DE1927973A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von fluessigem Metall,insbesondere fluessigem Aluminium - Google Patents

Description

DIPWCHEM. W. RÜCKER DIPL-ING. S. LEINE PATENTANWÄLTE

. PoHintanw«h» W. tOdtw. S. Irin«. 3 Honnovw, Am KtoiwitiOfM 10-11

" THE BRITISH ALUMINIUM COMPANY MMITED

3 HANNOVER. AM KLAGESMARKT 1O-I1

28. Mai 1969

TELEFON (Olli) 1 24 O2 UNO I 24 OS KASEL: BIFAT HANNOVER

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Verfahren und Torriobtune bus Reinigung ton

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auftreten, die beispielsweise in der Ableitung von Dämpfen liegen, was kostspielige Einriebtungen erforderlich macht, wogegen bei der Behandlung von Stickstoff das Metall durch die Bildung nichtmetallischer Einschlüsse verunreinigt wird.

Für die Entfernung von Einschlüssen sind auch verschiedene Filttrverfabren vorgeschlagen worden, wie sie beispielsweise in den britischen Patentschriften 701 273 und 831 637 beschrieben sind, wonaob das Metall durch Kamee rn bindurcbatrönen gelassen wird, in welchen eioh ein Bett aus eine« feuerfesten Granulat befindet. Blase beiden !•■eern sind durob eine Trennwand voneinander getrennt. Das bavoriugte filter»tarlaI dar britischen Patentschrift 831 637 ist ain plattobtnförmigea Aluminiumoxid von 3 bis ASTM-Haacben, weichte tintr Öffimageweite von etwa 1,30 «α bis 6,35 «ι entspricht, Dlaaaa Aluminiumoxid lieft auf ainaxr Sohiobt ein· β groben Granula ta von einer Teilchengröße von etwa 6 χ 16 «α, In dar US-Patantaohrift 3 039 864 wird angeregt, da· Katall durch sina liltareobioht fließen au !aasen und gleichzeitig «in inartaa Öaa, beispielsweise Argon, durota diesa Sobioht nach oban hindurobiueohiclian, wabai aina gawlaaa Batgaaua« *umwm* mit ί·ϊ liltriUou tUtfitt. Wm ist i«4aeh flbllob, it« liitgiaeigaaparatioii, S. B. «it Oblor, la «iue« KareheIta»fen durob»uführea, aha dta MataIl derob 4a* tilts» bindurobfliaet. Mm Ü8-Patantachrift 3 039 864 svvlbftt, I·· «tioiatoff anatalla von

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Argon verwandt werden kann, wenn man die Bildung von Nitriden in Kauf nehmen kann. Chlor jedoch ist unerwünscht, weil es die Bildung von Chloriden stark steigert, wodurch der Filter sehr bald verstopft wird. Eine Untersuchung des Pilterbettes eines solchen Filters nach der Verwendung zeigt, daß Oxide und andere nichtmetallische Einschlüsse in dem Material in den Zwischenräumen zwischen dem plättchenförmigen Aluminiumoxid eingeschlossen sind, daß das Metall diese Plättchen aber nicht benetzt. Daraus geht hervor, daß die herausgefilterten Verunreinigungen locker in dem Filterbett enthalten sind und sich leicht wieder lösen, wenn das Filter unbeabsichtigt erschüttert oder aufgelockert wird, um einen schnelleren Metallstrom zu erzeugen. Das Filterbett ergibt somit also keine eigentliche Filterwirkung, sondern gestattet nur ein Absetzen der Verunreinigungen aus dem flüssigen Metall, wenn dieses gleichmäßig ruhig durch die vielen Kanäle zwischen den Plättchen hindurchfließt. Es sind besondere Maßnahmen notwendig, um das Metall zuerst dazu zu bringen, durch diese Art Filterbett hindurchzuströmen, dessen Mindestdicke etwa 15 cm beträgt. Eine teilweise Blockierung des Stromes kann während des Gebrauchs eintreten, so daß ein beachtlicher hydrostatischer Druck erforderlich ist, durch den die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit, die für ein mehrfaches Gießen großer Blöcke etwa 300 kg pro Minute beträgt, aufrechterhalten werden kann·

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Es wurde nun gefunden, daß man nichtmetallische Einschlüsse aus dem flüssigen Aluminium dadurch entfernen kann, daß man das Aluminium durch eine Reinigungsvorrichtung hin-.durchfließen läßt, welche aus einem Bett besteht, das eine Mehrzahl von mit einem Flußmittel ausgekleideten, gewundenen oder gebogenen Kanälen besitzt. Das Bett kann z.B. aus einem sehr groben Granulat bestehen, dessen Oberfläche mit einer dünnen Schicht eines flüssigen Flußmittels behandelt ist. Aluminiumoxidkugeln von etwa 18 mm Durchmesser sind recht brauchbar.

Durch eine derartige Reinigungsvorrichtung lassen sich Einschlüsse außerordentlich wirkungsvoll entfernen, wobei sich eine Reihe zusätzlicher sehr wesentlicher Vorteile ergeben. Durch die Flußmittelschicht auf den Aluminiumoxidkugeln z. B. werden diese durch das Metall benetzt, und die im Metall befindlichen Einschlüsse kommen mit dem Flüßmittelfilm in Berührung und haften an diesem fest an. Folglich werden die Einschlüsse in dem Bett zurückgehalten und lösen sich nicht wieder, wenn das Bett einer Erschütterung oder einer sonstigen Einwirkung ausgesetzt ist. Aufgrund der groben Struktur des Bettes sind keine besonderen Schritte erforderlich, das Metall zum Hindurchströmen zu veranlassen. Außerdem besteht nicht die Gefahr, daß sich die Reinigungsvorrichtung verstopft, und das Metall fließt durch das Bett hindurch, ohne daß ein hydrostatischer Druck aufgewandt werden muß.

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Die gewundenen Kanäle werden durch das Reinigungsbett oder eine Schicht aus einem groben feuerfesten Granu-. lat, das mit Flußmittel Überzogen ist, gebildet.

Das grobe feuerfeste Granulat ist vorzugsweise Aluminiumoxid und kann die Form von Kugeln haben, deren Durchmesser in der Größenordnung von etwa 18 mm liegt und vorzugsweise nicht kleiner ist als etwa 9 mm. Geeignete Flußmitteigemisohe sind weiter unten in Tabelle I enthalten.

Obgleich Versuche gezeigt haben, daß nur eine gerin- j ge !Tendenz besteht, daß das Flußmittel von dem Metall bei dessen Durchgang entfernt wird, kann das behandelte Metall, falls gewünscht, von enthaltenem Chlorid dadurch befreit werden, daß man ea duroh ein Granulat, welches nicht beschiohtet ist, beispielsweise durch Aluminiumoxidkugeln, welche leicht von Flußmitteln benetzt werden, die auf Cbloridbasia aufgebaut sind, hindurohschiokt. Obgleich das Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung außerordentlich wirkungsvoll ist, die nichtmetallischen Einschlüsse zu entfernen, ist es weniger wirkungsvoll, Zusammenschlug- I se aus intermetallischen Teilchen, B. B. titaniumreioben Teilchen, die in dem flüssigen Metall suspendiert sein können, zu entfernen. Um diese zu entfernen, kann das Metall durob ein zweites Bett bindurcbfließen, welches aus einer Schiebt unbesohiohteten feuerfesten Granulats besteht, in der die intermetallischen Verbindungen in den Zwischenräu-

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men der Schicht ausfallen. Vorzugsweise strömt das Metall durch das zweite Bett von unten nach oben hindurch.

Der Verscbmutzungseffekt von Stickstoff beim Entgasen von Aluminium ist bekannt, und aufgrund dessen bat Stickstoff als Entgasungsmittel für Aluminium nur geringe praktische Verwendung gefunden. Sie Einsoblüsse, die sich bei der Behandlung von Aluminium mit Stickstoff ergeben, führen zu einer Blasenbildung, wenn ein Huster des flüssigen Metalls unter niedrigem Druck., beispielsweise im Sträube-Pfeiffer-Test, erstarrt, selbst dann, wenn der Wasserstoffgehalt des Metalls sehr niedrig ist. Folglich kann das fortschreiten der Gasentfernung durob Stickstoff niobt obne weiteres durob diesen !Pest erkannt werden. Stattdessen verwendet man teurere Entgasungseittel, beispielsweise Chlor und Heiaohiorätban.

Ss wurde nun gefunden, daß der Verschmutzungseffekt durob Stickstoff erheblich verringert werden kann, indem Stickstoff in das Metall dann eingeleitet wird, wenn man auf den flüssigen Metall eine zusammenhängende Abdeckung aus einem flüssigen Flußmittel aufrechterhält. Dieses Verfahren ist niobt auf die Verwendung von Stickstoff be

schränkt, denn auch andere Gase, wie Argon, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, können verwandt werden.

Die Erfindung erstreckt sieb somit auch auf das Entgasen geschmolzenen Metalls, insbesondere geschmolzenen

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Aluminiums, dadurch* daß ein im wesentlichen inertes Gas durch das Metall bindurcbgeleitet wird, wobei man auf dem Metall eine geschlossene Abdeckung aus einem flüssigen Flußmittel aufrechterhält und man anschließend das Metall durch eine Vorrichtung hindurchleitet, die aus einer Vielzahl von mit einem Flußmittel überzogenen Kanälen besteht.

Vorzugsweise sollte das Gas, beispielsweise Stickstoff, in das Metall durch ein Rohr oder einen Stein aus einem porösen, nicht kohlenstoffhaltigen, feuerfesten Material eingeleitet werden. ™

Die größte Verschmutzung des Metalls erhält man dann, wenn man das Gas durch ein poröses Graphit- oder Kohlenstoffrohr ohne eine Flußmitte!abdeckung einleitet. Es lassen sieh jedoch derartige Kohlenstoffrohre verwenden, wenn eine Flußmittelabdeckung auf dem flüssigen Metall aufrechterhalten wird und insbesondere dann, wenn das Metall anschließend durch eine Schicht groben feuerfesten Materials hindurchfließt, das mit einem Flußmittel überzogen ist. Selbst ein perforiertes Eisenrohr kann verwandt werden, ä jedoch ist das nicht besonders-ratsam; obgleich das flüssige Metall dadurch nicht verschmutzt, so kann doch irgendeine Schutzschicht, die auf das Rohr aufgebracht ist, durch das Flußmittel benetzt werden, worauf schließlich das Rohr durch das geschmolzene Aluminium angegriffen werden kann. Das Eisenrohr kann mit einem glasartigen Emailleüberzug

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versehen Bein, um den Angriff des flüssigen Aluminiums herabzusetzen.

Falls ein poröses kohlenstofffreies feuerfestes Rohr oder ein derartiger Stein zur Einleitung von Stickstoff verwandt wird und eine Abdeckung aus einem flüssigen Flußmittel auf die Oberfläche des Metalls aufgebracht ist, tritt keine Verschmutzung des Metalls ein, ja sogar Metall, welches aus Versuchsgründen absichtlich verschmutzt wurde, beispielsweise durch Zugabe eines Anteils eines öligen Schleifetaubes ünd/oder durch eine Stickstoffbehänd lung über ein Graphitrohr ohne Flußmittelabdeokung, läßt sich tatsächlich reinigen, indem man eine flüssige Flußmittelabdeckung vorsieht und das Metall mit Stickstoff begast. Je heftiger der Stickstoffstrom ist, um so größer ist die Reinigungswirkung wegen des erhöhten Eontaktes zwischen dem Metall und der Flußmittelabdeckung. Bei der konventionellen Behandlung von Aluminium vermittels Kohlenstoffrohren ohne kontinuierliche Abdeckung durch ein flüssigee Flußmittel trat gerade das Gegenteil ein, nämlich, je heftiger der Stickstoffstrom war, um so schmutziger wurde das Metall. Venn die Begasung mit Stickstoff durchgeführt wird unter Verwendung poröser, feuerfester Rohre, gibt es keine Schwierigkeiten, den Straube-Pfeiffer-Test zur Bestimmung des Fortschritts der Gasentfernung anzuwenden.

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Durob die Anwendung der Erfindung der Reinigung des Metalls unter Verwendung einer flußmittelbescbiobteten groben feuerfesten Körnung und die Behandlung des Aluminiums mit Stickstoff, ohne daß Verschmutzungen eintreten, wird eine in einer Stufe ablaufende Metallbehandlung ermöglicht, durch die auf der Eingangsseite flüssiges Metall, welches unbebandelt ist, zugeführt wird und sich auf der Ausgangsseite gereinigtes Entgasungsmetall ergibt, das unmittelbar zur Herstellung von Barren oder Blöcken verwandt werden kann, die den anspruchsvollsten Verwendungszwecken zügeführt werden können. Dieses erfindungsgemäße Ergebnis kann duroh die Kombination der folgenden Merkmale erreicht werden:

1. Das Metall tritt in eine erste Kammer einer Vorrichtung ein, indem es duroh eine Sohioht flüssigen Flußmittels, die auf dem in der Kammer vorhandenen Metall schwimmt, bindurobfällt oder indem das Metall unter der Flußmittels bdeokung unter Verwendung eines Vehres sbuströmt.

2. Stiokstoff wird duroh das flüssige Metall in der ersten Kammer unter der Flußmittelsbdeckung vorzugsweise über ein kohlenstofffreies, poröses, aus einem feuerfesten Material bestehendes

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Rohr oder einem Stein hindurch eingeleitet.

3. Das Metall strömt durch ein Bett oder eine Säule aus einer mit einem Flußmittel beschichteten groben feuerfesten Körnung in eine zweite Kammer.

4. Das Metall strömt durch eine Schiebt oder durch eine Säule einer unbesohichteten groben feuerfesten Körnung in die zweite Kammer und ist dann zum Gießen bereit.

Einige Ausfübrungaformen der Erfindung werden nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 einen schemetisoben Schnitt äurote ©ine Vorrichtung zur Entgasung und Reinigung geschmolzenen Aluminiums gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine abgeänderte Ausgeetaltungsform ähnlich der der Fig. 1,

Fig. 3, 4 und 5 Abänderungen eines feile der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 6 eine weitere Ausgeetaltungsforia der In Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und

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Pig. 7 und 8 weitere Abwandlungen der Vorrichtung.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 ist ein Tiegel 1 mit einer langen Gießrinne 1a vorgesehen und in welchem eine Trennwand 2 angeordnet ist, die in den Tiegel hineinragt und diesen in zwei Kammern A und B unterteilt. Beide Kammern stehen am unteren Ende der Trennwand 2 miteinander in Verbindung. Ein Rohr 3 erstreckt sich in die Kammer A hinein und endet in einem porösen Stopfen 3a aus einem kohlenstoffreien feuerfesten Material. Eine Gasdüse 4 ist außerhalb des Tiegels 1 angeordnet, um dessen Inhalt zu erhitzen. Eine Schicht aus flußmittelbeschichteten Aluminiumoxidkugeln 5 mit einem Durchmesser von etwa 18 mm ist in der Kammer A enthalten und ein weiteres Bett unbesehichteter Aluminiumoxidkugeln von etwa 6 mm Durchmesser ist in der Kammer B enthalten. Die Schicht der unbeschichteten Kugeln 6 kann sich bis unterhalb der Trennwand 2 erstrecken. Eine Gießrinne 7 ist vorgesehen, über die das geschmolzene Aluminium aus einem Warmhalteofen (nicht gezeigt) in die ä Kammer A geleitet wird. Die Gießrinne 1a erstreckt sich von der Kammer B aus in eine weitere Gießrinne 8.

Im Betrieb wird die oben beschriebene Vorrichtung mit einer Menge flüssigen Aluminiums beschickt und das in der Kammer A befindliche Aluminium mit einer Schicht 9 eines Flußmittels abgedeckt. Das geschmolzene Aluminium

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tritt in die Kammer A aus der Gießrinne 7 ein und fällt dabei durch die Schicht 9 aus Flußmittel. Das Metall wird durch ein Gas, beispielsweise Stickstoff, welches über das .Rohr 3 zugeführt wird und aus dem Stopfen 3a austritt und dabei durch das geschmolzene Aluminium in der Kammer A hindurchperlt, entgast. Da die Gießrinne 1a unterhalb des Pegels liegt, auf welchem das geschmolzene Aluminium in der Kammer A gehalten wird, findet ein kontinuierlicher Strom von geschmolzenem Aluminium aus der Kammer A in die Kammer B statt und von dieser über die GieSrinne 1a in die Gießrinne 8. Das geschmolzene Aluminium fließt somit aus der Gießrinne 7, fällt dabei durch die Flußmittelschiebt 9 in die Kammer A, wo es durch das Stickstoffgas entgast wird, strömt nach unten durch die Schicht aus flußmittelbescbichteten Kugeln 5 hindurch, in der nichtmetallische Einschlüsse entfernt werden, strömt unterhalb der Trennwand 2 hindurch und nach oben durch das Bett der unbeschichteten Kugeln 6, durch welche intermetallische Teilchen und Flußmittelreste entfernt werden und fließt dann über die Gießrinne 1a ab, um in die Gießrinne 8 zu gelangen, wo es dann zum Gießen bereit ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausgestaltungsform ist in vieler Hinsicht der in Fig. 1 gezeigten und oben beschriebenen ähnlich. In diesem Fall ist der Tiegel 1 durch einen Behälter 1b, der mit einem feuerfesten Ziegelwerk

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ausgestattet ist, ersetzt, und der Stopfen 3a ist durch ein poröses Rohr 3b aus feuerfestem, kohlenstofffreiem Material .ersetzt. Die Gießrinne 7 ist zur Kammer A bin unterhalb des Pegels der Flußmittelabdeckung 9 geöffnet, die zwischen der Trennwand 2 und einer weiteren Trennwand 2a und den Seitenwänden des Behälters 1b eingeschlossen ist. Die Trennwand 2a dient auch dazu, von der Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Haut abzustreichen, welches aus dem Ofen bzw. der Ofenöffnung 10 in die Kammer A einströmt. In diesem Falle 1st | der Gasbrenner 4 des Ausftibrungsbeispiels naob Fig. 1 nicht erforderlioh, sondern der Behälter 1b wird durch eine Gasflamme, ehe das flüssige Aluminium und die Kugeln 5 und 6 ohargiert werden, vorgewärmt. Es können auch Heizelemente in die Kammer A eingetaucht werden, um so eine bessere Temperaturregelung des Metalls zu erzielen. In den Fig. 3, 4 und 5 sind weitere Ausgestaltungsforiaen dargestellt, die zur Einleitung des flüssigen Aluminiums in die Eamser A aus der Gießrinne 7 benutzt werden können. In Flg. 3 ist die Gießrinne 7 mit einem rohrförmigen AualaS 7a versehen, " der bis unter die Flußaittelsebieht 9 reicht. In Flg. 4 und 5 endet die Gießrinne 7 in einem etwa sohüsselförmig ausgestalteten Teil, das ein perforiertes Sieb 7® aus einem feuerfesten Material bildet, das das .flüssig* Metall, wenn ee in die Kammer A eintritt, in einzelne Ströme unterteilt. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 4 ist daa Sieb 7b

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innerhalb der Flußmittelabdeckung 9 angeordnet, und bei der Ausgestaltung nacb Fig. 5 liegt es oberhalb der Flußraittelabdeckung 9. Zusätzlich oder anstelle der Verwendung eines feuerfesten Siebes 7b kann eine Prallplatte (nicht gezeigt) verwandt werden, die in der Flußmittelabdeckung 9 liegt und die dazu dient, den Strom des flüssigen Aluminiums, wenn er in die Kammer A eintritt, zu zerteilen, wodurch die Reinigung und die Entgasung flüssigen Metalls unterstützt werden.

Sei der Ausgestaltung nacb Fig. 4 schließen sich an die Kammern A und B weitere Kammern G und D an, die duroh zusätzliche Trennwände 2b und 2c gebildet sind. Me Trennwand 2b eretreokt siob von unten nach oben und geht voir Boden des Tiegels 1 oder des Behälters 1a aus und endet unterhalb des Pegels äes fLüseigen Aluminiums, während die Trennwand 2o von oben in das flüssige Aluminium hineintaucht und in eine weitere Schicht nichtbesobicbteter großer feuerfester Kugeln 6a, beispielsweise aus Aluminiumoxid und einem Durchmesser von etwa 18 mm, hineinragt. Das flüssige Aluminium, welches die Kammer B verläßt, strömt sodann über die Trennwand 2b hinweg in die Kammer 0 nach unten durob die Schicht unbesohicfateter Kugeln 6a und unter der Trennwand 2c hinduroh, steigt durch die Schicht unbesohiohteter Kugeln 6a nach oben und verläßt den Behälter über die Gießrinne 8. Dieser Weg des Metalls duxob die Kuge!schiebten 6a ergibt eine Steigerung in der Wirksamkeit,

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insbesondere hinsichtlich der Befreiung des Metalls von Flußraittelresten aufgrund des Abwärtsstromes des Metalls durch die unbesohichteten Kugeln 6a in der Kammer C. Das Flußmittel, welches leichter ist als das flüssige Aluminium, steigt in der Kammer nach oben.

Die beiden Stufen des oben beschriebenen Verfahrens, nämlich erstens die Entgasung des flüssigen Aluminiums und der Weg durch die Sohicht flußmittelbescbicbteter Kugeln 5 und zweitens der Strom des flüssigen Aluminiums durch die Schicht unbescbichteter Kugeln 6, können in getrennten Be- ™ haltern vorgenommen werden. In einem solchen Jail kann die Kammer B fortfallen und durch die Kammern C und D ersetzt werden. Auch wo der Raum zwischen dem Warmhalteofen nicht ausreicht, eine Vorrichtung gemäß i"ig. 2 aufzunehmen, könnte wenigstens eine Schicht der Kugeln 5 und 6 auf der Länge der Gießrinne 8 angeordnet und durch geeignete Trennwände begrenzt werden. Der Entgasungsvorgang könnte unter einer Flußmittelabdeckung im Warmhalteofen stattfinden, beispielsweise in einer besonderen Abteilung.oder in einem Vorbrünnen. ä

Ein anderer Weg, das Verfahren in zwei praktischen Stufen durchzuführen, ist in Pig. 7 gezeigt. Dieser ist dem in Eig. 6 gezeigten sehr ähnlich, jedoch sind die Kammern A und B in einem Tiegel 1 enthalten und die Kammern C und D in einem getrennten Tiegel 11. Die beiden Tiegel sind über eine Rinne 12 miteinander verbunden. Auch hierbei fließt

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das flüssige Metall zunäobst in die Kammer A unterhalb der Flußmittelsobicht 9 ein, die durch eine Trennwand 2a wie im Beispiel 2 abgegrenzt ist. Das Stickstoffgas wird über eine Seitenwand zugeführt und tritt aus einem porösen, feuerfesten Rohr 3b aus.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 8 wird die Entgasung unter Flußmittel in einem besonderen Behälter 13 durchgeführt, der mit einer Ziegelauskleidung versehen ist. Das Metall strömt unterhalb der Flußmittelscbicht, die durch eine Trennwand 2a begrenzt ist, ein, fließt unter der Trennwand 2 nach oben hindurch, um dann in die Rinne 12 überzuströmen, aus der es in den mit Trennwand versehenen Tiegel 14 einfließt, der eine Sohicht aus Aluminiumoxldkugeln enthält, von denen wenigstens die obere Schicht mit Flußmittel beschichtet ist. Auf der anderen Seite der Trennwand sind unbeecbicbtete Kugeln 6 enthalten. Wie bereits weiter oben erwähnt, brauchen aus praktischen Gründen die Kugeln 5 nicht von Anfang an mit Flußmittel beschichtet zu sein, denn nur einige Minuten Betriebszeit sind erforderlich, damit so viel der Kugeln mit dem Flußmittel beschichtet werden, daß das Verfahren ordnungsgemäß und wirkungsvoll abläuft. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, wird das Stickstoffgas dem flüssigen Metall unterhalb der Flußmittelabdeckung über zwei poröse, feuerfeste Rohre 3b zugeführt.

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Das poröse, feuerfeste kohlenstofffreie Material, welches zur Einleitung des Gases, beispielsweise Stickstoff ₉ in das flüssige Aluminium verwandt wird, kann von irgendeiner bekannten Art sein, beispielsweise aus einem feuerfesten Material mit einem hoben Aluminiumoxidgehalt, aus Siliziumkarbid, siliziüranitratgebundenem Siliziumkarbid und Zlrkonoxid. Diese Materialien sind befriedigend, wenn sie von ausreichender Porosität sind, jedoch sollte man einen hoben Siliziumgehalt vermeiden. Stücke des feuerfesten Materials werden zu Stopfen oder Steinen geformt, ™ mit einer Bohrung verseben und auf das Rohr aufgesetzt, über das das Gaa dem Stein oder dem Stopfen zugeführt wird, oder das feuerfeste Material wird in Form eines Rohres benutzt. Die Stopfen oder die Rohre können in die Wand des Behälters einzementiert werden oder können sogar ein Teil des Bodens bilden.

Die grobe feuerfeste Körnung, die in den Schichten 5, 6 und 6a benutzt wird, kann aus Ohromit, Korund, Porsterit, Magnesiumspinell, Magnesiumfluorid, PerIkLaS₉ Silizium- ä karbid oder Zirkon bestehen. Alle sind hinsichtlich geschmolzenem Aluminium als ohemiscb inert anzusehen* Sie können im Falle der Schichten 6 und 6a aus porösem oder nioht porösem Graphit bestehen, jedooh ist in allen Pälien Aluminiumoxid in Kugel- oder Tablettenform vorzuziehen, so daß sieh eine offene Packung und keine Blockierung des Durchganges er-

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gibt und wodurch die Verwendung von mit Flußmittel beschichteten größeren Kugeln 5 möglich wird. Die Körnung sollte den Überlauf eines Siebes mit einer Mascbenöffnung von etwa 12 mm darstellen, vorzuziehen sind aber Kugeln mit einem Durohmesser von etwa 18 mm.

Die Temperatur des flüssigen Aluminiums während der Behandlung sollte im Bereiohe von 675 bis 800° C, Vorzugs-^ weise im Bereiohe von 700 bis 750° C₅ liegen.

Geeignete Zusammensetzungen für die Flußmitteleohicbt 9 und die Flußmittelbescbiotatung der Kugeln 5 sind in Tabelle I enthalten.

Tabelle I
geeignete FluSmitte!zusammensetzungη (Gew.-$)

	KCl	FaCl	Na? oder Kryolitl	BaCl2	MgCl2	CaF2
Fluß mittel A	45-65	33-55	0-5			0-10
B	35-55	25-45	5-25	-	-	-
C	30-55	20-45	«.	-	5-30	0-10
D1	15-35	—	0-5	65-85	-	0-10
D2	-	15-35	0-5	65-85	—	0-10

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Als Flußmittel zur Beschichtung der Kugeln und zur Er-" zeugung der Abdeckungsschicht aus flüssigem Flußmittel auf dem Metall in der Entgasungskammer werden Gemische aus KCl und NaCl mit kleinen Mengen CaFp bevorzugt (Flußmittel A). Zur Verringerung des Schmelzpunkts können Zugaben von NaF
oder Kryolith gegeben werden (Flußmittel B), aber dann wfcd eine kleine Menge Natrium in das Metall eingeführt, und das kann für Aluminium-Magnesium-Legierungen, beispielsweise
für nicht wärmebehandelte Mischungen aus Aluminium und 5 $ Magnesium, schädlich sein. Für derartige Legierungen sind ^ Flußmittel vorzuziehen, die nichijiiur kein Natrium in die
Legierung einführen, sondern den sehr kleinen Gehalt an
Natrium, der anfänglich zugegen sein kann, als Verunreinigung im Ausgangsmeta11 verringern. Geeignete Flußmittel enthalten MgCIp (Flußmittel C). Falls gewünscht, kann ein schweres flüssiges Flußmittel zur Beschichtung der Aluminiumoxidkugeln benutzt werden, so daß die Gefahr vermieden wird,
daß das Flußmittel durch das strömende flüssige Aluminiummetall von den Kugeln abgewaschen wird (Flußmittel D). Derartige Flußmittel enthalten BaC12 und sind deshalb teurer. Es gibt einen Vorteil, der für die Verwendung des Flußmittels des !Typs A spricht, nämlich in dem Maße, wie der Reinigungsvorgang fortschreitet, wird Flußmittel, welches in
dem Metall enthalten sein kann, auf den unbeschiohteten
Kugeln absorbiert, die sich dadurch mit dem Flußmittel

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überziehen und so die verfügbare Oberfläche, auf der Einschlüsse des Metalls haften können, vergrößern. Wenn einmal die Chloridschicbt auf den Kugeln vollständig mit nichtmetallischen Einschlüssen überzogen ist, ist die Lebensdauer des Filters noch nicht erschöpft, denn weitere Einschlüsse, beispielsweise Oxidteilchen und Oxidfilme, können auf diesen bereits auf der Flußtnittelschicht haftenden Teilchen haften.

Es ist nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung, daß die Flußmittelbeschichtung am Anfang auf die Kugeln 5 in der Kammer A aufgebracht wird, da die Turbulenz, die durch das Stickstoffgas erzeugt wird, zumindest einige der Kugeln sofort mit dem Flußmittel bedeckt. Auf diese Weise braucht für die Beschichtung der Kugeln 5 kein besonderer Verfahrensschritt vorgesehen zu sein, ehe diese in die Kammer eingefüllt werden.

Zur Erläuterung sei auf folgendes Beispiel verwiesen. Eine Vorrichtung, wie sie im wesentlichen in Fig. 2 dargestellt ist, wird durch abnehmbare Gasdüsen vorgeheizt. Eine etwa 15 cm tiefe Schicht vorgeheizter Aluralniumoxidkugeln von etwa 18 mm Durchmesser wird in Jede Kammer eingefüllt. Daraufhin wird Metall in die Kammern eingeleitet, bis diese etwa bis zur Hälfte angefüllt sind. Daraufhin werden vorgewärmte Aluminiumoxidkugeln von etwa 18 mm Durchmesser in

und eine Schicht flüssigen Elußmittels eingetaucht/vermittels

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eines vorgeheizten Löffels in die Eintrittsseite (Kammer A) "überführt. Eine etwa 10 cm dicke Schicht aus flußmitte!beschichteten Kugeln 5 wird auf diese Weise in der Kammer A aufgebaut. Dann stellt man eine etwa 15 cm dicke Schicht aus vorgewärmten, etwa 18 mm dicken Aluminiumoxidkugeln in der Kammer B her. Daraufhin wird eine etwa aus 10 kg Flußmittel bestehende Schicht auf das Metall in. der Kammer A gegeben. Sobald das Plußmittel geschmolzen ist, wird die Stickstoffzufubr eingeschaltet und der Stickstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,06 m pro Minute hindurch- ^ geleitet. 5 t einer flüssigen Al-Mg-Si-Legierung, die weder entgast noch absetzen gelassen wurde, wurden dann durch die Vorrichtung mit einer Temperatur von etwa 725 C und einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 75 kg pro Minute hindurchgeleitet und im balbkontinuierlichen Verfahren zu zwei Blöcken mit direkter Abschreckung gegossen, die Abmessungen von etwa 75 x 25 cm besaßen. Dem Metall, welches in die Vorrichtung eintrat, wie auch dem Metall, welches die Vorrichtung verließ, wurden Proben zur Bestimmung des Gasgehalts und ä des Gehalts an Einschlüssen entnommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle II enthalten.

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Tabelle II

	bis ziem	Blasenbil	Straube-Pfeiffer-Test	Wasserstoffge	0,32	0,31
	lich reifi	dung bei	(Erstarrung unter 5 Torr)i	halt
	rein	Abkühlung	Aussehen	(cm3/i00 g)
		und Erstar rung	der festen	Bei in am Be- der Ende	0,06	0,08
jReinheits-			Oberflä	ginn Mit
Jbeurtei-			che	te
				des Gießens
		kontinuier
	lich		0,48
		gebogene,
	keine	poröse
lung durch		Cruste	0,04
Bruchbe trachtung		glatte
		Oberflä che ohne
		Blasen
		und mlt'fc-
zuflieL schmutzig	.ere Ver
ßendea	tiefung
Metall
abflie
ßendeE Metall

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Die verwendete Metallcharge bestand vollständig aus Schrott und enthielt ungefähr 1 t Späne. In diesem Versuch wurde das poröse, feuerfeste Rohr, welches in Pig. 2 gezeigt ist, durch ein poröses Koh.lenstoffrohr erse.tzt, so daß der Versuch eine starlce Belastung seines Wirkungsgrades darstellt, Einschlüsse als auch Gas zu entfernen. Es wurden Vergleichsversuche mit dem in der US-Patentschrift 3 039 beschriebenen Verfahren durchgeführt, welche eine Vorbehandlung mit Chlorgas vorsieht, aber selbst damit lagen die Wasserstoffgehalte im Bereiche von 0,12 bis 0,17 cm pro " 100 g, die, obgleich für normale Zwecke durchaus befriedigend, nicht auf jene Werte herabzubringen waren, wie sie mit der vorliegenden Erfindung, nämlich 0,04 bis 0,1.2 cm pro 100 g zu erreichen sind. Bei der Untersuchung der Präge, warum das erfindungsgemäße Verfahren so viel wirksamer ist, obgleich man von völlig unentgastem Metall ausgeht, ist es · vielleicht wesentlich, daß eine feste Schicht erstarrten !details und Argon zusammen mit Oxiden, die sich durch die umgebende Luft bilden, auf der Oberfläche des Metalls in λ der Entgasungskammer bei einem Verfahren nach der US-Patentschrift 3 039 864 ansammeln, wogegen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Metalloberfläche frei von Oxiden gehalten ist. Es ist bekannt, daß Oxidschaum auf flüssigem Aluminium sowohl die Aufnahme als auch den Austritt von Gas aus dem Metall verhindert, wogegen eine sehr dünne

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Flußmittelschicht auf der Metalloberfläche den Austritt als auch den Eintritt von Gas erlaubt. Die flüssige Flußmittelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert jegliche Schaumbildung trotz der Turbulenz,und eine saubere Metalloberfläche, über die Gas leicht aus dem Metall austreten kann, wird kontinuierlich aufrechterhalten. Die Aufrechterbaltung einer kontinuierlichen Schicht flüssigen Flußmittels ist nicht notwendig, solange die Metalloberfläche ausreichend mit Flußmittel versorgt ist.

Falls gewünscht, kann anstelle von Stickstoff Argon verwandt werden, aber man erhält dadurch keinen technischen Fortschritt, da Metall hoher Reinheit und niedriger Gasgehalt sich auch durch das billigere Stickstoffgas erreichen läßt. Für bessere Ergebnisse sollte Stickstoff der Type "white spot" verwandt werden, jedoch auch das gewöhnliche, handelsübliche Stickstoff ist befriedigend.

Metall, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden ist, zeigt ausgezeichnete Ergebnisse, wenn eß zur Herstellung von bell anodisierten oder anderen kritischen Produkten verarbeitet wird. Die Erfindung ist sowohl auf Aluminium als auch auf andere geschmolzene Metalle anwendbar.

Obgleich die Verwendung von flußmittelbeschichteten Aluminiumoxidkugeln zur Herstellung der flußmittelbeschichteten Strömungskanäle für das flüssige Metall bevorzugt

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wird, kann man derartige Kanäle auch auf andere Weise erhalten, beispielsweise dadurch, daß das Metall zwischen einander überlappenden, getrennten, flußraittelbeschicbteten Wänden strömt, die zusammen einen gewundenen Weg für das Metall bilden und so dieselbe Wirkung hervorbringen wie die fiuSmit telbeschlchteten Kugeln, oder das Metall kann durch ein oder mehrere Packungen grober Stahlwolle oder Drehspäne strömen,
die zunächst in flüssiges Flußmittel eingetaucht worden sind und dann in eine tiefe Rinne oder in einen Tiegel eingesetzt werden. Diese Packungen hält man vermittels geeigneter Wände oder Platten in ihren Stellungen.

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Claims (34)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reinigung von flüssigem Metall, insbesondere flüssigem Aluminium, zur Entfernung nichtmetallischer Einschlüsse, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall durch eine Vielzahl von mit Flußmittel ausgekleideten Kanälen geleitet wird.

φ 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle durch ein Bett oder eine Schicht eines groben feuerfesten Granulats gebildet werden, das mib einem Flußmittel überzogen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß daa Granulat aus Aluminiumoxid ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat von Kugeln aus Aluminiumoxid von nicht weniger als etwa 9 mm Durchmesser gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminlumoxidkugein einen Durchmesser in der Größenordnung von 18 mm haben.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall nach unten durch die flußmittelbeschichteten Kanäle strömt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da¹? das Metall anschließend durch ein zweites Bett, das im wesentlichen aus einer unbeschichteten feuerfesten Körnung gebildet ist, strömt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des zweiten Bettes Kugeln aus Aluminiumoxid sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, da!?. die Aluminiumoxidkugeln des zweiten Bettes einen Durchmesser von nicht weniger als 9 mm, vorzugsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 18 mm haben.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die flußmittelbeschichteten Kanäle und das zweite Bett in einem gemeinsamen Behälter angeordnet sind und im wesentlichen durch eine eingefügte Trennwand voneinander getrennt sind.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall nach unten durch die flußmittelausgekleideten Kanäle und nach oben durch wenigstens einen Teil des zweiten Bettes fließt.

12. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die flußmittelausgekleideten Kanäle und das zweite Bett in getrennten Behältern angeordnet sind.

13« Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall wenigstens durch einen Teil des zweiten Bettes in abwartiger Richtung strömt.

14. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bett oder die zweite Schiebt in wenigstens zwei Teile unterteilt ist, und daß das Metall durch ein Teil in abwartiger Richtung und durch das andere Teil in aufwärtiger Richtung strömt.

15. Verfahren nach einem der "vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen inertes Gas durch das flüssige Metall geleitet wird, während auf der Oberfläche des flüssigen Metalls eine Schicht eines flüssigen Flußmittels aufrechterhalten wird, und daß das flüssige Metall anschließend durch die flußmittelbescbicbteten Kanäle strömt.

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16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff, Argon, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid

17. Verfahren naoh Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall im Gegenstrom zum Gas fließt.

18. Verfahren nach Anspruch 15 "bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall durch wenigstens ein Teil der JTlußmittelabdeokungsschicht in eine Kammer strömt, in der der Auslaß des Gases angeordnet ist.

19. Verfahren nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall unterhalb der Plußmittelabdeckung in die Kammer einströmt, in der der Auslaß des Gases angeordnet ist.

20. Verfahren nach Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch das geschmolzene Metall In einem Behälter strömt, das Metall dann in. einen anderen Behälter geleitet wird, in welchem die flußmlttelbescbichteten Kanäle enthalten sind.

21. Verfahren nach Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Gas in jener Kammer durch das geschmolzene Metall hindurchgeleitet wird, welche auch die flußmittelbescbichteten Kanäle enthält.

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22. Verfahren nach Anspruch 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel KCl und EaCl und nicht mehr als 10 Gew. -4> NaF oder Kryolith enthält.

23. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 15 bl3 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel aus KCl, FaCl und CaR besteht.

24. Verfahren nach Anspruch 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel, welches angewandt wird, wenigstens 20 Gew.-?6 Mg Cl₉ enthält. ,

25. Verfahren nach Anspruch 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Beschichtung der Kanäle verwendete Flußmittel wenigstens 65 Gew.-ji Ba Cl₂ enthält.

26. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Vielzahl von Kanälen enthält, durch die das Metall hindurchströmt und die auf ihren Oberflächen mit einem Flußmittel beschichtet sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß β ie einen Behälter (ib) umfaßt, in den eine Trennwand (2, 2a, 2b, 2c) hineinragt und den Behälter in wenigstens zwei

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Kammern (A und B) unterteilt und in der einen Kammer (A) eine flußraittelbescbicbtete feuerfeste Körnung enthalten ist und die Verbindung zwischen der einen Kammer und der anderen Kammer unterhalb des Pegels des Einlasses des Metalls liegt, so daß das Metall von einer Kammer zur anderen Kammer unter der Trennwand und durch die Körnung bindurchfließt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Körnung aus flußmittelbescbiohteten Kugeln (5) aus Aluminiumoxid besteht.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidkugeln einen Durchmesser von nicht weniger als 9 mm, vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 18 mm, haben.

30. Vorrichtung nach Anspruch 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß in der -anderen Kammer (B) ein feuerfestes Granulat enthalten ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Granulat aus Aluminiumoxidkugeln (6, 6a) besteht, die einen Durchmesser von nicht 'weniger als 9 mm haben. . ■■·.....--■

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32. Vorrichtung nach Anspruch 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Schicht aus einem feuerfesten Granulat vorhanden ist, das in dem Strömungsweg des flüssigen Metalls angeordnet ist, nachdem es die andere Kammer (B) verlassen hat.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, durch die eine Flußmittelabdeckung (9) auf dem flüssigen Metall in einer Kammer (A) aufrechterhalten bleibt.

34. Vorrichtung nach Anspruch 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorkammer für das flüssige Metall vorgesehen ist, in der eine Schicht eines Flußmittels auf der Oberfläche des flüssigen Metalls liegt und in der Einrichtungen zur Einleitung eines inerten Gases enthalten sind, worauf das Metall über eine Rinne in eine Kammer des Behälters (1b) einströmt.

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