DE2249332A1 - Vorrichtung zum einfuehren von gas in fluessiges metall - Google Patents

Vorrichtung zum einfuehren von gas in fluessiges metall

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DE2249332A1
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    • Y10S266/905—Refractory metal-extracting means

Description

EWALD OPPERMANN
OFFENBACH (MAIN) · KAISERSTRASSE 9 . TELEFON (0611) 884X16 · KABEl EWOPAT
5. Oktober 1972
Op/ef
37/11
THE BRITISH ALUMINIUM COMPANY LIMITED Norfolk House,
St. James's Square,
London, S. W. 1
Großbritannien
Vorrichtung zum Einführen von Gas in flüssiges Metall
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einführen von Gas in flüssiges Metall, umfassend ein Hohlglied mit einem rohrförmigen Schaft und einem daran angeschlossenen Diffusorteil, wobei sich das Diffusorteil in einem Winkel zum Schaft erstreckt, so dass das von oben in das in einem Behälter befindliche flüssige Metall eingeführte Diffusorteil in einem Winkel zur Horizontalen von weniger als 45 geneigt sein kann.
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Es ist oft erwünscht, Gas in flüssiges Metall einzuführen, zum Beispiel beim Entgasen und Reinigen von flüssigem Metall, wie von flüssigem Aluminium nach dem in unserer DT-OS 2 045 258 beschriebenen Verfahren. Gewöhnlich werden die Gase durch mit Austrittsöffnung versehene, sich in das flüssige Metall erstreckende Rohre eingeführt, deren offenen Enden in der Nähe des Bodens des Aufnahmegefässes angeordnet sind, zum Beispiel eines Tiegels, eines ausgemauerten Kastens oder des Begasungsraums (gassing bay) eines Strahlungsofens. Es ist bekannt, dass die Gase für ihren beabsichtigten Zweck wirksamer sind, wenn sie in das flüssige Metall in Form feiner Blasen durch einen porösen feuerfesten Stein oder ein anderes feuerfestes Glied eingeführt werden. Es sind bereits Rohre verwendet worden, deren Enden durch ein Teil aus porösem feuerfesten Material verschlossen sind oder die in einem solchen Teil enden.
In der Praxis ergeben sich ,jedoch viele Schwierigkeiten. Falls poröse Steine zur Anwendung gelangen, ist deren wiederholtes Eintauchen in flüssiges Metall nicht durchführbar, weil diese bald, bedingt durch thermischen Schock, ausfallen.
Bessere Resultate sind durch Einbau der porösen Teile in Wand oder Boden des Aufnahmebehälters, wobei die Teile seitlich gut gegen Sprungbildung gestützt sind, erreicht worden. Es hat sich aber herausgestellt, dass es lediglich eine Frage der Zeit ist, bis die porösen Teile verstopfen und nicht mehr eine zufriedenstellende Gasmenge durchlassen, auch nicht bei Zuführung des Gases unter beträchtlichem Druck.
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Gute Ergebnisse sind mit porösen feuerfesten Diffusorrohren erzielt worden, die aus porösem Graphit oder aus niedrigporösem mit porösem Kohlenstoff verkitteten Graphit hergestellt und horizontal durch eine Wand des Aufnahmebehälters eingeführt sind. Diese horizontal angeordneten Rohre können jedoch nicht ohne den Aufnahmebehälter ausser Betrieb zu setzen ersetzt werden, was insbesondere dann nachteilig ist, wenn der Aufnahmebehälter Teil eines kontinuierlichen Verfahrens ist.
Diffusoren aus überwiegend kohlenstoffhaltigem Material besitzen andere Nachteile. Bei Verwendung für die Einführung mancher Gase in bestimmte Metalle, zum Beispiel von Stickstoff in flüssiges Aluminium, führen sie zur Verschmutzung des Metalls. Ausserdem ist eine gasdichte Verbindung zwischen den Diffusoren und den Gaszuführungsleitungen schwierig herzustellen. Die Verbindungsstücke werden durch Oxidation oft unbrauchbar. Derartige Diffusoren müssen aus dem vollen hergestellt werden, so dass sie gewöhnlich die Form eines geraden Rohres aufweisen. Dies bedeutet, dass.das von oben in die herkömmlichen Flüssigmetall-Behälter eingeführte Rohr zur Erreichung bester Ergebnisse zu steil geneigt ist. Man hat sich bereits bemüht, Diffusorformen zu konstruieren, die eine zufriedenstellendere Gaseinführung in Flüssigmetalle ermöglichen sollen, indem die Diffusoren aus zwei oder mehreren Teilen bestehen, jedoch hat sich die Verbindung der Teile anfänglich und während des Betriebes als schwierig erwiesen.
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Wir haben ausgedehnte Simulationsversuche unter Verwendung von Wasser bei Raumtemperatur zur Darstellung flüssigen Aluminiums, das praktisch die gleiche Viskosität wie Wasser besitzt, durchgeführt. Es wurde gefunden, dass zur Bildung feiner Blasen aus einem porösen Diffusor ein niedriger Gegendruck durch den Diffusor notwendig war. Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, einen Diffusor mit einer von der geraden Rohrform abweichenden Gestalt zu verwenden. Bei Benutzung eines geraden Rohres zeigte sich, dass die Gasblasen am Rohr hängen blieben und nicht in nutzbarer Weise überall im flüssigen Metall dispergiert waren. Darüber hinaus neigten die kleinen Gasblasen zum Koaleszieren zu grösseren Blasen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der bekannten Vorrichtungen zum Einführen von Gas in flüssiges Metall zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei der eingangs angegebenen Vorrichtung dadurch gelöst, dass der Schaft im wesentlichen gasdicht ausgebildet und das Hohlglied aus Siliziumkarbid geformt ist, das mit einem Bindemittel bestehend aus Oxiden und/oder Silikaten des Zirkoniums, Titans oder Aluminiums versehen ist.
Eine geeignete Bindemittelmenge beträgt 15 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 33 Gew.%, bezogen auf die fertige Mischung.
Schaft und Diffusorrohr sind vorteilhaft so zueinander ausgerichtet, dass das Hohlglied im wesentlichen eine L- oder eine T-Form besitzt.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Siliziumkarbid durch Aluminiumoxid ersetzt, welches mit den Oxiden und/oder Silikaten des Zirkoniums oder Titans gebunden ist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der feuerfeste Werkstoff, aus dem das Hohlglied hergestellt ist, bei einer Temperatur zwischen 1300 und 1500 C oder höher gebrannt ist. Zwar wird dadurch ein geringer poröses Produkt erhalten, jedoch besitzt dieses eine für die Verwendung als Diffusorrohre vorteilhaftere Porenverteilung und ermöglicht daher den Durchsatz grosser Gasvolumina bei niedrigen Driik-» ken.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schaft mittels eines dichten Gaszufüfarungsrohres gasundurchlässig ausgebildet, das sich koaxial darin erstreckt und durch hitzebeständiges Material darin abgedichtet ist, welches zwischen dem Gaszuführungsrohr und dem Schaft zusammengedrückt ist.
Zur Erzielung eines festen und gasdichten Sitzes des Gaszuführungsrohres im Schaft ist die Anordnung zweckmässig so getroffen, dass das Gaszuführungsrohr am unteren Ende mit einer Flanschscheibe versehen ist, wobei sich zwischen dem Gaszuführungsrohr und der Innenwand des Schaftes ein weiteres Rohr grösseren Durchmessers erstreckt, das an seinem äusseren Ende
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mit einer Scheibe versehen ist, und dass zwischen der Flanschscheibe und dem unteren Ende des Rohres ein Pfropfen aus hitzebeständigem Material und zwischen der Scheibe und dem oberen Ende des Schaftes eine Dichtung aus hitzebeständigem M terial zusammengepresst ist.
Dabei ist es zweckmässig, wenn das hitzebeständige Material eine feuerbeständige Faser ist und mit einer zur Abdichtung gegen einen Gasdruck von mindestens
2
0.35 kp/cm ausreichenden Kraft zusammengepresst ist.
Die Verwendung eines gasdicht in den Schaft eingesetzten Gaszuführungsrohres ist im Hinblick auf den Anschluss an die Gaszufuhrleitung überaus vorteilhaft. Oxid/Silikat-gebundenes Siliziumkarbid und Aluminiumoxid sind nämlich extrem hart, so dass die Einarbeitung von direkten mechanischen Anschlußstellen grosse Schwierigkeiten bereitet. Auch die Einformung eines Metalleinsatzes mit Schraubgewinde in das Ende eines feuerfesten Schaftes während der Herstellung der Vorrichtung war nicht zufriedenstellend, weil der Schaft in der Nähe des Einsatzes zum Abreissen neigte. Diese Nachteile beseitigt das eingesetzte Gaszuführungsrohr vollständig» indem es zweckmässig einen aus dem Schaft herausstehenden Bereich für den Anschluss an eine Gaszufuhrleitung besitzt.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die einen Querschnitt durch die Vorrichtung darstellende Zeichnung näher erläutert.
Die Vorrichtung besitzt ein einteilig aus dem erfindungsgemässen Material geformtes Hohlglied mit einem Schaft 1 und einem röhrenförmigen Diffusorteil 2. Koaxial zum Schaft 1 erstreckt sich ein undurchlässiges Gaszuführungsrohr 3, das an seinem oberen Ende mit einem Schraubengewinde zur Aufnahme einer Mutter 4 und einer Scheibe 5 versehen ist. Das mit Schraubengewinde versehene obere Ende kann weiterhin an eine Gaszuführungsrohrleitung angeschlossen sein. Am unteren Ende des Gaszuführungsrohres 3 ist eine Flanschscheibe befestigt, die einen Träger für einen Pfropfen 7 aus Silikatfaser (vorzugsweise der im Handel unter "Triton Kaowool" bekannten Art) bildet. Der Pfropfen 7 wird durch ein Rohr 8 zusammengepresst, an dessen oberem Ende ein Stütsflansch 9 mittels Stiftsclirauben 10 fee fest igt ist. Zwischen d.em oberen Ende des Schafts Ϊ und dem Stützflansch 9 ist eine Dichtung 11 aus Silikatfaser (Triton Kaov/ool) angeordnet.
Zum Zusammenbau der Vorrichtung wird das Gassuführungsrohr 3 in den Schaft 1 und der Pfropfen 7 in den Raum zwischen dem Gaszuführungsrohr 3 und dem Schaft 1 eingeführt. Danach wird das Rohr 8 in den Schaft 1 eingeschoben und heruntergedrückt um den Pfropfen 7 zusammenzudrücken. Sodann wird die Dichtung 11 aufgesetzt, und anschliessend der Stützflansch 9, der mittels der Stiftsclirauben 10 am Rohr 8 befestigt wird. Danach wird die Scheibe 5 und schliesslich die Mutter 4 am Gaszuführungsrohr 3 angebracht und angezogen.
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Gewünschtenfalls kann mehr Silikatfaser (Kaowool) als in der Zeichnung dargestellt zur Erzielung einer zusätzlichen Stützung und zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der Vorrichtung gegen mechanischen Stoss verwendet werden.
Eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben mit einer Gesamthöhe von 650 mm, einer Gesamtbreite von 380 mm, einem Aussendurchmesser des DIffusorteils von 70 mm und einem Innendurchmesser von 24 mm hat sich im Versuch für das Einführen von Stickstoff in Aluminium bei Durchsätzen ober-
3 2
halb 4.25 m /h und mit einem wenige Zehntel kp/cm (z.B. bis
zu 0.35 kp/cm ) nicht übersteigenden die Strömung einleitenden Gegendruck sogar nach vielen Betriebstagen als geeignet erwiesen. Gasaustritte an den Verbindungsstellen wurden
sogar bei Gasdrücken bis zu 3.5 kp/cm nicht festgestellt.
Die nachstehende Tabelle ztügt die unter Produktionsbedingungen mit Diffusorrohren von etwa 380 mm Länge und 70 mm Aussendurchmesser, hergestellt aus unterschiedlichen Werkstoffen und an unterschiedlicher Stelle angebracht, erzielten Ergebnisse. Als Metall wurde wiedereingeschmolzener Aluminiumabfall ohne vorhergehende Entgasung oder Flussmittelbehandlung verwendet, wobei das in unserer DT-OS 2 045 258 beschriebene Verfahren zur Anwendung gelangte. Dieses Verfahren für die Entfernung nichtmetallischer Bestandteile aus geschmolzenem Aluminium und seinen Legierungen, bei welchem ein Inertgas durch das Metall geleitet wird, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass man das Metall kontinuierlich durch einen Aufnahmebehälter fHessen lässt, in den das Inertgas eingeführt und in dem eine flüssige Flussmittelschicht über dem Metall aufrechterhalten wird.
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In allen Fällen wurden im zufliessenden Metall im Vakuumtest, ausgeführt bei unter 5 Torr, 50 oder mehr Blasen und im ausfliessenden Metall keine Blasen festgestellt, mit Ausnahme des Versuchs (B), bei dem die durchschnittliche Blasenzahl im behandelten Metall 2 betrug. Bei Versuch (D) war die Erzielung eines höheren Metalldurchsatzes als 250 kg/min nicht möglich.
Versuch] Diffusor- Ausrich Diffusor- max. erfolg max.behandel
1 typ tung anzahl reich behan ter Metall- j
delter Me durchsatz pro :
talldurch Diffusor ■
satz (kg/min) \
(kg/min) ■
j
ί ■ gerade:
■ ■■ harter
I A Graphit hori 4 118 29.5 ';
{- mit po- zontal
; röser
'- Kohlen-
ί stoff-
. seite
I gerade:
; harter
! Graphit
\ B mit po- verti ■ 4, 68 17 i
\ ■ rösem kal
Kohlen-
I stoff-
ί . end-
I stopfen
ί gerade:
r poröses
; Graphit		 hori
zontal		 7 295 42
? "LuForm:
\ n : Qxid/Silir verti- 2 204 -. 102
υ kat ge- . kai
• bundenes
; sie
(in Über- verti 3 250 "83.
einstimmg. kal
■ mit der
Zeichnung)
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Claims (12)

- ίο - Ansprüche
1. Vorrichtung zum Einführen von Gas in flüssiges Metall, umfassend ein Hohlglied mit einem rohrförmigen Schaft und einem daran angeschlossenen Diffusorteil, wobei sich das Diffusorteil in einem Winkel zum Schaft erstreckt, so dass das von oben in das in einem Behälter befindliche flüssige Metall eingeführte Diffusorteil in einem Winkel zur Horizontalen von weniger als 45° geneigt sein kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) im wesentlichen gasdicht ausgebildet und das Hohlglied (1, 2) aus Siliziumkarbid geformt ist, das mit einem Bindemittel bestehend aus Oxiden und/oder Silikaten des Zirkoniums, Titans oder Aluminiums versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmenge zwischen 15 und 40 Gew.% des ganzen beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmenge zwischen 20 und 33 Gew.% des ganzen beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlglied (1, 2) im wesentlichen eine L-Form besitzt.
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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlglied (1, 2) im wesentlichen eine T-Form besitzt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlglied (1, 2) in einem Stück geformt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff, aus dem das Hohlglied (1, 2) hergestellt ist, bei einer Temperatur zwischen 1300 und 1500 °C oder höher gebrannt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumkarbid durch Aluminiumoxid ersetzt ist, welches mit den Oxiden und/oder Silikaten des Zirkoniums oder Titans gebunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) mittels eines dichten Gaszuführungsrohres (3) gasundurchlässig ausgebildet ist, das sich koaxial darin erstreckt und durch hitzebeständiges Material (7, 31) abgedichtet ist, das zwischen dem Gaszuführungsrohr (3) und dem Schaft (1) zusammengedrückt ist.
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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass das G?szuführungsrohr (3) am unteren Ende mit einer Flanschscheibe (6) versehen ist, wobei sich zwischen dem Giiszuführungsrohr (3) und der Innenwand des Schaftes (1) ein weiteres Rohr (8) grösseren Durchmessers erstreckt, dns an seinem äusseren Ende mit einer Geheibe (5) versehen ist, und dass zwischen der Flanschscheibe (G) und dem unteren Ende des Rohres (8) ein Pfropfen (7) aus hitzebeständigem Material und zwischen der Scheibe (5) und dem oberen Ende des Schaftes (1) eine Dichtung (31) aus hitzebeständigem Material zusammengepresst ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , dass das hitzebeständige Material (7, 11) eine feuerbeständige Faser ist und mit einer zur Abdichtung gegen einen Gasdruck von mindestens 0.35 kp/cm ausreichenden Kraft zusammengepresst ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaszuführungsrohr (3) einen aus dem Schaft (1) herausstehenden Bereich für den Anschluss an eine Gaszuführungsleitung besitzt.
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DE2249332A 1971-10-08 1972-10-07 Vorrichtung zum Einführen von Gas in flüssiges Metall Expired DE2249332C2 (de)

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