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Die Erfindung betrifft einen Filter zur Reinigung von schmelzfiüssigem
Aluminium oder seinen Legierungen.
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Für diesen Zweck hatten bereits Gasblasverfahren, Behandlung von
verschiedenen Flüssigmitteln und Filterverfahren unter Verwendung von Glaswolle
oder keramischen Stoffen weitgehend Anwendung gefunden.
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Auch so wird nach einem bekannten Verfahren als Mittel zur Entfernung
von Verunreinigungen bei der Rückgewinnung von Leichtmetallabfällen eine Schmelze
von einem Gemisch von wasserfreiem Chlorcalcium mit Fluorcalcium verwendet. Ferner
ist es bereits bekannt, zum Veredeln von siliciumhaltigem Aluminiumlegierungen zur
Unterdrückung der Grob ausscheidung der primären Siliciumkristalle der Schmelze
nach erstmaliger Veredelung mit einem bekömmlichen Veredelungssalzgemisch ein verdichtetes
Salzgemisch mit hoher NatriumSiuoridkonzentration beizusetzen.
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Und schließlich ist es bereits bei Gußeisen bekannt, eine Einrichtung
zum Reinigen des geschmolzenen Eisens von siliciumhaltiger Schlacke und den in der
Schmelze enthaltenen Oxydteilchen vorzusehen, bei der die Schmelze durch einen aus
kleinen Kanälen bestehenden Filtern und anschließend durch einen kleinen feuerfesten
basischen Teilchen gefülltes Rohr geführt werden.
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Bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen werden jedoch nicht
alle im schmelzfiüssigen Metall enthaltenen Verunreinigungen wie Oxyde, Seigerungen
und nichtmetallische Einschlüsse sowie gasförmige Verunreinigungen wie Wasserstoff
ausgeschieden, so daß es schwierig ist, schmelzflüssiges Aluminium ohne Verunreinigungen
zu erhalten.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial
zur Reinigung von schmelzflüssigem Aluminium vorzuschlagen, mit dem alle in der
Schmelze enthaltenen Verunreinigungen ausgeschieden werden können durch kontinuierliche
Erzeugung eines sehr stabilen viskosen geschmolzenen Salzfilms an der Oberfläche
des Filtermaterials, das durch Stöße unzerstörbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe besteht der Filter aus einem durch Erschmelzung
oder Sinterung erzeugten Verbundstoff, welcher mindestens ein Metallhalogenid und
mindestens eine Verbindung von C, N, B oder Si enthält, wobei der Verbundstoff zwischen
zwei porösen Wänden eines Behälters angeordnet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält der Verbundstoff
verschiedene keramische Stoffe, Pulver und Massen aus feuerfesten Materialien oder
Metallen, feuerfesten Fasern wie Kohlenstoffasern, Glas- oder Metallfasern.
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Erfindungsgemäß ist - ferner vorgesehen, daß der Behälter mit dem
Filter in dem Gefäß für das schmelzflüssige Metall schwimmend angeordnet ist und
eine Pumpe zum Absaugen der gefilterten Schmelze aus der oberen mit einem Flansch
versehenen Öffnung des Behälters vorgesehen ist.
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Und schließlich ist in Weiterbildung der Erfindung der Filter in
einem Steigrohr einer Niederdruckgießvorrichtung angeordnet.
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Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Filters sind seine hohe Ionenbindekraft,
die stark erhöhte lonenbindekraft im schmelzflüssigen Material, seine völlige Unzerstörbarkeit
durch Stöße und der Ausschluß von Bindemitteln, wie Äthanhexachlorid, zum Schmelzformen
der Zusammensetzung, wie das Metall-
halogenid, sowie das Erzielen von Kristallen,
die stundenlang stabil, gefügemäßig homogen und isotrop beim Formen durch starkes
Abkühlen des geschmolzenen Produkts sind. Dies ergibt eine sehr charakteristische
mechanische Eigenschaft.
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Das -erfindungsgemäße Filtermaterial erzeugt kontinuierlich einen
sehr stabilen viskosen geschmolzenen Salzfilm an der Oberfläche des Filtermaterials.
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Der Film setzt die Grenzflächenenergie zwischen dem geschmolzenen
Metall und den Verunreinigungen herab und verringert die Grenzflächenspannung und
adsorbiert ferner die Verunreinigungen durch die Benetzung. Dieser geschmolzene
Salzfilm wird durch das Abnehmen der Kristallinität geringfügig ionisiert und erzeugt
kontinuierlich ein gasförmiges Produkt mit einer sehr geringen Geschwindigkeit.
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Dieses gasförmige Produkt beseitigt mechanisch gasförmige Verunreinigungen,
wie Wasserstoff, Das gasförmige Produkt und die freien ionisierten Atome erzeugen
die Gasatmosphäre oder den dünnen Metallverbindungsfilm auf der Oberfläche des schmelzflüssigen
Metalls und verhindern den Kontakt der Atmosphäre mit dem schmelzflüssigen Metall,
wodurch dessen Oxydation für lange Stunden vermieden und gleichzeitig der Oxydfilm
zerstört wird, so daß das Metall im normalen Zustand infolge der Verringerung der
Diffusion in die Oxydschicht gehalten wird.
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Das erfindungsgemäße Filtermaterial ist geruchlos undrauchfrei und
ist für den Reinigungsvorgang mehr als 100 Arbeitsstunden für einen einzigen Einbau
wirksam. Infolge der vorgenannten Wirkung wird ein stabiles schmelzflüssiges Metall
erhalten.
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Bei einem Filtermaterial dieser Art, welches die vorerwähnten Stoffe
enthält, werden die Oberflächenkristalle der geformten Materialien allmählich aktiviert,
um Ionen zu ionisieren oder Gase freizusetzen, wobei eine Tendenz des Filtermaterials
zum Schrumpfen in seinem Oberflächenbereich gesehen werden muß.
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Jedoch wird durch die Existenz der hitzebeständigen und feuerfesten
Stoffe, die an den vorkommenden Stellen im Filtermaterial frei liegen, der Oberflächenbereich
dagegen geschützt, verkleinert zu werden und die Filterungsdurchlässe gegen eine
Erweiterung, so daß die Verunreinigungen qualitativ gefiltert werden können.
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Ferner werden Fasern aus den gleichen Gründen verwendet und zeigen
eine charakteristische Filter wirkung. Auch sind die geformten Materialien mit Fasern
in ihrer mechanischen Festigkeit verbessert, so daß es möglich wird, dünne und flache
geformte Materialien zu erhalten.
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Nachfolgend werden an Hand der Zeichnung einige erfindungsgemäße
-Ausführungsbeispiele- beschrieben: Es zeigt Fig. 1 eine Ansicht im vertikalen Schnitt
einer Ausführungsform, Fig. 2 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer dritten Ausführungsform, F i g.
4 eine Ansicht - im vertikalen Schnitt einer vierten Ausführungsform, Fig. 5 eine
Ansicht im vertikalen Schnitt einer fünften Ausführungsform.
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In einem in F i g. 1 gezeigten Gefäß für das schmelzflüssige Metall
11 schwimmt ein mit einem Flansch ausgebildeter offener Behälter 12, der aus Graphit
oder aus einem keramischen Material hergestellt ist,
wenn das Material
ein höheres spezifisches Gewicht als das schmelzflüssige Metall hat. Der Behälter
12 wird durch einen Schwinrmring oder ein Luftgefäß 14 aus Asbest schwimmend gehalten,
wenn das Material ein geringeres spezifisches Gewicht als das schmelzflüssige Metall
hat.
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Der Teil 13 wird durch einen porösen Boden des Behälters 12 gebildet
und eine poröse Abdeckplatte 15 verschließt den Behälter, der das Filtermaterial
A auf der Bodenplatte gestapelt enthält, Schmelzflüssiges Metall- tritt durch den
porösen-Boden hindurch und wird durch das Filtermaterial A gereinigt und von der
mit einem Flansch versehenen Öffnung des Behälters 12 durch die poröse Abdeckplatte
15 hindurch weggepumpt.
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Der Behälter 12 kann durch eine Stütze oder durch einen Träger festgestellt
werden.
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Nach der zweiten Ausführungsform sind in das Schmelzgefäß 21, das
in F i g. 2 gezeigt ist, eine Trenn--platte 22 aus Graphit, Keramik oder Metall,-
eine poröse Bodenplatte 23 und eine obere Platte 24 eingebaut. Das Filtermaterial
A ist auf der Bodenplatte 23 gestapelt und durch die obere Platte 24 abgedeckt.
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Das schmelzflüssige Metall tritt durch die mit der Trennplatte verbundene
poröse - Bodenplatte 23 hindurch und wird durch das Filtermaterial gereinigt und
dann durch die poröse obere Platte 24 hindurch abgesaugt.
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Nach der dritten Ausführungsform sind in das in F i g. 3 gezeigte
Schmelzgefäß 31 ein Behälter 32 aus Keramik und zwei poröse -Wände 33 eingebaut,
die mit dem Boden des Behälters 32 verbunden sind und -einen bestimmten Abstand
voneinander haben, so daß sie einen Raum mit einem bestimmten Volumen bilden, der
mit dem Filter-material A gefüllt ist. Es kann eine - Seitenwand 33 in Form eines
Behälters, beispielsweise eines Zylinders, vorgesehen werden.
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Das schmelzflüssige Metall tritt durch die poröse vordere Seitenwand
hindurch und wird durch das Filtermaterial A gereinigt und dann durch die poröse
hintere Seitenwand hindurch nach oben gepumpt.
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Nach der vierten Ausführungsform ist das in F i g. 2 gezeigte Schmelzgefäß
41 mit einem Auslauf 42 und mit einer porösen Wand 43 versehen. Das Filtermaterial
A ist in den durch die porösen Wände 43 gebildeten Raum eingepackt, wobei die Wände
43 einen bestimmten Abstand voneinander haben; das schmelzflüssige Metall tritt
durch die untere poröse Wand von unten in den Raum ein und wird durch das Filtermaterial
A und die obere poröse Wand am Auslauf 42 weggepumpt.
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Bei der fünften Ausführungsform ist in einer abgedichteten Niederdruck-Gießvorrichtung
51, nach Fig. 5, der untere Teil eines Steigrohres 52 mit Filtermaterial A gefüllt
und mit einer porösen Platte 53 und mit einer porösen Abdeckung54 auf dem gestapelten
Filtermaterial A versehen.
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Die poröse Bodenplatte und die Abdeckplatte können in den oberen
Teil des Rohres eingebaut werden, und ferner kann unterhalb des unteren Teils ein
Gestell angeordnet werden. Das schmelzflüssige Metall tritt durch die poröse Bodenplatte
hindurch, wird durch das Filtermaterial A gereinigt und unter Druck aus dem Rohr
zum Guß 55 nach dem Hindurchtreten durch die poröse Abdeckplatte 54 eingespritzt.
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Die Wirkung, welche durch das Reinigungsverfahren erzielt wird, das
auf den vorerwähnten Ausführungsbeispielen beruht, wird im folgenden beschrieben:
Die
in den obigen Beispielen verwendeten Verbundstoffe haben die folgenden Zusammensetzungen:
Calcinmfluorid .,,,,,, .,, 10 bis 40 0]o Borax q 5 bis 15010 Magnesiumfluorid ...........
30 bis 60% keramischer Stoff . ........ 5 bis 15% Lithiumcarbonat .............
5 bis 15% Der Metallhalogenid enthaltende Bestandteil kann sich auch wie folgt zusammensetzen;
Kalzium .. ................. 10 bis 30010 Natrium . , 5 bis 20 01, Kalium .....................
5 bis 20% Lithiumchlorid .............. 5 bis 20% Die obengenannten Zusammensetzungen
werden zusammengestellt, bei 1200°C geschmolzen und in die -gut gekühlte Form gegossen.
Die Textur ist homogen und isotrop. Diese gegossenen Materialien sind in schmelzflüssigem
Aluminium aktiv und verringern die Grenzflächenspannung von schmelzflüssigem Aluminium
und Verunreinigungen und adsorbieren und entfernen die Verunreinigungen durch ihre
Benetzungseigenschaften.
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Ferner beseitigt eine Spurenmenge Fluor- und Chlorgas, das kontinuierlich
entsteht, -mechanisch die Gase, beispielsweise Wasserstoff, die im schmelzfl üssigen
Metall enthalten sind und zersetzen den an der Oberfläche des - schmelzflüssigen
Metalls - erzeugten Oxyd film, wodurch eine weiche und dünne Verbindung erhalten
wird und die Oxydation von schmelzflüssigem Aluminium verhindert wird und gleichzeitig
jedoch auch das Diffundieren von Gasen, wie Wasserstoff, verhindert wird. Selbst
in dem Falle, in welchem das Filtermaterial aus einem Formling einer Art Metall-Halogen-Salz
besteht zeigt es ein ähnliches Verhalten in schmelzflüssigen Metallen und- übt es
seine Reini--gungswirkung auf die schmelzflüssigen Metalle aus.
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Sodann werdende Oxydationsprodukte, die in dem schmelzflüssigen Aluminium
enthalten sind,- -das mit dem erfindungsgemäßen Filtermaterial gereinigt worden
ist und solches, das nicht gereinigt worden ist, quantitativ analysiert. Etwa 500
kg Aluminium-1S-Drahtabfall wurde allmählich während 110 Stunden in einem Graphitschmelztiegel
geschmolzen, und Probekörper wurden alle 10 Stunden in einer Graphitform entnommen.
Unter einer unbehandelten Probe ist eine ungereinigte Probe im schmelzflüssigen
Zustand zu verstehen.
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Analyse-Tabelle 1
| Probe |
| Zeit Al20a (O/o) |
| unbehandelte gereinigte |
| Probe (O/o) | Probe (O/o) |
| Unmittelbar darauf ...... | 0,0010 | 0,0005 |
| Nach 10 Stunden ........ 0,0015 0,0008 |
| Nach 40 Stunden .... .... 0,0015 0,0008 |
| Nach 80 Stunden ... ... 0,0015 1 0,0012 |
Unbehandelte Probe: ohne Verwendung des Filtermaterials durchgeführter Versuch.
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gereinigte Probe: mit Verwendung des Piltermaterials durchgeführter
Versuch.
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Analyse-Tabelle 2 Das für die Analyse-Tabelle 1 100 Stunden verwendete
Filtermedium wurde auf halbe Abmessungen zerkleinert und wiederverwendet.
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Die Wirkung des Filtermaterials auf die Aluminium legierung wurde
getestet und die schädliche Wirkung des Filtermaterials auf das Metall geprüft.
| Probe |
| Al2O3 (%) |
| Zeit |
| unbehandelte gereinigte |
| Probe (O/o) Probe (O/o) |
| Unmittelbar danach .. .. 0,0016 0,0007 |
| Nach 10 Stunden . . .. 0,0016 0,0010 |
Analyse-Tabelle 3 (1) Material: Draht-Abfall
| Analysewert |
| Zeit Si Fe Cu Mg |
| (%) (%) (%) (%) |
| Vor der Behandlung .. . 0,59 0,62 0,13 0,77 |
| Unmittelbar nach der Be- |
| handlung.... . 0,86 0,61 0,14 0,34 |
| Nach 30 Stunden .. .. 0,57 0,62 0,13 0,31 |
(2) Material: 11%ige Al-Si-Legierung
| Analysewert |
| Zeit Si Fe Cu Mg | Ca Na |
| (%) (ovo) (ovo) (°/o) I (°/o) (olo) |
| Vor der Be- |
| handlung .. 10,98 0,69 2,50 0,12 0,002 0,001 |
| Nach der Be- |
| handlung .. 10,99 0,69 2,60 0,13 0,003 0,001 |
Die 110/ojge Al-Si-Legierung des Materials (2) in der Analysetabelle 3 wurde zweimal
nach dem Reinigungsverfahren des Beispiels 1 gereinigt, und im Druckgußverfahren
wurden 2290 Stücke eines Deckelgehäuses für Kraftfahrzeuge hergestellt und fertig-
gemacht.
Es wurde nur ein fehlerhaftes Stück beobachtet im Vergleich zu dem Fehlerverhältnis
von 0,4 bis 1 0!o bei den herkömmlichen Entgasungs- bzw. Flußmittelverfahren. Das
erfindungsgemäße Verfahren ergibt eine Verringerung des Fehlerverhältnisses auf
weniger als 0,00040/0. Wenn das Rückgut beschichtet mit Ölkuchen oder alumitbehandelt
verwendet wird, ist es zweckmäßig, das schmelzflüssige Metall nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren zu reinigen, um normales schmelzflüssiges Metall mit weniger Schlacke
und eine erhöhte Produktionsausbeute zu erhalten.
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Patentansprüche: 1. Filter zur Reinigung von schmelzflüssigem Aluminium
oder seinen Legierungen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß er aus einem durch Erschmelzung
oder Sinterung erzeugten Verbundstoff besteht, welcher mindestens ein Metallhalogenid
- und mindestens eine Verbindung von C, N, B oder Si enthält und zwischen zwei porösen
Wänden eines Behälters angeordnet ist.
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2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbundstoff
verschiedene keramische Stoffe, Pulver und Massen aus feuerfesten Materialien oder
Metallen, feuerfesten Fasern, wie Kohlenstoffasern, Glasfasern oder Metallfasern
enthalten- sind.
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3. Vorrichtung zum Filtern von Aluminiumschmelzen unter Verwendung
des Filters nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit dem Verbundstoff
in dem Gefäß für das schmelzflüssige Metall schwimmend angeordnet ist und eine Pumpe
zum Absaugen der gefilterten Schmelze aus der oberen mit einem Flansch versehenen
Öffnung des Behälters vorgesehen ist.