., et un dispositif de refroidissement à eau monté à l'intérieur de l'auge en tôle d'acier au dessus de la base en ciment.
L'invention consiste en outre en une auge ou canal comprenant une pluralité de sections d'auge en tôle d'acier, assemblées entre elles à l'aide de brides terminales, une base en ciment ou une matière analogue de faible conductibilité thermique, s'étendant dans l'auge, et des dispositifs de refroidissement à eau disposés sur l'un ou les deux côtés internes de l'auge au dessus du niveau de la base en ciment.
L'invention consiste en outre en une auge ou canal de refroi- dissement pour refroidir du métal fondu, comportant une partie isolante inférieure dans laquelle ne se produit en substance aucun refroidissement, et des parois latérales supérieures refroidies.
L'invention consiste en outre en une méthode de construction d'une auge ou canal de refroidissement, qui consiste à former une paroi d' auge externe. à y former et conformer un mélange de ciment de façon à procurer une couche épaisse sur la partie inférieure de l'auge, et une couche mince sur les parois latérales supérieures de l'auge, et à fixer des chemises de refroidissement à eau sur les parois latérales en ciment supérieures.
L'invention consiste en outre en une méthode pour contrôler le refroidissement de métal fondu, dans laquelle le métal est passé dans une auge ou canal comportant des sections de refroidissement logées dans sa partie supérieure. et le niveau du métal dans l'auge ou canal est contrôlé de manière à se trouver en dessous du niveau des sections de refroidissement, ou bien de façon à atteindre toute hauteur désirée des sections de refroidissement, suivant la valeur désirée du refroidissement.
Et afin que l'invention puisse être bien comprise on se référera ci-après à une réalisation exemplative illustrée par les dessins annexés sur lesquels:
Fig. 1 est une coupe verticale de l'auge et du dispositif de refroidissement suivant la ligne II-II de lafig. 2;
Fig. 2 est une vue en plan de l'arrangement;
Fig. 3 est une coupe verticale, agrandie, de l'une des chemises de refroidissement à eau; et,
Fig. 4 est une élévation latérale de l'une des sections formant l'auge;
Fig. 5 est une vue perspective avec arrachement, de l'auge et de l'appareil de refroidissement;
Fig. 6 représentée un registre principal; et.
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Fig. 7 est un registre en forme de T.
L'auge ou canal tel que montré fig. 2 est établi en un nombre de sections, chacune d'elles comprenant une auge en tôle d'acier 4 (fig. 1) pourvue de brides terminales 5, plusieurs sections comportant une ou deux chemises de refroidissement à eau, 2. Une base 3 en matière isolante de la chaleur, comme du ciment, s'étend d'une pièce tout le long des auges en des- sous des chemises d'eau 2, bien qu'elle puisse être sectionnée si on le dé- sirait.
Les sections voisines sont assemblées entre elles par boulonna- ge des brides adjacentes avec une couche d'amiante interposée.
Du ciment est coulé dans l'auge 4 après y avoir placé des formes appropriées pour délimiter la surface interne. Le ciment peut s'élever jusqu'au sommet des auges. La configuration du ciment solide est celle des auges à partir du fond jusqu'au niveau des chemises à eau, le ciment étant évidé dans leurs emplacements, le tout comme montré sur les figures. Au dessus du niveau inférieur des chemises d'eau, le ciment forme, s'il a été placé jus- qu' au sommet desauges, une couche verticale 3a suffisamment mince pour permettre d'y placer intérieurement les chemises à eau reposant sur la base de ciment, de manière que les chemlses à eau ne se projettent vers l'intérieur que dans la mesure du sommet de la base èn ciment.
Un trou est perforé dans la couche de ciment supérieure 3a pour des boulons 15 destinés à assujettir les chemises à eau à,l'auge 4.
Lorsque l'installation qui fournit le métal fondu travaille normalement, le métal fondu passe le long de l'auge dans la direction indiquée par des flèches dans la fig. 2, et à une hauteur qui se trouve au dessus du niveau inférieur des chemises de refroidissement à eau, par exemple au niveau 6 dans la fige 1.
Dans un exemple particulier, le métal fondu, du zinc dans du plomb, arrive dans l'auge a partir d'un condenseur à zinc 16 du genre décrit dans le brevet anglais 572.961, dans lequel de la vapeur de zinc est condensée par refroidissement brusque à l'aide d'une pluie de plomb fondu. Le métal est pompé à l'aide d'une pompe 17, et déversé à l'aide du conduit 18 dans une extrémité de l'auge. Le refroidissement dans l'auge est tel que la température du métal fondu reste au dessus de la température monotectique (418 C) pour un mélange zinc-plomb, et ceci, combiné avec la proportion effective. de zinc présent dans le plomb assure que le zinc lorsqu'il se sépare, sera à l'état fondu.
La séparation du zinc se produit effectivement dans les auges et dans le récipient de séparation 8, dans lequel récipient la vitesse du métal est suffisamment réduite pour que cette séparation soit complétée, le zinc presque pur flottant au- dessus du plomb, les couches de métal, cheminant comne une masse en déplacement lent, 9, autour d e la cloison 10. La chicane 11 est disposée à une profondeur telle que la couche supérieure, c'est-à-dire de zinc, ne peut aller plus loin et s'écoule en sortie par un conduit 12 pour former une autre masse le composée de zinc presque exempt de plomb, dans le récipient 14. La couche inférieure de plomb est mmenée au condenseur 16 par le persage 19.
Le métal fondu dans l'auge est maintenu à la hauteur requise par un seuil ou registre principal, fig. 6. La section de l'auge au voisinage 8 est quadrangulaire, et le registre principal est placé à l'extrémité de l'auge qui est adjacente à ce récipient. En ce point une chemise de refroidissement à eau (non-représentée) est disposée dans les parois du réci- pient, juste au delà du registre, et cette chemise forme contact avec le registre pour en assurer un bon transfert de chaleur, de manière que tout métal liquide rampant autour des bords du registre est solidifié et forme un obstacle ou une sorte de joint. Ce joint sert à maintenir le registre fermement en place. Le registre principal comporte un trou un peu au-dessus de son bord inférieur. Ce trou a deux raisons d'être.
Premièrement, lors d'un arrêt, les derniers restes de liquides dans l'auge peuvent ainsi être drainés, ce qui naturellement empêche la formation de matière solide sur le fond.
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En second lieu, lorsque le métal au dessus du niveau du bas des chemises d'eau se refroidit, il tend à changer de place avec le métal plus chaud qui se trouve en dessous, Le trou recueille le métal du fond de l'auge pour égaliser cette balance ou échange. Pour un contrôle fin de la hauteur du métal, un registre en forme de T, fig. 7, peut être placé contre le registre principale et ce registre en forme de T est submergé au niveau désiré. Naturellement on pourrait utiliser tout autre agencement pour ajuster la hauteur du métal dans l'auge.
Il est désirable qu'un état de turbulence soit créé dans le métal fondu contenu dans l'auge.
L'effet de la turbulence est double. Premièrement il donne au métal une vitesse interne qui s'ajoute à la vitesse d'ensemble du métal. Par suite le métal se meut plus, rapidement contre les chemises à eau, et plus de chaleur est extraite par étendue donnée de surface de refroldissement. Secondement, l'état de choses qui existerait lorsque du métal est refroidi s'il n'y avait pas de turbulence serait un état dans lequel de métal plus froid changerait de place avec le métal plus chaud de sorit que le métal du fond serait le plus froid. Dans le cas d'une soindion '-3 sine dans le plomb, lorsque le métal du fond atteint la température monctectique, le métal dans son ensemble ne doit pas être refroidi plus avant, car autrement une certaine quantité du métal du fond précipiterait du zinc solide.
Par conséquent la température finale atteinte par le métal lorsqu'il se mélange dans le récipient de séparation n'est quelquefois pas aussi basse que désirée. Avec de la turbulence, la température en tous points du métal est presque la même, et par suite aucune partie de métal ne se refroidit à 418 C (la température monotectique).
Il est ainsi possible d'atteindre une température d'ensemble plus basse du métal au moment où il rejoint le récipient de séparation, car le niveau du métal pourra être relevé de manière qu'il puisse être davantage refroidi par les chemises à eau. Ce second effet de la turbulence est analogue à l'effet du trou dans le registre principal.
Divers dispositifs ont étâ utilisés pour stimuler la turbulence Ceux plus utilisés sont simplement constitués par des pelles de conformation analogue à celle de l'auge, des ailettes faisant saillie vers l'intérieur à partir du côté de l'auge, ou bien consistent en une tige avec des plaques métalliques pendantes, verticales, non parallèles. En immergeant le dispositif mentionné en dernier lieu dans le métal fondu il l'oblige à changer rapidement de direction et ainsi stimule la turbulence.
Tout dispositif produisant de la turbulence accroît la formation de scorie ou d'oxyde. Ce dernier inconvénient peut toutefois être amoindri en prévoyant une voûte pouvant être placée par dessus le haut de l'auge afin de réduire ?¯'action de l'air sur le zinc. Avec cette protection, les dispositifs produisant de la turbulence peuvent être utilisés avec plus de confian- ce..alternativement, si la voûte mais non le dispositif à turbulence est utilisée, la formation de scorie ou d'oxyde est alors maintenue à un niveau très bas.
Lorsque le four est fermé ou arrêté aucune chaleur n'est fournie au métal du condenseur. Le métal est par conséquent drainé des auges de refreauissement car son passage continuel dans les auges et en retour au condenseur déterminerait un certain refroidissement si la fermeture ou arrêt du four se prolorgeait longtemps assez.
Pendant la fermeture ou arrêt, le métal dans le condenseur se refroidit quelque peu, de sorte qu'à la reprise le métal est plus froid que d'habitude.
Par suite lorsqu'on reprend l'écoulement du métal après une fer- meture du four, le niveau du métal est réglé pour se trouver en dessous du niveau supérieur de la base en ciment 3, par exemple au niveau indiqué par 7 dans la fig. 1. Ceci s'obtient en enlevant le registre (figs. 6 et 7) de manière que. le niveau du métal entrant soit en dessous de celui des chemises à eau.
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De cette façon, bien que le métal fondu s'écoulant dans les au- ges ne soit pas à sa température d'équilibre, l'absence de refroidissement par eau assure la compensation, et le métal liquide ne se solidifie pas. D'une manière analogue, si le métal liquide avant de pénétrer dans l'auge se trouve en dessous de sa température normale., mais nécessite encore un certain refroi- dissement, le registre en T peut être ajusté de manière à réduire la hauteur du métal fondu et par suite réduire l'étendue de transfert de chaleur aux che- mises à eau, ou bien être enlevé.
Cet état de choses peut se présenter par exemple à certains moments pendant le fonctionnement du four, en particulier lorsque le four fonctionne à faible allure alors que peu de chaleur est four- ni au métal dans le condenseur; quelquefois, en semblables occasions, le ni- veau du métal dans l'auge est réduit de manière à n'obtenir que peu ou pas de refroidissement.
Après arrêt pour réparation à l'auge ou aux appareils ou organes environnants (2,3,4) ces réparations peuvent être effectuées rapidement en s'arrangeant pour que seule une petite partie du système comportant le dé- faut ou avarie doive être enlevée. Pendant un tel arrêt, si le four est encore en fonctionnement, le métal dans les condei seurs étant privé de ses moyens de refroidissement, deviendra plus chaud que la normale. Un avantage de disposer d'un système de refroidissement pouvant être rapidement réparé est que le four peut néanmoins être maintenu en marche sans que le métal dans le condenseur ne devienne excessivement chaud.
Lorsque le système de refroi- dissement a été réparé, il peut être immédiatement remis en fonctionnement normal; au début le métal sera trop chaud de sorte que le niveau de métal s'écou- lant dans l'auge peut tout d'abord être réglé quelque peu plus haut que la normale pour absorber la chaleur excédentaire. C'est pour la raison ci-des- sus que le dispositif de refroidissement à eau et les éléments en tôle d'acier ont été établis en sections. Lorsqu'une des chemises de refroidissement 2 doit être remplacée, les conduits à eau d'entrée et de sortie 16 (fige 4) attachés à la chemise, sont enlevés, le boulon 15 est dévissé et la chemise à eau qui n'est pas fixée aux brides ou autrement, sauf par le boulon 15 à la tôle d'acier, est enlevée.
Lorsqu'on désire enlever toute une section, constituée par les éléments 2 et 4, et une partie de la base en ciment 3, les conduits 16 sont enlevés de la ou des chemises d'eau, les brides 5 aux extrémités de la section sont dévissées et la partie de la base en cament se trouvant immédiatement En dessous de la chemise d'eau peut être rompue aux extrémités si on le désire.
La ou les chemises d'eau sont laissées attachées à la tôle d'acier 4 par les boulons 15. Comme l'agencement par sections des refroidisseurs à eau et de la tôle d'acier a délibérément été prévu pour permettre l'enlèvement uniquement d'une partie et non de l'ensemble du système, il est avantageux d'établir chaque section aussi petite que permis en évitant des inconvénients techniques, par exemple un excès de conduits d'entrée et de sortie d'eau.
La forme en auge de refroidissement, dans laquelle beaucoup plus de l'étendue de surface du métal se trouve en contact avec des dispositifs de refroidissement que dans la disposition en tubes mentionnée plus haut, a donné lieu à un transfert de chaleur plus important, et a par suite permis d'établir des chemises d'eau en plus forte épaisseur que les conduits utilisés dans l'autre forme de refroidissement. Il en-est résulté de moindres fuites des refroidisseurs à eau.
La forme préférée d'auge décrite présente, par rapport à un type dans lequel la section de refroidissement se trouve au fond, l'avantage que dans la disposition préférée le métal fondu, s'il se trouve en dessous de sa température d'équilibre lorsqu'il pénètre dans l'auge, ne doit pas être exposé au refroidissement dans une partie quelconque de celle-ci, tandis que dans l'autre disposition, la partie inférieure du métal est exposée au refroidissement et se solidifie. Ce métal solide forme un plancher sur lequel du métal liquide peut passer, ce métal liquide se trouvant dans la partie supérieure non refroidie, et le métal solide est graduellement fondu par le passage du métal en fusion, mais il y a toujours un certain nombre d'inconvénients résultant de ce bloc solide.
La forme préférée prévient cette congélation en
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permettant que le métal liquide ne soit pas du tout exposé au refroidissement lorsqu'on démarre, ou lorsque, pour d'autres raisons, le métal liquide ne doit pas être refroidi.
Egalement, la forme préférée de système de refroidissement par auge a été rendue encore plus efficace pour ce qui concerne le transfert de chaleur que l'autre forme mentionnée, et qu'une autre forme possible dans laquelle le refroidissement par eau règne du sommet jusqu'àu fond de l'auge, et elle a permis la réduction du niveau du métal dans l'auge de manière que la même quantité de refroidissement soit obtenue pour une moindre étendue de transmission de chaleur. Ceci a contribué plus encore à l'absence de fuites dans les refroidisseurs à eau qui sont, comme mentionné plus haut, un désavantage dans la disposition à conduits de refroidissement.
Dans la portée de l'invention, diverses modifications peuvent être apportées aux dispositions décrites.
Ainsi, alors que le refroidissement par eau a été mentionné, il doit être entendu que tout autre fluide réfrigérant convenable, comme un métal fusible par exemple, pourrait être utilisé. Egalement, lorsque le refroidissement par eau est utilisé, l'eau n'est pas nécessairement à la'pression at- mosphérique, mais pourrait se trouver à une pression plus élevée, telle celle d'une chaudière.
REVENDICATIONS.
1. - Une méthode de refroidissement de métal fondu, dans laquelle le métal est passé dans une auge ou canal comportant, y disposées, des sections de refroidissement.
2. - Une méthode de séparation de métaux fondus dans une solution, dans laquelle la solution est refroidie par passage dans une auge ou canal comportant des sections de refroidissement y disposées, et est alors passée à une masse tranquille pour compléter la séparation des métaux.
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IMPROVEMENTS FOR THE COOLING OF MELTED METALS.
The present invention, due to the collaboration of Mr. Patrick Alexander Tempest Keeping, relates to an improved process for cooling molten metal, and to the apparatus relating thereto.
In previous methods of cooling molten metals, for example those of non-ferrous metals obtained in melting furnaces, water circulating in conduits in contact with the molten metal has been used as the cooling agent.
This mode of cooling does not provide a convenient method of controlling the rate at which heat is withdrawn from the molten metal. If at any time during the operation. or after a shutdown, the molten metal is not as hot as it normally is, so its cooling determines its solidification, it is impractical to temporarily stop the heat subtraction by flowing the heat. water from the conduits because if this emptying were carried out, said conduits would be heated well above the boiling point of water, and,., the re-admission of water, steam would be violently generated.
Therefore, instead of flowing water, the entire cooling apparatus must be removed from the molten metal if solidification of the metal is to be avoided. Also, due to the thin-walled conduits which must be used in order to obtain good heat transmission, leaks are common and water coming in contact with the molten metal is converted into steam with explosive violence.
The invention consists of a method of cooling a molten metal, in which the molten metal is passed through a trough or channel, having cooling sections disposed therein.
The invention further consists of a method of separating
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molten metals in a solution, wherein the solution is cooled by passing it through a trough or channel having cooling sections disposed therein, and then brought to a still mass to complete the separation of the metals.
Preferably, the cooling sections mentioned in the previous two paragraphs are arranged in the upper parts of the troughs or channels.
The invention further consists of a method of separating zinc from a solution in lead, wherein the solution is cooled by passing through a trough or channel at a temperature above the monotectic temperature (418 C) for a zinc mixture. -lead and then passed to a quiet mass to complete the separation of metals.
The invention further consists of a trough or channel for cooling molten metal, comprising a sheet steel trough, a cement base or the like of low thermal conductivity in the sheet steel trough. , and a water cooling device mounted inside the sheet steel trough above the cement base.
The invention further consists of a trough or channel comprising a plurality of sheet steel trough sections, joined together with end flanges, a cement base or similar material of low thermal conductivity, s 'extending into the trough, and water cooling devices disposed on one or both internal sides of the trough above the level of the cement base.
The invention further consists of a cooling trough or channel for cooling molten metal, having a lower insulating portion in which substantially no cooling occurs, and cooled upper side walls.
The invention further comprises a method of constructing a cooling trough or channel, which comprises forming an outer trough wall. forming and shaping a cement mixture therein so as to provide a thick layer on the lower part of the trough, and a thin layer on the upper side walls of the trough, and fixing water cooling jackets on the troughs. upper cement side walls.
The invention further comprises a method for controlling the cooling of molten metal, in which the metal is passed through a trough or channel having cooling sections housed in its upper part. and the level of metal in the trough or channel is controlled to be below the level of the cooling sections, or to achieve any desired height of the cooling sections, depending on the desired amount of cooling.
And so that the invention can be fully understood, reference will be made hereinafter to an exemplary embodiment illustrated by the appended drawings in which:
Fig. 1 is a vertical section of the trough and of the cooling device along line II-II of lafig. 2;
Fig. 2 is a plan view of the arrangement;
Fig. 3 is an enlarged vertical section of one of the water cooling jackets; and,
Fig. 4 is a side elevation of one of the sections forming the trough;
Fig. 5 is a perspective view, cut away, of the trough and the cooling apparatus;
Fig. 6 represents a main register; and.
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Fig. 7 is a T-shaped register.
The trough or channel as shown in fig. 2 is established in a number of sections, each of them comprising a sheet steel trough 4 (fig. 1) provided with end flanges 5, several sections comprising one or two water cooling jackets, 2. A base 3 made of heat insulating material, such as cement, extends in one piece all the way along the troughs below the water jackets 2, although it can be cut if desired.
The neighboring sections are assembled together by bolting adjacent flanges with a layer of asbestos interposed.
Cement is poured into the trough 4 after having placed therein suitable shapes to delimit the internal surface. The cement can rise to the top of the troughs. The configuration of the solid cement is that of the troughs from the bottom to the level of the water jackets, the cement being hollowed out in their locations, all as shown in the figures. Above the lower level of the water jackets, the cement forms, if it has been placed up to the top of the troughs, a vertical layer 3a sufficiently thin to allow the water jackets resting on the base to be placed therein. of cement, so that the water pipes project inwards only as far as the top of the cement base.
A hole is drilled in the top cement layer 3a for bolts 15 to secure the water jackets to the trough 4.
When the plant which supplies the molten metal is working normally, the molten metal passes along the trough in the direction indicated by arrows in fig. 2, and at a height which is above the lower level of the water cooling jackets, for example at level 6 in fig 1.
In a particular example, the molten metal, zinc in lead, arrives in the trough from a zinc condenser 16 of the kind described in British Patent 572,961, in which zinc vapor is condensed by sudden cooling. using a rain of molten lead. The metal is pumped using a pump 17, and discharged through the conduit 18 into one end of the trough. The cooling in the trough is such that the temperature of the molten metal remains above the monotectic temperature (418 C) for a zinc-lead mixture, and this, combined with the effective proportion. of zinc present in lead ensures that the zinc when it separates, will be in a molten state.
The separation of the zinc effectively takes place in the troughs and in the separation vessel 8, in which the speed of the metal is sufficiently reduced for this separation to be completed, the almost pure zinc floating above the lead, the layers of metal. , traveling like a slowly moving mass, 9, around the partition 10. The baffle 11 is arranged at a depth such that the upper layer, that is to say of zinc, cannot go further and flows at the outlet via a conduit 12 to form another mass of the almost lead-free zinc compound, in the receptacle 14. The lower lead layer is brought to the condenser 16 via the persage 19.
The molten metal in the trough is maintained at the required height by a threshold or main register, fig. 6. The section of the trough in the vicinity 8 is quadrangular, and the main register is placed at the end of the trough which is adjacent to this container. At this point a water cooling jacket (not shown) is placed in the walls of the container, just beyond the register, and this jacket forms contact with the register to ensure good heat transfer, so that any liquid metal crawling around the edges of the register is solidified and forms an obstacle or some kind of seal. This gasket is used to hold the damper firmly in place. The main register has a hole a little above its lower edge. This hole has two reasons for being.
Firstly, during a shutdown, the last remaining liquid in the trough can thus be drained, which naturally prevents the formation of solid matter on the bottom.
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Second, as the metal above the bottom level of the water jackets cools, it tends to shift places with the hotter metal below, The hole collects the metal from the bottom of the trough to equalize this balance or exchange. For fine control of the height of the metal, a T-shaped register, fig. 7, can be placed against the main register and this T-shaped register is submerged to the desired level. Of course, any other arrangement could be used to adjust the height of the metal in the trough.
It is desirable that a state of turbulence be created in the molten metal contained in the trough.
The effect of turbulence is twofold. First, it gives the metal an internal speed which is added to the overall speed of the metal. As a result the metal moves more, quickly against the water jackets, and more heat is extracted per given area of cooling surface. Second, the state of affairs that would exist when metal is cooled if there was no turbulence would be a state in which cooler metal changes places with hotter metal out of the bottom metal. colder. In the case of a -3 sine treatment in lead, when the bottom metal reaches the monctectic temperature, the metal as a whole does not have to be cooled any further, because otherwise some of the bottom metal would precipitate zinc. solid.
Therefore the final temperature reached by the metal when mixing in the separation vessel is sometimes not as low as desired. With turbulence, the temperature at all points of the metal is almost the same, and therefore no part of the metal cools down to 418 C (the monotectic temperature).
It is thus possible to achieve a lower overall temperature of the metal as it enters the separation vessel, since the level of the metal can be raised so that it can be further cooled by the water jackets. This second effect of turbulence is analogous to the effect of the hole in the main register.
Various devices have been used to stimulate turbulence Those most used are simply constituted by scoops of conformation similar to that of the trough, fins projecting inwards from the side of the trough, or else consist of a rod with hanging, vertical, non-parallel metal plates. By immersing the last-mentioned device in the molten metal it forces it to change direction rapidly and thus stimulates turbulence.
Any device that produces turbulence increases the formation of slag or oxide. This latter drawback can however be reduced by providing an arch which can be placed over the top of the trough in order to reduce the action of the air on the zinc. With this protection, the turbulence generating devices can be used with more confidence ... alternatively, if the arch but not the turbulence device is used, then the formation of slag or oxide is kept at a very high level. low.
When the oven is closed or stopped no heat is supplied to the metal in the condenser. The metal is therefore drained from the cooling troughs because its continual passage through the troughs and back to the condenser would determine some cooling if the closing or stopping of the furnace continued long enough.
During the shutdown or shutdown, the metal in the condenser cools down somewhat, so that on resumption the metal is cooler than usual.
Therefore when resuming the flow of metal after closing the furnace, the level of the metal is adjusted to be below the upper level of the cement base 3, for example at the level indicated by 7 in fig. . 1. This is obtained by removing the damper (figs. 6 and 7) so that. the level of the incoming metal is below that of the water jackets.
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In this way, although the molten metal flowing through the troughs is not at its equilibrium temperature, the absence of water cooling provides compensation, and the molten metal does not solidify. Similarly, if the liquid metal before entering the trough is below its normal temperature, but still requires some cooling, the T-register can be adjusted so as to reduce the height of the trough. molten metal and thereby reduce the extent of heat transfer to the water jackets, or else be removed.
This state of affairs can occur, for example, at certain times during operation of the furnace, in particular when the furnace is operating at low speed while little heat is supplied to the metal in the condenser; sometimes on similar occasions the level of metal in the trough is reduced so as to achieve little or no cooling.
After stopping for repairs to the trough or to surrounding devices or components (2, 3, 4), these repairs can be carried out quickly by arranging so that only a small part of the system containing the fault or damage has to be removed. During such a shutdown, if the furnace is still in operation, the metal in the condensers being deprived of its cooling means, will become hotter than normal. An advantage of having a cooling system that can be quickly repaired is that the furnace can still be kept running without the metal in the condenser becoming excessively hot.
When the cooling system has been repaired, it can immediately be put back into normal operation; at first the metal will be too hot so that the level of metal flowing into the trough can first be set somewhat higher than normal to absorb the excess heat. It is for the above reason that the water cooling device and the sheet steel elements have been established in sections. When one of the cooling jackets 2 needs to be replaced, the inlet and outlet water pipes 16 (pin 4) attached to the jacket are removed, the bolt 15 is unscrewed and the water jacket which is not attached to the flanges or otherwise, except by bolt 15 to the steel sheet, is removed.
When it is desired to remove an entire section, consisting of elements 2 and 4, and part of the cement base 3, the conduits 16 are removed from the water jacket (s), the flanges 5 at the ends of the section are unscrewed and the part of the cament base immediately below the water jacket can be broken off at the ends if desired.
The water jacket (s) are left attached to the steel sheet 4 by the bolts 15. As the sectional arrangement of the water coolers and the steel sheet has been deliberately designed to allow removal only of the water jacket. As part and not of the whole system, it is advantageous to make each section as small as possible avoiding technical drawbacks, for example an excess of water inlet and outlet pipes.
The cooling trough shape, in which much more of the surface area of the metal is in contact with cooling devices than in the above-mentioned tubular arrangement, has resulted in greater heat transfer, and consequently made it possible to establish water jackets in greater thickness than the ducts used in the other form of cooling. This resulted in less leakage from the water coolers.
The preferred form of the trough described has, over a type in which the cooling section is at the bottom, the advantage that in the preferred arrangement the molten metal, if it is below its equilibrium temperature. when entering the trough, should not be exposed to cooling in any part thereof, while in the other arrangement the lower part of the metal is exposed to cooling and solidifies. This solid metal forms a floor over which liquid metal can pass, this liquid metal being in the uncooled upper part, and the solid metal is gradually melted by the passage of the molten metal, but there are always a number of 'disadvantages resulting from this solid block.
The preferred form prevents this freezing by
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allowing the molten metal not to be exposed to cooling at all when starting up, or when, for other reasons, the molten metal is not to be cooled.
Also, the preferred form of trough cooling system has been made even more efficient with regard to heat transfer than the other form mentioned, and another possible form in which water cooling prevails from the top to the top. at the bottom of the trough, and it allowed the reduction of the level of metal in the trough so that the same amount of cooling was obtained for a lesser extent of heat transmission. This has further contributed to the absence of leaks in water coolers which are, as mentioned above, a disadvantage in the cooling duct arrangement.
Within the scope of the invention, various modifications can be made to the arrangements described.
Thus, while water cooling has been mentioned, it should be understood that any other suitable refrigerant fluid, such as fusible metal for example, could be used. Also, when water cooling is used, the water is not necessarily at atmospheric pressure, but could be at a higher pressure, such as that of a boiler.
CLAIMS.
1. - A method of cooling molten metal, in which the metal is passed through a trough or channel having cooling sections arranged therein.
2. - A method of separating molten metals in solution, in which the solution is cooled by passing through a trough or channel having cooling sections disposed therein, and then passed to a still mass to complete the separation of the metals.