DE2360817A1 - Verfahren und vorrichtung zur entgasung von metallschmelzen - Google Patents

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depl-ing. HANS ZAPFE

PATENTANWALT

236Ü817

D - 605 OPPENBACH (MAIN) KAISERSTRASSI: 9 BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

TELEFON (OG Π) 8827 21

26. November 1973 Zap/Han

Akte: 73515 .

LEYBOLD-HERAEUS-Gmbll & Co₀ KG.

5ooo

KÖLN

51

Bonner Straße 5o4

Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung
von Metallschmelzen "

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung von Metallschmelzen mittels eines in die Schmelze getauchten rotierenden Körpers, v/elcher in dex* Schmelze aufgrund seiner Formgebung und Umfangsgeschwindigkeit schmelzefreie Unterdruckräume erzeugt.

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In der Metallurgie sind verschiedene Verfahren zur Entgasung von Metallschmelzen entwickelt worden, nachdem der schädliche Einfluß eines zu hohen Gasgehaltes auf die Eigenschaften der Legierungen bekannt geworden war. Viele dieser Verfahren beruhen darauf, daß man die Schmelze in einen vakummdichten Raum einbringt und sie dort dem Vakuum aussetzt. Diese Verfahren setzen Pumpsysteme mit hohen Vakuumleistungen voraus, sowie vakuumdichte Behälter, die schon wegen der hohen Temperatur der Schmelzen teuer und störungsanfällig sind.

Andere Verfahren vermindern den Gasgehalt dadurch, daß sie die Schmelze über Lanzen oder besser über poröse Spülsteine mit möglichst fein verteiltem, inertem Spülgas, z.B. Stickstoff oder Argon, durchspülen. Zu der Gruppe der Spülgasverfahren gehören auch Verfahren, bei&enen feste Reaktionsstoffe in die Schmelze eingetaucht werden, die bei Berührung mit der heißen Schmelze Gase und/oder Dämpfe entwickeln, die analog einer Spulgasbehandlung Entgasungswirkung haben. Hierzu gehört z.B. Polytetrafluoräthylen.

Die Spülgasverfahren sind zwar in ihrem apparativen Aufwand einfach, ihr Entgasungseffekt ist jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend, so daß of l/mehrere Spülgaslanzen gleichzeitig eingebracht werden müssen und lange Entgasungszeiten in Kauf genommen werden müssen, was zu starker Abkühlung der Schmelze bei obendrein nicht ausreichendem Entgasungseffekt führt.

Ein anderer Weg sieht die gleichzeitige Behandlung von Schmelzen mit Vakuum und Spülgas vor. Dies hat

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den Vorteil, daß wesentlich kleinere Spülgasmengen zur Behandlung der Schmelze benötigt werden, wobei der Entgasungseffekt verstärkt ist.

In der Praxis sind diese Verfahren oft zu teuer, da einex'seits auch hierbei vakuumdichte Behandlungsgefäße benötigt v/erden, andererseits infolge des hydrostatischen Druckes der Schmelze die Spülgase trotz über der Schmelze befindlichem Vakuum mit hohem Druck in die Schmelze Gingeführt werden müssen, was der Bildung ausreichend kleiner Blasen entgegenwirkt.

Im allgemeinen v/er den bei Spülgasverfahren, soweit nicht Lanzen benützt werden, möglichst feinporige Steine benützt, die bei Berührung mit der Schmelze leicht verstopfen und die einen hohen Gasdruck erfordern, damit das Gas fein verteilt in die Schmelze gelangt, so daß bei Vakuumspülgasverfahren der Druck des Spülgases auch nicht so niedrig gehalten werden kann, wie es erwünscht wäre.

Durch die DT-PS 1 o51 ooS ist auch bereits ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorbekannt, bei welchem ein rotierender Körper in eine Schmelze getaucht v/ird, der so aufgebaut ist, daß er bei genügend hoher Rotation in seinem Innenraum imstande ist, gegenüber der Schmelze ein Vakuum aufrecht zu erhalten« Dabei steht der Innenraum über eine hohle Achse direkt mit einem Vakuumpümpsystem in Verbindung. Hiermit kann man eine Schmelze vakuumbehandeln, ohne diese in einen Vakuumraum zu bringen. Der entgasende Einfluß, den ein solcher rotierender Körper auf Schmelzen, z.B. Aliiminiumschinelzen ausübt, ist sehr groß, da durch die Rotation eine intensive

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Rührung erfolgt, wobei ununterbrochen neue Oberflächen dem Einfluß des Vakuums ausgesetzt werden. Die starke Zerwühlung der dem Vakuum ausgesetzten Schmelzenoberfläche bewirkt eine rasche und vollkommene Gasabgabe. Die extrahierten Gase werden jedoch zum Mittelpunkt des Rotationskörpers und schließlich über die hohle Rotationsachse durch ein Vakuumpumpsystem abgesaugt. Der Nachteil dieses Verfahrens beruht darin, daß es' schwierig ist, über die Rotationsachse die aus der Schmelze abgesaugten Gase abzuleiten. Solche Ableitungen müssen einen relativ großen Durchmesser besitzen, um den Saugeffekt der Vakuumpumpen gut auf die Schmelze zu übertragen.. Die hierfür erforderliche Rotationsverbindung zu den Pumpen läßt jedoch die Vorrichtung komplizierter wei-den. Ein v/eiterer Nachteil liegt darin, daß in allen Fällen, in denen die Schmelze verdampfende Anteile besitzt, wie z.B. Mangan, Zink usw. eine langsame Verschmutzung und schließlich Verstopfung der Absaugleitungen erfolgt.

Ein weiterer sehr erheblicher Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, daß die Vakuumpumpen bei Ausfall des Antriebs des rotierenden Körpers bei nicht ausreichender barometrischer Höhe des Saugleitungssystems die hocherhitzte Metallschmelze einsaugen, wobei es zu Zerstörungen der Anlage, u.U. sogar zu Bränden und Explosionen kommen kann. Weiterhin macht die Tatsache, daß die Pumpv/irkung des rotierenden Körpers zusätzlich zum hydrostatischen Druck der Metallschmelze auch noch die Druckdifferenz der Vakuumpumpe überwinden' muß, eine wesentlich höhere Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Körpers erforderlich. Dies hat eine höhere mechanische Beanspruchung und einen größeren Verschleiß

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des rotierenden Körpers sowie die Ausbildung einer unnötig hohen Sogwirkung an der Schmelzenoberfläche zur Folge. Allzu starke Rührbewegungen sind für einige Metalle und Legierungen aus metallurgischer Sicht unzulässig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, welches mittels einer einfach gestalteten Vorrichtung betriebssicher durchgeführt werden kann und bei \^elchem eine übermäßig starke Rührbewegung der Metallschmelze vermieden wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß den durch .die Rotation des Körpers in.der Schmelze erzeugten Unterdruckräumen ein Behandlungsgas zugeführt wird. Die Erfindung empfiehlt somit den gegenteiligen Weg, nicht - wie beim Stand der Technik - aus den Unterdruckräumen ausgeschiedene Gase .abzusaugen, sondern den Unterdruckräumen weitere Gase (Behandlungsgase) zuzuführen. Die Erfindung geht dabei von der Feststellung aus, daß ein genügend rasch rotierender Tauchkörper bei entsprechender Formgebung imstande ist, gegenüber der Schmelze Unterdruckräume aufzubauen, in denen sich die ausgeschiedenen Gase sammeln und daß ein für Entgasungszwecke ausreichender Unterdruck überraschend auch dann aufrechterhalten werden.kann, wenn den Uhtei-druekräumen - in dosierter Menge - Behandlungsgase zugeführt werden,. Diese Behandlungsgase bewirken einen Abtransport der in den Unterdruckräumen aus der Schmelze freigesetzten Gase, indem sich die entstehenden Gasblasen vom rotierenden Körper lösen und zur Schmelzenoberfläche aufsteigen.

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Mit der Erfindung sind die Vorteile verbunden, daß auf besondere Vakuumaggregate und die Erzeugung eines Vakuums außerhalb der Schmelze verzichtet werden kann. Für die Führung des Behandlungsgases sind enge Strömungskanäle völlig ausreichend« Der rotierende Körper und seine Rotationsachse können sehr klein dimensioniert werden« Der Anschluß einer stationären Gasleitung an die Rotationsachse bereitet infolgedessen keine Schwierigkeiten. Ein Vollaufen des Leitungssystems ist auch bei Stillstand des rotierenden Körpers ausgeschlossen, so daß der Sicherheitsfaktor beträchtlich erhöht wird. Eine relativ geringe Umfangsgeschwindigkeit genügt für die Ausbildung eines ausreichenden Vakuums, so daß der Verschleiß des rotierenden Körpers und die Schmelzenbewegung herabgesetzt werden können.

Falls die Behandlungsgase "in situ"_s ^rd.h. durch Gasabgabe des Materials des rotierenden Körpers selbst gebildet werden, fallen solche Probleme wie Gasführung, drehbare Leitungsanschluss« und ein Volllaufen des Leitungssystems vollständig fort«

Als Behandlungsgase können entweder inerte Gase, wie Argon oder Stickstoff, oder reaktive Gase_s wie Chlor, Fluorkohlenstoff, Chlorfluorktohlenstoff oder Sauerstoff verwendet werden.

Durch die starke Zerklüftung der Schiaelzenoberflache gegenüber den Unterdruckräumen im rotierenden Körper erfolgt eine rasche Gasabgabe der Schmelze an diese Räume, auch wenn sie teilweise mit Spülgas gefüllt sind. Durch dosierte Zufügung von Spülgas/Behandlungsgas in diese Räume werden die dort ausgeschiedenen

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Gase verdünnt und durch den Saugeffekt des rotierenden Körpers von der vorbeiströmenden Schmelze fortgespült. Der Partialdruck des aus der Schmelze extrahierten Gases vermischt mit dem Behandlungsgas, wird dabei zurückgehen» Andererseits ist es notwendig, die Zuführung des Behandlungsgases so weit zu drosseln, bzw. die Rotationsgeschwindigkeit so weit zu erhöhen, daß gegenüber der Schmelze an der Oberfläche des rotierenden Körpers schmelzenfreie Räume entstehen, die gegenüber der Schmelze Unterdruck aufweisen. Es ist vorteilhaft, die Zuführung des Behandlungsgases so weit zu drosseln, daß ein genügender■Saugeffekt auf die Schmelze erhalten bleibt« Dabei wird zweckmäßig so vorgegangen, daß in den Unterdruckräumen ein Unterdruck von o,l bis 5oo Torr aufrechterhalten wird.

Durch Regulierung des Unterdruckes läßt sich auch der Rühreffekt des rotierenden Körpers auf die Gesamtschmelze regulieren. Je niedriger der Unterdruck in den Räumen gehalten wird_p umso stärker ist der Rühreffekt, der von dem rotierenden Körper auf die Schmelze ausgeht, auch wenn der Körper mit gleicher Geschwindigkeit rotiert. Umgekehrt, je größer die eingeführte Behandlungsgasmenge ist, umso niedriger ist nicht nur der Rühreffekt auf die Schmelze, sondern es wird auch der Angriff der Schmelze auf den rotierenden Körper vermindert.

In solchen Fällen, in denen gemäß der weiteren Erfindung rotierende Körper verwendet werden, die bei Berührung mit der Schmelze Gase und Dämpfe bilden, ist es nicht unbedingt notwendig, ein Behandlungsgas über den Körper in die Schmelze zu führen. Allerdings

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ist es möglich, bei Verwendung von rotierenden Körpern aus Material, welches bei Berührung mit der Schmelze Gase und Dämpfe abscheidet, den Entgasungseffekt des Körpers auf die Schmelze durch Zuführung von Behandlungsgas zu erhöhen, bzw. dessen Standzeit innerhalb der Schmelze zu verlängern.

Die Standzeit kann ferner dadurch verlängert werden, indem man Behandlungsgase verwendet, die der Zersetzung des rotierenden Körpers entgegenwirken. Dies erklärt sich dadurch, daß das eingeführte Behandlungsgas bei schneller Rotation eine isolierende Zwischenschicht zwischen Schmelze und Körper bildet. Z.B. wirkt bei einem Körper aus Polytetrafluoräthylen die Verwendung von gasförmigem Chlorfluorkohlenstoff verlängernd auf dessen Standzeit. Desgleichen wirkt bei einem Körper aus Bornitrid die Verwendung von Stickstoff als Behandlungsgas verlängernd auf dessen Standzeit. Bei Rotationskörpern aus Kohlenstoff wirkenKohlenoxyd oder Gemische von Kohlenoxyd mit Stickstoff, Argon, ebenfalls verlängernd auf die Standzeit. Die Verwendung eines rotierenden Körpers, der teilweise oder ganz aus Polytetrafluoräthylen besteht, ist auch dann angezeigt, wenn eine Behandlung der Schmelze mit Chlor erfolgt, de PoIytetrafluoräthylen gegenüber Chlor selbst bei den hohen Temperaturen einer Schmelze überraschend eine erhöhte Resistenz Keigt. Es ist von besonderem Vorteil, kombinierte Rotationskörper zu benützen, bei denen z.B. der innere Teil aus Graphit besteht, während der äußere, einfach auszutauschende, mit der Schmelze in Berührung kommende Rotationskranz aus Polytetrafluoräthylen besteht.

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Wo die Entstehung der Gase und Dämpfe von Polytetrafluoräthylen oder anderen zersetzenden Stoffen nicht gewünscht wird, ist es angezeigt, austauschbare, z.B. keramische Rotationsteile zu verenden, welche z.B.. durch metallische, temperaturbeständige Armierungen über einen zentralen Rotationskörper aus z.G. Graphit zusammengehalten werden. Die Verwendung einzelner Segmente, die armiert zusammengehalten werden, bringt nicht nur den Vorteil der erhöhten Temperaturschockbeständigkeit bei guter Austauschbarkeit der einzelnen Elemente, sondern auch die Erhöhung der Rotationsfestigkeit durch die Armierung«,

Die Verwendung aus Segmenten zusammengesetzter Rotationskörperteile bringt auch dort Vorteile, wenn bekannte hochhitzebeständige metallische Hartstoffe oder metallkeramische Verbundstoffe, welche aus z_oB_o Molybdän- und Zirconoxyd bestehen, verwendet werden, die sich in Einzelsegmenten besser herstellen lassen.

Während des Tauchens des rotierenden Körpers in die Schmelze kann man diesen von vornherein rotieren lassen, oder es kann durch ein erhöhtes Ausblasen von Spülgas ein Eindringen der Schmelze in die Öffnungen und sonstige Undichtigkeiten des Rotationskörpers verhindert werden. Sobald der rotierende Körper die entsprechende Rotationsgeschwindigkeit hatj wird die Zuführung von Behandlungsgas so weit gedrosselt, daß der zur Behandlung der Schmelze optimale Unterdruck gegenüber der Schmelze erreicht wird. Bei Verwendung von Körpern aus Keramik, Graphit, Sinterwerkstoffen, ist es von Verteil, diese vor dem Tauchen in die Schmelze aufzuheizen. Bdi Verwendung von z.B. Körpern aus Polytetrafluoräthylen ist das Vorheizen nicht erforderlich,,

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Ferner ist es vorteilhaft, bei Verwendung von Körpern aus Stampfmasse, Keramik,■Graphit'u.a. an den von der Schmelze am stärksten angegriffenen Stellen Schutztiberzüge anzubringen, welche durch Auf streicheil einer Schlichte oder Aufbrennen, oder Flammspritzen, oder insbesondere durch Plasma-Spritzverfahren aufgetragen v/erden können« Die Umdrehungszahl des Körpers richtet sich nach dessen Durchmesser und Größe, nach der Tauchtiefe, sowie nach den dem Material unter der Agressivität und Erhitzung durch die Schmelze zumutbaren Belastungen. Es versteht sich, daß bei Behältern mit kleinem Durchmesser vorteilhaft kleine Körper mit hohen Umdrehungszahlen verwendet werden können, während bei großen Schmelzenbehältern vorteilhaft Körper mit entsprechend größerem Durchmesser verwendet werden können.

Höhere Umdrehungszahlen der Körper, die schnellere Entgasung der Schmelze geben, sind anzustreben, sie sind jedoch wegen des Angriffs der Schmelze auf den rotierenden Körper nicht in allen Fällen zu erreichen. Sie v/erden bei Verwendung von Polytetrafluoräthylen und ähnlichen Stoffen möglich, welche eine niedrige Reibung gegenüber der Schmelze besitzen. Hohe Umdrehungszahlen sind auch bei Verwendung von Körpern aus hochhitzebeständigen metallischen Hartstoffen oder me tasi !keramischen Verbundstoffen, die weitgehend resistent sind, möglich. Auch ist es von Vorteil, mindestens zwei, eventuell bis acht Körper zu verwenden, die abwechselnd gegenrotieren, so daß die Rührrotation der Schmelze auf ein günstiges Maß herabgesetzt wird. Hierdurch werden niedrigere Umdrehungszahlen des Körpers ermöglicht, so daß die Ausmauerung des Schmelzenbehälters weniger stark angegriffen wird.

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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Behandlung der Schmelze sowohl in eigenen Behandlungspfannen möglich ist_s als auch in Schmelzaggregaten, z.B. Induktionsöfen_} wo während der entgasenden Behandlung die Wärmeverluste durch Aufheizen ausgeglichen werden können.

die Schmelze Es ist in den meisten Fällen angebracht,/während der Entgasungsbehandlung durch einen dichten Deekel, bzw. durch Einblasen von Schutzgas unter diesen Deckel, gegen den Zutritt von Luft zu schützen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des-erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einem in die Schmelze eintauchbaren, drehbaren und im wesentlichen rotationssymmetrischen Körper, welcher am unteren Ende einer Rotationsachse angeordnet ist, ist gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet_s daß der drehbare Körper an seiner Oberfläche mit stufenförmigen.Absätzen versehen ist, die - in Richtung der Relativbewegung zur Schmelze gesehen - eine allmählich in radialer Richtung ansteigende Fläche besitzen, an die sich ein stufenförmig zurückgesetzter Unterdruckraum anschließt.

Konstruktiv zeigt es sich als vorteilhaft, wenn der dreh-» bare Körper direkt auf die verlängerte Achse eines Elektromotors aufgesetzt ist, wodurch Übertragungsschwierigkeiten beim Rotationsantrieb erleichtert werden. Die Zuleitung der Behandlungsgase in den Rotationskörper erfolgt dann am besten in einer zentralen Bohrung, welche über die ganze Länge der Motorachse geführt ist. Hierbei sind besonders zweckmäßig der drehbare Körper und dessen Rotationsachse mit kommunizierenden Hohlräumen versehen, an welche eine Quelle für die Zufuhr des Behandlungsgases angeschlossen ist, und der Hohlraum innerhalb des drehbaren Körpers steht über Kanäle mit den

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Unterdruckräumen in Verbindung.

Durch die Ausbildung des drehbaren Körpers mit stufenförmigen Absätzen entstehen bei genügend hoher Rotation des Körpers Räume mit vermindertem Druck, die auf die Schmelze einwirken, wobei die aus der Schmelze in diese Räume extrahierten Gase durch die aus der Berührung des Körpers mit der Schmelze entstehenden Gase und Dämpfe fortgespült werden.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und ihre Wirkungsweise seien nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 9 näher beschrieben. Analoge Funktionsteile werden in den verschiedenen Figuren mit gleichen Ziffern versehen.

Es zeigen:

Figur 1 einen drehbaren Körper, dessen Ar

beitsfläche im wesentlichen zylindrisch ist,

Figur 2 einen drehbaren Körper, dessen Ar

beitsfläche kegelstumpfförmig ist, und

Figur 3 den Schnitt A-A, welcher durch Be-

handlungsgasaustrittsöffnungen sowohl bei Figur 1, wie bei Figur 2 gelegt ist-und

Fig. 4, 5 und 5a, 6 und

6a, 7, 8 und 9 weitere Ausführungsbeispiele von

drehbaren Körpern.

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Wenn der in Figur 1 gezeigte drehbare Körper, welcher stufenförmige oder schaufeiförmige Absätze 1 hat, in Richtung des angezeigten Pfeiles innerhalb einer Schmelze genügend rasch rotiert, so entsteht bei 2 ein nicht mit Schmelze erfüllter Unterdruckraum, in welchem sich Gase aus der Schmelze ansammeln. Die über den Absatz mit entsprechender Kinetik abfliessende Schmelze trifft dabei auf die schaufelradig ansteigende Fläche 24 auf. Über die zentrale Bohrung 5 der Rotationsachse 4 kann Behandlungsgas über Kanäle 3 und die Öffnungen 6 in die Unterdruckräume 2 geleitet werden. Es mischt sich dort mit dem aus der Schmelze extrahierten Gas und wird über die Fläche 24 von der Schmelze absaugend hinweggespült. Der drehbare Körper wird nach oben durch den Teil 8 erweitert, um die Rotationsachse vor dem Angriff der Schmelze zu schützen. Nach unten zu kann durch einen Teil 9 bewirkt werden, daß die Schmelze an dem Rotationskörper geregelt vorbeiströmt. Mit 5o ist eine Gasquelle für Behandlungsgas bezeichnet.

Bei Verwendung eines kegelstumpfförmigen Körpers gemäß Fig. 2 und 3 erreicht man eine besonders intensive Rührung der Schmelze.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines drehbaren Körpers. Der Teil lol ist über ein Gewinde Io3 auf die Rotationsachse 5 geschraubt. Dieser Gewindeteil besitzt seinerseits Befestigungsarmierungen Io2, die den Körper lol verfestigt zusammenhalten» Der Körper lol wird über das Gewinde Io3 gegen den oberen Rundteil 8 angezogen, der seinerseits durch den Ring 13 abgestützt wird. Die Zuführungsleitung 4, welche in die Leitungen 3 ausläuft, wird über eine Dichtung 7, die z.B. aus Asbest, Graphitfilz und ähnlichem Material besteht, dichtend an den Körper lol angeschlossen. Der Körper lol kann aus Keramik, Stampfmasse, Graphit oder, v/o es

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auf hohe Resistenz ankommt, aus metallkeramischen Stoffen bestehen. Der Teil 8 ist aus möglichst gut wärmeisolierendem Material anzufertigen, ähnlich, wie Magnesit, Feuerleichtsteine u.a. Stoffe.

Figur 5 zeigt einen drehbaren Körper zur Durchführung des Verfahrens, bei welchem in mehreren, übereinander gelegenen Ebenen B-B, Austrittsöffnungen 6, 11, 12 für Behandlungsgas vorgesehen sind, die in die Unterdruckräume 18, 19, 2o münden. Da durch die Rotation,, sowie die Ausbildung der stufenförmigen Absätze 21 in den Räumen 22 Unterdruck entsteht, muß durch Drosselungen 15, 16, 17 dafür gesorgt werden, daß keine auf gleichem Druck stehende, kommunizierende Verbindung zwischen den tiefer unten gelegenen Unterdruckräumen 2o und den höher gelegenen Unterdruckräumen 18 entsteht. In Fig. ist ein Körper dargestellt, bei welchem die Austrittsöffnungen 6 in Vertiefungen 22_s 23, 24 münden, welche sich in dem ansonst zylindrischen oder kegelförmigen Körper befinden. Die Austrittsöffnungen sind so beschaffen, daß sie in der Pfeilrichtung'Absätze 21 bilden, so daß evakuierte Räume 22 entstehen, dargestellt in Figur 5a, Schnitt B-B.

Figur 6 zeigt einen einfach aufgebauten drehbaren Körper 26, welcher aus einem Material besteht, das bei Berührung mit der Schmelze Dämpfe und Gase abgibt. Bei der Durchführung des Verfahrens mit solchen Körpern ist es nicht immer notwendig, über die Rotationsachse 5 Behandlungsgas zuzuführen, da der Rotationskörper selbst so viel Gas abgibt, daß die von der Schmelze vorwiegend an den Stufenkanten 1 abgegebenen Gase aus der Schmelze transportiert werden.

Da ein solcher Körper 26, wenn er z.B. aus Polytetra-

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fluoräthylen besteht, während des Behandlungsprozesses verbraucht wird, muß er leicht austauschbar sein. Die Rotationsachse 4 kann vor einem Angriff der Schmelze durch einen resistenten Überzug 261 geschützt werden, für den Fall, daß der Körper 26 unvorhergesehen verbraucht wird. Der Körper kann z.B. mittels eines Bolzens 25 an der Rotationsachse 5 befestigt sein; Ein Körper, welcher aus Material besteht, welches während des Behandlungsprozesses verbraucht wird, muß besonders tiefe Einkerbungen 2, Figur 6a, erhalten, daiuit auch, wenn größere Teile des Rotationskörpers verbraucht sind, ein durch Saug- und Wirbeleffekt begünstigter Entgasungsprozeß der Schmelze stattfindet. Durch eine Abdeckung 262 können Teile des Rotationskörpex-s geschützt werden, wo der Angriff der Schmelze nicht stattfinden soll.

Figur 7 zeigt einen drehbaren Körper 27 aus resistentem Material, der von unten angesetzt einen Teil 29 besitzt, der aus Material besteht, welches bei Berührung mit der Schmelze Gase und Dämpfe abgibt. Die schaufeiförmigen Absätze sind bei 28 angedeutet. Bei einer solchen Anordnung werden die im Schaufelkranz 28 aus der Schmelze extrahierten Gase mittels der Gase und Dämpfe, die durch den Teil 29 entstehen, abtransportiert.

Figur 8 zeigt einen zusammengesetzten Körper", bei welchem die schaufeiförmigen Absätze 1 aus einzelnen Segmenten 3o zusammengesetzt sind, die mittels der Rundkörper 31, 33 zusammengehalten werden bzw. die durch eingebaute Armierungen oder Ringe 32 mn die Rotationsachse zusammengehalten werden. Die Behandlungsgaszuführung 4 gelangt über die Kanäle 3 zu einer Ringverteilung 34. Da die einzelnen Segmente 3o gasundicht aneinander gefügt sind, gelangt das

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Behandlungsgas durch die Zwischenspalten zwischen den einzelnen Segmenten an die Unterdruckräume. Durch die Aufteilung in Einzelsegmente werden verschiedene Vorteile erreicht, die Thermoschockempfindlichkeit des Körpers wird herabgesetzt, es können somit auch Materialien zur Ausbildung des Körpers benützt werden, die bei einer Anfertigung aus einem Stück beim Eintauchen in die Schmelze den Hitzestoß nicht überstehen würden. Auch für die Fertigung der Einzelschaufeln bringt die Zusammensetzung aus Einzelflügeln Vorteile, insbesondere bei der Verwendung von an sich bekannten, hochhitzebeständigen, metallischen Hartstoffen oder metallkeramischen Verbundstoffen auf der Basis von z.B. Molybdän und Zirconoxyd, die auch gegen den Angriff vieler stark strömender Schmelzen resistent sind.

Figur 9 zeigt die prinzipielle Anordnung eines aus porösem Material bestehenden drehbaren Körpers. Der stvifenförmige Absätze 1 und Vertiefungen 2 aufweisende Körper 4o erhält über den Baum 41 Behandlungsgas, welches seinerseits über die Zuleitung 5 der hohlen Rotationsachse zugeführt wird. Als poröses Material kann Keramik, Graphit, porös zusammengefügtes Polytetrafluoräthylen und ähnliche Stoffe verwendet werden.

Die nachfolgenden Beispiele lassen die vorteilhafte Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes erkennen:

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel):

In einem Induktionsofen wurden 5o kg einer Legierung aus 9o% Kupfer, 5% Aluminium und 5% Zink aufgeschmolzen und auf 125o C erhitzt. In die Schmelze wurde mittels eines Keramikrohres Wasserstoff eingeleitet, bis der Wasserstoff gehalt der Schmelze auf 4,2o ppm (parts per million) angestiegen war. Beim Stehenlassen der Schmelze während

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einer Dauer von 2o Minuten verringerte sich der Wasserstoff gehalt um nur 3,6% auf 4,o5 ppm.

Beispiel 2:

Eine gleiche Menge der gleichen Legierung wie in Beispiel 1 wurde unter sonst gleichen Bedingungen durch Einleitung von Wasserstoff auf einen EL-Gehalt von 3,8o ppm angereichert. Diese Schmelze wurde mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entgast, die Figur 1 entsprach und folgende Auslegungsdaten besaß;

Der drehbare Körper besaß-eine Länge von insgesamt 25o mm. Als Werkstoff wurde Graphit verwendet, welches zum Schutz gegen die Schmelze mit. einem verschleißfesten Überzug versehen war. Aufgrund konischer Übergänge betrug die Länge des mittleren, mit stufenförmigen Absätzen (1) versehenen Teils 6o mm, der äußere Durchmesser ebenfalls 6o mm. An der tiefsten Stelle der Absätze war je ein schlanker Kanal (3) von 2 mm Durchmesser vorgesehen, der in das Zentrum des Körpers führte, aus dem eine zentrale Bohrung direkt in die hohle Rotationsachse (4) führte. Am oberen Ende dieser Achse war über einen Rotationsanschluß eine Zuleitung einer Gasquelle (5o) angeschlossen,, Außerdem war das obere Ende der Achse mit einem Drehstrommotor von.ο,5 PS Leistung und einer Drehzahl von 142o U/min verbunden. Ein Ventilationssystem verhinderte die Übertragung der Wärme von dem Körper auf die Motorachse.

Für den Entgasungsvorgang wurde der Körper in Rotation versetzt und aus der jQuelle (5o) Argon in den Körper eingeleitet. Dieser wurde 12o mm tief in die Schmelze eingetaucht, wo er 11 Minuten lang mit einer Drehzahl von 142o U/min rotierte. Nach dem Entfernen der Vorrichtung wurde der Wasserstoffgehalt erneut gemessen: Es ergaben

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sich ο,62 ppm, also eine Verminderung des Wasserstoff-, gehaltes um 84%. Damit ist die starke Entgasungswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung augenscheinlich unter Beweis gestellt worden.

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Claims (14)

Ansprüche;

1. Verfahren zur Entgasung Von Metallschmelzen mittels eines in die Schmelze getauchten rotierenden Körpers„ welcher in der Schmelze aufgrund seiner Formgebung und Umfangsgeschwindigkeit sahmefeefreis Unterdruckräume erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß den Unterdruckräumen ein Behandlungsgas zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgas den schmelzfreien Unterdruckräumen durch Strömungskanäle innerhalb des rotierenden Körpers zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgas so dosiert wird_s daß in den Unter-" druckräuraen ein Unterdruck von o,l bis 5oo Torr aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsgas ein Inertgas wie Argon oder Stickstoff verv/endet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsgas ein Reaktionsgas wie Chlor, Fluorkohlenstoff, Chlorfluorkohlenstoff oder Sauerstoff verwendet wird.

6* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den rotierenden Körper ein Material verwendet wird, welches bei Berührung mit der Schmelze Gase und Dämpfe abgibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den rotierenden Körper mindestens teilweise PoIytetrafluoräthylen oder Bornitrid verwendet wird»

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8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem in die Schmelze eintauchbaren, drehbaren und im wesentlichen rotationssymmetrisehen Körper, welcher am unteren Ende einer Rotationsachse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper an seiner Oberfläche mit stufenförmigen Absätzen (1) versehen ist, die - in Richtung der Relativbewegung zur Schmelze gesehen eine allmählich in radialer Richtung ansteigende Fläche (24) besitzen, an die sich ein stufenförmig zurückgesetzter Unterdruckraum (2) anschließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper und dessen Rotationsachse mit kommunizierenden Hohlräumen versehen sind, an welche eine Quelle (5o) für die Zufuhr des Behandlungsgases angeschlossen ist, und daß der Hohlraum innerhalb des drehbaren Körpers über Kanäle (3) mit den Unterdruekräumen (2) in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanälen (3) Drosselungen (15, 16, 17) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper aus einem Material besteht, welches bei Berührung mit der Schmelze Gase und Dämpfe abgibt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper aus zwei Hauptteilen besteht, von denen der eine (27) mit Absätzen oder Flügeln (28) versehene, aus Material besteht, welches gegenüber der Schmelze im wesentlichen resistent ist, während der andere Teil (29) aus Material besteht, welches bei Berührung mit der Schmelze Gase und Dämpfe abgibt.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmigen Absätze (1) bzw. die Unterdruckräume (-2) durch Zusammensetzen von einzelnen Segmenten (3g>) gebildet sind,

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Körper aus porösem Material besteht dessen Poren zur Zuführung des Behandlungsgases in die Unterdruckräume (2) aus einer Mittelzone (41) des drehbaren Körpers dienen.

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