DE2852100A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von schlacke - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entfernen von schlacke

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DE2852100A1 DE19782852100 DE2852100A DE2852100A1 DE 2852100 A1 DE2852100 A1 DE 2852100A1 DE 19782852100 DE19782852100 DE 19782852100 DE 2852100 A DE2852100 A DE 2852100A DE 2852100 A1 DE2852100 A1 DE 2852100A1
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Description

285210Q
Aluninum Company of America, Pittsburgh, Permsylvfmia, V.St,
Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Schlacke
Die vorliegende Erfindung "betrifft Metallschmelzen und insbesondere das Entfernen von Schlacke ("skim") aus Metall- (bzw.-Aluminium-) Schmelzen.
Bei der Aluminiumherstellung besteht die Schlacke normalerweise -aus einer Mischung von -Oxiden, Nitriden oder Carbiden von Aluminium mit einem hohen Geholt von ^metallischem oder freiem Aluminium. Weiterhin können andere nichtmetallische Verunreinigungen vorliegen - bspw. hochtem-peraturfeste Stoffe. Schließlich kann das in der Mischung enthaltende freie Aluminium 95 c-? oder mehr des Schlackengewichts ausmachen. Es ist daher erwünscht, dieses freie Aluminium zurückzugewinnen.
iiach dem Stand der Technik streicht man die Schlacke im allgemeinen von der Schmelzenoberfläche ab und arbeitet sie auf, u.m das freie Metall zu gextfinnen. Man muß also zwei Schritte aus-
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führen, um das freie Metall aus dem Prozess rüclczugewinnen. Bspw. offenbart die US-PS 3«04-3«678, den aus einem Schmelzofen entnommenen Abstrich mit einer vorbestimmten Menge eines Salz-Flußmittels in einen Drehofen einzugeben, um das freie Metall vom Abstrich zu entfernen. Weiterhin offenbart die US-PS 3.798.024, die Schlacke bzw. den Abstrich auf einer Aluminiumschmelze in ein Vorwärmgefäß zu überführen, wo man ein geschmolzenes Salz-Flußmittel beigibt; nach dem Rühren wird die von den restlichen Feststoffen abgetrennte Metallschmelze abgenommen. In einem anderen Verfahren zur Gewinnung des freien Aluminiums aus dem Abstrich, wie es die US-PS 3.770.424 lehrt, wird der Abstrich in einer Kugelmühle zerkleinert und das Produkt zu einer Grob- und einer Feinfraktion getrennt, wobei erstere im we sentliehen aus Metall besteht. Wie oben ausgeführt, muß bei diesen Verfahren die Schlacke zunächst aus dem Ofen entfernt und dann behandelt werden; dabei kann aber zusätzliches Aluminiumverlorengehen, da es sich zu Oxid wandeln kann.
Die vorliegende Erfindung umgeht eine große Anzahl von Schwierigkeiten des Standes der Technik, indem sie eine kontinuierliche Trennung des freien Aluminiums von der Schlacke zulässt ohne daß diese vor der Trennung von der Oberfläche der Aluminiumschmelze abgezogen werden muß.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Entfernen
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von Schlacke aus einer Metallschmelze, indem man (a) eine Schlarke ("skim") enthaltende Metallschmelze vorsieht, ("b) ein Gas durch diese führt, das die Schlackenteilchen zur Oberfläche der Schmelze tragen soll, (c) die Schlacke auf der Oberfläche der Schmelze behandelt, um die in ihr enthaltene Schmelzmetallmenge zu verringern und die Schlacke in eine im wesentlichen pulvrige Porm zu bringen, und (d) einen Teil der behandelten Schlacke von der Oberfläche der Metallschmelze abnimmt.
In den Zeichnungen ist die Pig. I eine schematisierte Darstellung eines Umlaufsctmelzsystems,
Pig. 2 ein Vertikalschnitt, der das Entfernen der behandelten Schlacke von der Schmelze zeigt,
Pig. 3 ein vergrößerter Teilschnitt einer Absaugvorrichtung nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
Pig. 4 ein Vertikalschnitt, der die Spiegelregelung für die Vorrichtung zum Entfernen der behandelten Schlacke zeigt.
Die Pig. 1 zeigt schematisiert ein typisches Umlauf-Schmelzsystem 20, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. In dem Umlauf-Schmelzs;ystem 20 läuft das Schmelzgut aus der Erwärmungswanne 24 in eine Wanne 24, indem das Pumpen, das Anreichern mit Schrott und das Schmelzen vor sich gehen können. Danach wird die Schmelze zurück in die Wanne 22 auf der Leitung 28 geführt, die durch eine Wanne 30 führt, in der Plußgas ("fluxing
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-s-
gas") zugesetzt wird. Die Erwämungswanne kann eine Auslaßleitunn 32 aufweisen, aus der die Metallschmelze entsprechend, der Settrottzufuhr zur Wanne 26 abgeht.
Das Schneizgut kann in der Wanne 22 durch Brenneinheiten erwärmt ?;erden, die ihre Warne auf seine Oberfläche abgeben. Alternativ kann wan in das geschmolzene Schmelzgut getauchte elektrische Wi derstandsbeizervorrichtungen benutzen.
Beim Schmelzgut kann es sich um eine Metallschmelze ähnlicher Zusammensetzung itfie die Metallcharge oder um eine Salzschmelze handeln. Handelt es sich um eine Salzschmelze, ist normalerweise eine Salz-Metall-Trennung erforderlich, um das Entfernen der Metallschmelze zu erleichtern. Ist das Schmelzgut eine Aluminiumschmelze, ist eine typische Temperatur am Ausgang des Behälters 22 etwa 7600G (14-000F), obgleich diese Temperatur irgendwo im Bereich von 718,3 bis 801,7°C (1325 bis 1475°]?) liegen kann: bei höheren Temperaturen steigt .jedoch die Feigung, zur Schlackenbildunn. Sine typische Temperatur beim Wiedereintritt in die Wanne 22 ist etxva 704-/!-0C ('130O0JJ1). Man erhält also einen Temperaturabfall von etwa 56°C (10O0S1) über der ErKerrrnAngsw^.irrte .· dieser liefert die zum Schmelzen der Charge erforderliche Wärme.
3ei einen System dieser Art entsteht beim Aufschmelzen des Schrotts Schlacke in einer bestimmten Menge. Bei solchen Systemen läßt die vorliegende Erfindung sich also besonders gut für
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-Q-eine x^irkungs volle Entfernung der Schlacke einsetzen.
Die !"irr. 2 zeip;b schaubildlich eine allgemein τη it 50 "bezeichnete Vorrichtung, die zur Entfernen der Schlacke von einer Aliininitnaschmelze nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist. In einen Aspekt der Erfindung wird", wie in Fig. 2 gezeigt, die Schlacke in dieser "behandelt, um in ihr enthaltenes Aliirinium rückzugewinnen, "bevor sie aus der Al-Schmelze entfernt wird. Die Vorrichtung weist eine Wanne 3° zum Zusetzen des Flußrrases mit den Seitenwänden 44 und dem Boden 46 auf. Aus bspw. der Erwärmungswanne wird durch den Einlaß 48 Metallschmelze in die Wanne 30 eingeführt. Durch den Auslaß 49 gelangt behandeltes Metall aus der Wanne 30 in den Erwärmungsbehälter zurück oder kann durch ihn abgenommen werden.
- Ein allgemein mit 51 gezeichneter Gas-Diffusor bzw. -verteiler befindet sich in der Wanne 305 um das Flußgas dort zu verteilen.. Der dargestellte Verteiler v/eist ein allgemein becherförmiges Element 52 mit einer perforierten oder porösen Abdeckung 5/L auf, durch die das Flußgas in die Schmelze austritt. Der Verteiler kann'auf einer Hohlwelle 56 angeordnet sein, wie in Fig. 2 gezeigt, und nimmt das Gas aus dieser auf. Wie ersichtlich, sollte der Verteiler 5^ vorzugsweise im wesentlichen so angeordnet s-ein, wie es die Fig. 2 zeigt, damit di-e eintretende, Schlacke ent haltende, Schmelze über ihn strömen kann und das Flußgas die Schlacke wirkungsvoll entfernen kann, indem es diese zur Oberfläche der
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- 10 Schmelze trägt.
Die Hohlwelle 56 ist zweckmäßigerweise auf der Abdeckung !\-2 angebracht, damit die Welle drehen kann. Auf der Welle 56 sitzen Pinger 58? die mit der Welle drehen können. Diese Finger "befinden sich vorzugsweise über dem Spiegel 60 der Aluminiumschmelze an der Welle. Beim Zusetzen des Flußgases sammelt sich eine Schicht 62 Schlacke an der Oberfläche der Schmelze. Wie bereits erwähnt, kann diese Schicht einen sehr hohen Anteil freien Aluminiums enthalten. Zieht man diese einfach u±t einem Rechen ab, muß man sehr hohe Schmelzverluste an Aluminium in Kauf nehmen. Fach der vorliegenden Erfindung dienen die Finger 58 dazu, den Anteil des freien Aluminiums in der Schlackensicht zu verringern. Vermutlich teilen die Finger die Schlackenteilchen auf bzw. brechen sie auseinander, so daß freies Aluminium entweichen, verschmelzen und zur eigentlichen Aluminiumschmelze zurückkehren kann. Zusätzlich unterstützt das Fltißgas das Aufwärts führ en d.er kleineren Schlackcnteilchen zum Spiegel 64 der Schlackenschicht. Diese allgemeine Wirkung ergibt eine wesentliche Verringerung des Anteils freien Aluminiums in der Schlacke. Bei der Behandlung wird die Schlacke zu einem feinzerteilten Pulver umgewandelt.
Wie in der Fig. 2 gezeigt, dient eine Saugeeinrichtung, die allgemein mit 80 bezeichnet ist, dazu, die feinzerteilten Teilchen der behandelten Schlacke von der Schicht 62 abzuheben. Die Saugvorrichtung 80, wie in der Fig. 2 gezeigt, weist einen trichter—
förmigen Teil 82 mit einer Mündung PA auf, die bezüglich der Schlackenschiclit so angeordnet ist, daß die von der Saiigvorrichtting ausgeübte Saugwirkung ausreicht, um die feinzerteilten Schlackenteilehen abzulieben. In der in Fig. 2 gezeigten Saugvorichtung ist das schmale Ende des trichterförmigen Teils 82 mit einem Rohrelement 86 verbunden, durch das die feinen Teilchen der behandelten Schlacke einer (nicht gezeigten) Sammelvorrichtung zugeführt werden. Die Saugwirkung wird in der in Pig. 2 gezeigten Ausführungsform verursacht, indem man Luft durch die Leitung 88 an einen Saugkopf 100 drückt, der etwa am Übergang zwischen dem Trichterteil und dem Rohrelement liegt. Die Abdeckung 4-2 umfaßt den Behälter 30 im wesentlichen; dadurch wird die Abluftführung aus der Wanne JO durch die Saugvorrichtung 80 unterstützt. Weiterhin strömt auch dos Flußgas durch die Saugvorrichtung ab.
Die Fig. 3 zeigt vergrößert einen für das Entfernen der feinzerteilten Schlackenteilchen geeigneten Saugkopf 100. Der Saugkopf 100 xieist eine Kammer 102 auf, deren Außenwandung von der Wandung des Rohrteils 86 gebildet wird. Die Kammer 10 xfird weiterhin von den Wandungen 104, 106, 108 gebildet. Die Wandung 108 enthält Öffnungen 210, durch die über das Rohr 88 der Kammer zugeführte Luft in die Leitung 86 entweichen kann. Auf diese Weise entsteht die Saugwirkung, infolge der die feinzerteilten Schlackenteilchen abgesaugt werden können. Zusätzlich, zum Ausüben der Saugwirkung kühlt die Luft auch die Wandung des Rohrs
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und die behandelten ScLilackenteilchen, so daß sich, otif dor !/and keine wesentlichen. Schnelzmengen ansammeln und die Leitung verstopfen können.
Wie ersichtlich, zeigt die iig. 2 eine sttezielle Aus führiings form, un durch Saur-Twirkung die ie inzerteilt en Schlacketeilchen zu entfernen. Jedoch kann an dieser Stelle im Rahmen der Erfindung auch jede andere Vorrichtung eingesetzt werden, die eine Saugwirkung zu diesem Zweck ausübt. Desgl. kann man das Pulvermaterial mit mechanischen Vorrichtungen entfernen - "bspw. einer Drehschnecke oder einer Schaufelvorrichtung.
¥as das Flußgas anbetrifft, sind für die Aluminium schmelze geeignet die sogenannten Inertgase, nämlich Helium, Ileon, Argon, Krypton, Xenon sowie Stickstoff, Kohlendioxid und deren Mischungen. Zusätzlich kann man chlorhaltiges Gas wie Chlorgas einzeln oder mit den oben genannten Gasen gemeinsam einsetzen.
Wie einzusehen ist, kann die Stärke des ausgeübten Saugzugs variiert xirerden - abhängig größtenteils von der Behandlung, die der Schlacke erteilt xirerden soll. Die Schnelligkeit, mit der die getrockneten feinzerteilten Schlackenteilchen abgeführt werden, läßt sich also mit über die Stärke des eingesetzten Saugzugs einstellen. Zusätzlich ist bevorzugt, die Mündung 84 des trichterförmigen Teils 82 so einzustellen, daß sie in einem Abstand von 25,O- bis 101,6 mm (1 bis 4 in.) über der Oberfläche 64 liegt.
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Je größer der Abstand von der. Trichterraündung zur Fläche 64, desto kleiner die !Teilchengröße und desto langsamer deren Abgang· man.kann also auf diese Weise die Schnelligkeit der Entfernung der Teilchen ebenfalls einstellen. Es ist einzusehen, daß die Dicke der Schlackenschicht unterschiedlich ausfallen kann - abhängig in gewissem Ausmaß von der Schnelligkeit, mit der sich die Schlackenteilchen bilden.
Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß man die Trichtermündung so anordnen kann, daß sie sich mehr oder weniger selbsttätig auf die Höhe des Spiegels 60 der Metallschmelze in der Wanne 30 einstellt. Entsprechend wird das Rohrelement 86 indirekt von den Schmelzenspiegel 60 getragen oder mindestens in ihrer Höhe vom Schmelzspiegel geregelt. Wie in Fig. 4· gezeigt, kann man mit einem einfachen Schwimmer 92, der über ein starres Element 94 fest mit dem Eohrelement 86 verbunden ist, das Senken und Heben des trichterförmigen Teils 82 mit dem Spiegel der Metallschmelze auf den gewünschten Abstand zwischen der Schlackenoberfläche 64 und der Trichtermündung 84 erreichen. Es ist einzusehen, daß sich auch andere, dem Fachmann "bekannte Kittel einsetzen lassen, um den gewünschten Abstand zwischen der Oberfläche der Schlacke und der Trichtermündung beizubehalten»
Ein wesentlicher Teil des entfernten feinserteilten Teilchenmaterials hat eine Größe im Bereich von 44 bis 1651/am (10 bis 525 mesh - Tyler Series)Ό Eine typische Teilchengrößerverteilung mit
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sich zu 100 % addierenden drei Komponenten wäre wie folgt: 5 "bis 15 Grew.-?3 des feinzerteilten Materials hat eine Größe zwischen 25O und 1397 ,um (15 und +50 mesh - US Standard Sieve Series) und bestehen aus 60 bis 80 Gew.-/j freiem Aluminium: 40 bis 60 Gew.-?i· haben eine Größe von S3 bis 250/um (entsprechend 60 bis +200 mesh - US Standard Sieve Series) bei einem Anteil freien Aluminiums von 50 bis 70 Gew.-^; 30 bis 50 haben eine Größe von 74-/um und. weniger (-200 mesh - US Standard. Series) bei einem Anteil freien Aluminiums von 20 bis 50 Gew.-5-ί.
Bei einer Art der Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird eine Aluminiumschmelze (mit Schlacke) durch den Einlaß 48 mit 22,68 bis 226,8 t/h (5O.OOO bis 500.000 lbs/hr.) bei einer Temperatur im Bereich von 704r4 bis 7600G (13OO bis 14000S1) eingeführt. Die Aluminiumschmelze nimmt dabei in d.er Wanne 30 etwa die gleiche Spiegelhöhe wie im angrenzenden Ofen an. Weiterhin verläßt die Aluminiumschmelze die Wanne 30 mit einer Geschwindigkeit, die im xires ent liehen der Zufuhrgeschwindigkeit entspricht. Das Plußgas - bspw. Argon - wird durch die Hohlwelle 56 mit 0,566 bis 7,075 m^/h (20 bis 250 s.c.f.h.) zugeführt. Während, der Gaszufuhr kann man die Welle 56 und den Verteiler 50 mit 5 bis 50 U/min umlaufen lassen, um mit den Armen bzw» 3?ingerii 58 die Schlaekenschicht 62 zu durchmischen. Es ist einzuGehoE-j daß sich sum Durchmischen der Schlackenschicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung;, andere Mittel einsetzen lassen, Weiterhin i?ird nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung
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durch das Rohr 88 Luft eingeführt und erzeugt einen Saugzug, der die feinzerteilten Schlackenteilchen durch das Rohr 86 an eine Auffangvorrichtung abführt.
In der vorliegenden Erfindung läßt sich auch Argon oder ein dem Flußgas ähnliches Gas verwenden, um die Saugkraft auszuüben. Nach dem Trennen des Gases von den Schlackenteilchen in der (nicht gezeigten) Auffangeinrichtung kann das Gas rückgeführt und erneut genutzt werden. Ein System, in dem die vorliegende Erfindung insbesondere Anwendung finden kann, ist in der US-PS 3«997«336 beschrieben.
In der vorgehenden Beschreibung und in den Illustrationen der Erfindung erfolgte das Entfernen der feinzerteilten Teilchen aus behandelter Schlacke mit Unterdruck. Es ist ,jedoch einzusehen, daß die Teilchen dieser Schlacke sich auch unter Überdruckbedingungen entfernen lassen. Da die Abdeckung 42 gegenüber den Wannenwänden 44 luftdicht abgeschlossen ist, kann man in den Raum zwischen der Abdeckung 42 und der Schlackenschicht 62 ein Gas einführen und es durch die Leitung 86 mit kontrollierter Geschwindigkeit abströmen lassen, wobei es die Teilchen der behandelten Schlacke mitreißt. Bspw. kann man Gas in den Raum unter der Abdeckung 42 durch die Arme 58 einführen, so daß man auch die Mischwirkung unterstützt, infolge der, freies Aluminium in die Aluminiumschmelze zurückkehren kann.
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Die -ro rl legende Erfindung ist oben ?, > "Ό-;_πν.; r.l ο':;·--· Gc vepwer1;unf;s8nlaf;e beschrieben worden: sie ist; aber au:' fliese Anwendung nicht beschränkt. Kan kann mit ihr Schlacke von einer beliebigen Alurainiunschmelze entfernen - bepw. in einen Schmelzofen.
BAD
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Claims (10)

1BERLIN33 8MÜNCHEN80 ΚΙ™ ■ Dr. RUSCHKE & PARTNER SS1* PATENTANWÄLTE T Tel. (030)8 26 38 95/8 2644 81 BERLIN - MÜNCHEN Tel. Telegramm-Adresse: Telegramm-Adresse: Quadratur Berlin Quadratur München TELEX: 183786 TELEX: 522767 A 1737 Patentansprüche
1. Verfahren zum Entfernen von Schlacken von einer Metallschmelze, insbesondere Aluminium oder dessen Legierungen, dadurch gekennzeichnet , daß man (a) eine Schlacke enthaltende Metallschmelze vorsieht, (b) ein Gas durch diese leitet, das Schlackenteilchen an die Oberfläche der Schmelze trägt, (c) die Schlacke auf der Oberfläche der Metallschmelze so behandelt, daß deren Anteil an geschmolzenem Metall sich verringert und die Schlacke im wesentlichen in Pulverform vorliegt, und (d) einen Teil der behandelten Schlacke von der Oberfläche der Metallschmelze abnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schlacke in Pulverform absaugt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß das ITußgas mindestens ein Gas aus der Gruppe Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Stickstoff, Kohlendioxid und Chlor ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Metallschmelze im Bereich von 704,4
bis 760° 0 (13OO bis 1400° P) liegt. - —
ORIGINAL INSPECTED
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5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) die Metallschmelze in einer Wanne vorsieht, in der das Flußgas zugesetzt wird, (b) der Schmelze in der Flußgas-Zusetzwanne weiteres geschmolzenes Ketall zuströmen läßt, (c) gleichzeitig mit dem Zuführen des geschmolzenen Metalls ein Gas durch die Schmelze leitet, das Schlackenteilchen an die Oberfläche des Schmelzbads führt, die dort eine Schlackenschicht "bilden, (d) Schmelze aus der Wanne in einer zeitlichen Menge abnimmt, die im wesentlichen d,er zeitlichen Metallzufuhr zur Wanne entspricht, (e) die Schlackenschicht so behandelt, daß man den in ihr enthaltenen Schmelzanteil verringert und gleichzeitig die Schlacke mit verringertem Schlackenaiiteil zu einem Pulver umwandelt, und (f) einen Teil der behandelten Schlacke an einer Auffangvorrichtung überführt.
6. Verfahren nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daR man der Metallschmelze in einem Umlaufsystem mit einer Erwärmungswanne und einer Flußgas-Zusetzwanne Flußgas zusetzt, die Schmelze aus der Erwärmungswanne in die Flußgas-Zusetzwanne und von dort in die Erwärmungswanne zurückführt, wobei die Flußgas-Zusetzwanne einen allgemein runden Querschnitt hat und ein Metallschmelzbad enthält.
7·Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man
Aluminium oder einer AI-Legierung Flußgas in einem Umlaufsystem zusetzt, das eine Erwärmungswanne, eine Pumpwanne und eine Flußgas-Zusetzwanne aufweist, wobei man die Aluminiumschmelze bei einer Temperatur im Bereich von 1JQ1'.-,M- bis 8QI1 170 (13OO bis 1475°I") aus der Erwärmungswanne in die Purapwarme und durch die Flußgas-Zusetzwanne zur Erwärmungswanne zurückführt und die Flußgas-Zusetzwanne einen allgemeinen runden Querschnitt aufweist und ein Aluminiumschmelzbad enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß man Aluminiumschrott in die Schmelze einschmilzt, während diese im Umlauf system umläuft, und zwar vorzugsweise bevor nan d.ie Schmelze in die Flußgas-Zusetzwanne einführt, und daß man den Aluminiumsch.rott vorzugsweise in der Pumpwanne schmilzt.
9· System zum Entfernen von Schlacken aus geschmolzenem Aluminium oder gesch.mdz.ener Al-Legierung nach dem Verfahren des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch (3) ein Gehäuse (46), daß ein Aluminiums clime lzb ad aufnehmen kann, Cb) eine Einrichtung (51) mit der ein Fluß gas durch die Schmelze geführt x?erden kann, um Schlackenteilchen an die Oberfläche (60) der Aluminiumschmelze zu führen, damit sie dort eine Schicht (62) ausbilden, (c) eine Einrichtung (58), um die Schlackenschicht (62) so zu behandeln, daß der in ihr enthaltene Anteil an geschmolzenem Metall verringert wird und die Schlacke im
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wesentlichen zu Pulver umgewandelt wird, (d) eine Einrichtung (30), um einen Teil der Schlacke in Pulverform von der Oberfläche der Schlackenschicht (62) zu entfernen, und (e) eine Auffangeinrichtung, die den abgenommenen Teil des
Sch la ckenpulver s auf nimrat.
10. Systen nach Anspruch 95 gekennzeichnet durch eine Saugvorrichtung (SO) zum Entfernen des Schlackenpulvers.
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