DE2908768A1

DE2908768A1 - Verfahren zum durchblasen bzw. -spuelen einer metallschmelze mit einem spuelgas

Info

Publication number: DE2908768A1
Application number: DE19792908768
Authority: DE
Inventors: Luc Montgrain
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1979-09-13
Also published as: JPS54135626A; GB2019890B; IT1113043B; NL7901745A; NL181218B; ES247141U; NO154462C; CA1108412A; AU4482779A; NO154462B; GB2019890A; FR2419123A1; BE874618A; CH643301A5; FR2419123B1; IT7920788A0; GR71466B; ES247141Y; NL181218C; NO790738L

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER 2 9 0 Ö ? S 8

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN {1930-197ÄJ . DIPL.-! N G. W.E1TLE · D R. RER. NAT. K. H OFFMAN N . DI Pl.-I NG. W. IEHN

DIPL.-1NG. K. FOCHSLE · OR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEIlASTRASSEi(STERNHAUSJ · D-8000 MÖNCHEN 81 · TELEFON (089) 9Π087 · TELEX 05-29419 (PATHEJ

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ALCAN RESEARCH AND DEVELOPMENT LIMITED Montreal/Kanada

Verfahren zum Durchblasen bzw. -spülen einer Metallschmelze mit einem Spülgas

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchblasen bzw. -spülen einer Metallschmelze durch Einleiten von Gas. Die Erfindung betrifft hauptsächlich die Behandlung von Aluminium und dessen Legierungen, aber sie ist auch anwendbar für die Behandlung von Nichteisenmetallen (und deren Legierungen), wie Kupfer, Zinn, Zink, Blei, Magnesium und Messing.

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Seit langem ist es bekannt, den Gasgehalt von geschmolzenem Metall zu vermindern und/oder gelöste flüchtige metallische Verunreinigungen und/oder feste oder flüssige Einschlüsse dadurch zu entfernen, daß man einen Gasblasenstroiu durch das geschmolzene Metall in einer Transportpfanne oder einem Warmhalteofen leitet, bevor man die Schmelze einer Gießvorrichtung zuführt oder beim Transport vom Warmhalteofen zu der Gießvorrichtung. Im allgemeinen zieht man es vor, die Spül- bzw. Reinigungsbehandlung so nahe wie möglich bei der Gießvorrichtung vorzunehmen, um eine Wiederverunreinigung des geschmolzenen Metalles vor dem Vergießen zu vermeiden. In vielen Fällen ist es jedoch einfacher, das Spülen, bzw. Reinigen des geschmolzenen Metalles im Ofen vorzunehmen.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung entwickelt wurde, um ein Problem zu lösen, das sowohl bei der im Ofen stattfindenden als auch bei der auf dem Transport stattfindenden Reinigung auftritt, ist die Vorrichtung insbesondere zur Vereinfachung des Spülens beim Transport beim übergang vom Warmhalteofen zur Gießanlage gedacht.

Es ist bekannt, geschmolzenes Metall beim Transport vom Warmhalteofen zu der Gießanlage mittels verschiedener Verfahrensweisen, wie Einspritzen von Gas, gegebenenfalls verbunden mit einer Filtration zu behandeln, wobei einige Verfahren nur eine Filtration einschließen. Bei den hier in Betracht kommenden bekannten Behandlungsverfahren ist es immer erforderlich, das geschmolzene Metall durch eine spezielle Behandlungsstation zu leiten, welche häufig extra geheizt werden muß, um einen einzelnen Metallkörper im geschmolzenen Zustand in einem Warmhaltebad zu halten. Die Metallmenge, die in geschmolzenem Sustand gehalten werden muß, kann bis zu 1500 kg oder sogar 40OO kg oder

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mehr, je nach der Art der verwendeten Vorrichtung, ausmachen. Die Anwendung einer Vorrichtung dieser Art hat den Nachteil, daß sie wertvollen Raum zwischen dem Warmhalteofen und der Gießstation in Anspruch nimmt. Außerdem muß das in der Kammer bzw. dem Kasten zurückgehaltene Metallvolumen jedesmal entweder abgelassen oder ausgespült werden, sobald eine andere Legierung vergossen werden soll, und dies bedingt eine Verzögerung und Produktionsverluste,. Außerdem besteht auch die Möglichkeit, daß sich das Metall während der Zeit, die zwischen den Gießverfahren verstreicht, verschlechtert. Zum Beispiel kann eine geschmolzene Al-Mg-Legierung durch Oxidation in dem Warmhaltebad während dieser Zeit erhebliche Mengen an Mg verlieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad beim Spülen bzw. Reinigen dadurch zu erhöhen, daß man in dem geschmolzenen Metall eine feine Dispersion aus Blasen eines Spülgases erzeugt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zum Einspritzen des Gases in geschmolzenes Metall zur Verfügung zu stellen, die so gebaut ist, daß das geschmolzene Metall im Laufe des Durchganges durch einen normalen Trog zwischen dem Warmhalteofen und der Gießstation behandelt werden kann.

Der Wirkungsgrad einer Gasmenge beim Fortspülen von gasförmigen und anderen Verunreinigungen aus geschmolzenem Metall ist eine Funktion der Gesamtoberfläche der Gasblasen, die zu einer gegegebenen Zeit in Berühung mit der Schmelze sind, und auch der Verteilung und des gegenseitigen Abstandes der Blasen innerhalb der Schmelze.

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Im allgemeinen kann man sagen, daß die Gasblasen so klein wie möglich sein sollen,unter der Voraussetzung, daß sie nicht so klein sind, daß das Metall erstarrt, bevor sie an die Oberfläche gestiegen sind. Falls dies passiert, werden die Gasblasen in dem Gußbarren eingeschlossen und verursachen eine Mikroporosität. Bei den meisten Gasspülverfahren wird das Gas entweder durch eine offenendige Lanze oder durch eine gasdurchlässige poröse Platte, die selbst ein Teil einer Lanze sein kann, eingespritzt. Im Vergleich mit anderen Flüssigkeiten ist die Grenzflächenspannung an einer Gas/Metallschmelze-Grenzfläche sehr hoch mit dem Ergebnis, daß an jeder Oberfläche, durch welche Gas ausgeströmt wird, eine Tendenz besteht, daß sich die gebildeten Gasblasen seitwärts an der nicht-benetzten Oberfläche ausbreiten. Bei einem porösen Stopfen kann dieses Phänomen z.B. zu einer Agglomerierung der gebildeten Blasen zu einer einzigen großen Blase führen, die durch das geschmolzene Metall aufsteigt und hinsichtlich der Gasausnutzung verhältnismäßig wenig wirksam ist aufgrund ihres niedrigen Oberflächen/Volumen-Verhältnisses. Ähnliche Ergebnisse treten auch auf, wenn man eine offenendige Lanze durch eine geschlossenendige Lanze mit einer Vielzahl von Öffnungen an deren Seitenwänden ersetzt. Es ist auch bekannt, rotierende Rührer anzuwenden, um Gasblasen aufzubrechen, nachdem sie sich von einer Lanze oder einer porösen Platte getrennt haben. Diese letztere Lösung kann aber deshalb beschwerlich sein_f weil man eine besondere Behandlungsstation mit der entsprechend lästigen Überwachung benötigt, wie dies vorher erwähnt wurde,, und weil sie Kxkroporositätsprobleme aufgrund des Mitführens von sehr feinen Gasblasen in der Metallschmelze, die unvermeidlich bei diesem Verfahren gebildet werden„ verursacht .

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Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß man die Größe der Gasblasen bei einem Spül- bzw. Reinigungsverfahren vermindern kann (ohne die Größe zu stark zu vermindern und unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Gasfließmenge) , indem man Gas aus einer Vielzahl von in Abstand befindlichen Gasöffnungen ausströmen läßt, welche von einer Oberfläche begrenzter Dimensionen umgeben sind, so daß die Größe der ausströmenden Gasblasen kontrollier/fc wird. Durch Anwendung von hervorstehenden Gasdüsen mit kleinem Durchmesser (oder einer anderen minimalen Querausdehnung) wird die seitliche Ausbreitung der entstehenden Gasblasen begrenzt und infolgedessen überwinden die Gasblasen den Widerstand der Metalloberflächenspannung, während das Volumen der einzelnen Blasen eine kleine und verhältnismäßig kontrollierte Größe hat. Unter der Voraussetzung, daß ein ausreichender Abstand zwischen den hervorstehenden Düsen eingehalten wird, um einen Kontakt zwischen den entstehenden Gasblasen, die aus den benachbarten Düsen ausströmen, zu vermeiden und unter der weiteren Voraussetzung, daß die Düsen weitgenug hervorstehen, kann die Größe der Gasblasen durch die kleinste Diagonaldimension (Querdimension) am äußeren Ende der hervorstehenden Düsen kontrolliert werden. Da weiterhin die Blasengröße in Beziehung zum Querschnitt der Spitzen der hervorstehenden Düsen steht, kann die Bildung von unerwünscht feinen Blasen verhindert werden. Durch eine geeignete Dimensionierung der Spitzen der hervorstehenden Düsen kann man die Größe der Blasen überwachen und für jede gewünschte Anv/endung "maßschneidern". Obwohl man die Düsen einzeln ausbilden und dann mit anderen Teilen vereinen kann, werden sie doch vorzugsweise integriert in einer Verteilerplatte gebildet, die aus Graphit oder einem anderen feuerfesten

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gegenüber geschmolzenem Metall beständigen Material gebildet wurde.

Bei einem Verfahren zum Spülen bzw. Reinigen von geschmolzenem Metall nach dem erfindungsgemäßen Verfahren fließt geschmolzenes Metall beim Übergang von einer Warmhaltestation zu einer Gießstation über eine Reihe von gasausstoßenden Düsen_? die vorzugsweise in einer Verteilerplatte mit einer Vielzahl von auf Abstand stehenden,nach oben gerichteten,hervorstehenden Düsen gebildet wurden, wobei jedes der hervorstehenden Teile darin gebildete Gasaustritt soff nungen hat, so daß Gas aus einer damit verbundenen Gasspeicherkammer unter der Verteilerplatte zugeführt wird. Die Verteilerplatte war zweckdienlich aus einem geformten Graphitblock so hergestellt worden, daß hervorstehende Düsen durch Schneiden von in Abstand befindlichen Längs- und Querrinnen gebildet wurden. In die gebildeten hervorstehenden Teile wurden dann Gasaustrittsöffnungen zentral gebohrt. Um eine mechanische Schockbeständigkeit zu erzielen und um Metallreste - nach dem Gebrauch besser entfernen zu können, wiesen die hervorstehenden Teile einen abnehmenden Querschnitt auf und hatten im vorliegenden Beispiel einen quadratischen Querschnitt. Aus Gründen der mechanischen Festigkeit müssen die hervorstehenden Teile aus Graphit (oder einem anderen feuerfesten . Material) eine minimale Querdimension , in Abhängigkeit von dem verwendeten Material, haben. Eine minimale Querdimension (Breite) von 5 mm ist im allgemeinen erforderlich am äußeren Ende des hervorstehenden Teiles, wobei einige feuerfeste Materialien es ermöglichen, daß diese Dimension auf 3 mm vermindert wird, so daß dadurch dann auch eine Verminderung der Blasengröße eintritt. Die gasauslassenden öffnungen in den hervorstehenden Düsen sollen so klein wie möglich sein unter Berücksichtigung der Leichtigkeit der Herstellung und der Erfordernisse für den Gasfluß. Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung von hervorstehenden Teilen aus Graphit

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mit einer Breite von 5 mm eine Gasauslaßöffnung mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1 mm eine ausreichende Gasabgabemenge ergibt, vorausgesetzt, daß der Druck der Gaszuführung ausreicht, um die durch die verkleinerte Öffnung entstandenen Kräfte, die metallostatischen Kopf- und Oberflächenspannungen, die dem Ausströmen des Gases entgegenwirken, zu überwinden.

Der Wirkungsgrad der Ausnutzung des injizierten Gases nimmt in dem Maße schnell ab, wie die minimale Querdimension der hervorstehenden Düsen erhöht wird. Man stellt nur eine geringe, wenn überhaupt, Verbesserung der Gasausnutzung fest (im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen), wenn die kleinste Querdimension der hervorstehenden Teile (an ihrem äußeren, die Düsenöffnungen umgebenden Ende) etwa 12,5 mm übersteigt. Andererseits ergibt eine Verminderung der kleinsten Querdimension auf einen Wert unterhalb etwa 2 mm ein Wachsen der Blasen durch"Absteigen" an den Seiten der hervorstehenden Teile. Wie bereits festgestellt wird es aus Gründen der mechanischen Festigkeit bevorzugt, die kleinste Querdimension der hervorstehenden Teile bei einem etwas höheren Wert zu halten.

Die Minimalhöhe der hervorstehenden Teile, die erforderlich ist, um die erfindungsgemäß beabsichtigte Einstellung der Blasengröße zu erzielen, beträgt 3 mm, wobei eine Höhe von wenigstens 6 mm normalerweise angewendet wird. Häufig ist es vorteilhaft, die hervorstehenden Teile höher als das ins Auge gefaßte Betriebsminimum auszubilden, um eine Erosion der Düsen, die während des Gebrauchs eintreten kann, zu berücksichtigen. Hinsichtlich der Höhe der bevorstehenden Teile in Bezug auf eine wirksame Einstellung der Blasengröße gibt es kein Maximum. Die tatsächliche Höhe (Länge) der hervorstehenden Teile wird in Übereinstimmung mit den Eigenschaften des gewählten feuerfesten . Materials

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ausgewählt, um eine ausreichende mechanische Festigkeit sicherzustellen. Die gewählte Hohe der hervorstehenden Stellen muß auch mit der Notwendigkeit übereinstimmen, eine angemessene Höhe des geschmolzenen Metalls oberhalb der Spitzen der hervorstehenden Teile aufrechtzuerhalten, um eine wirksame Entgasung, Entfernung von Einschlüssen oder die anderen Ziele, die durch die Gasspülung erzielt werden sollen, beim Durchströmen des Gases durch das geschmolzene Metall zu erzielen. Obwohl theoretisch die Höhe der hervorstehenden Stellen unbegrenzt ist, solange die vorerwähnten Erfordernisse erfüllt sind, reicht eine Höhe der hervorstehenden Stellen von 6 bis 10 mm aus. Die mechanische Festigkeit der hervorstehenden Stellen nimmt mit der Zunahme der Höhe ab und es ist nicht empfehlenswert hervorstehende Stellen einer Höhe oberhalb 25 mm anzuwenden.

Die hervorstehenden Stellen können einen kreisförmigen, quadratischen, rechteckigen oder jeden einfach herstellbaren Querschnitt haben. Die Seiten einer jeden hervorstehenden Stelle können sich entweder nach außen verjüngen (wobei der Querschnitt an der Spitze der hervorstehenden Stellen kleiner ist als am Boden) oder nach innen verjüngen (wobei der Querschnitt an der Spitze der hervorstehenden Stellen größer ist als am Boden), oder die Seiten können vertikal, ohne Verjüngung verlaufen. Eine Verjüngung nach außen wird bevorzugt, weil man Metallreste einfacher entfernen kann (z.B. bei einem absatzweisen Verfahren im Gegensatz zu vollkontinuierlichen Gießverfahren) , oder wenn die mechanische Festigkeit der hervorstehenden Stellen von Bedeutung ist. Der Winkel zur Vertikalen soll nicht zu groß sein, weil anderenfalls die Blasen dadurch wachsen, daß sie an den Seiten der hervorstehenden Stellen "herunterklettern". Es wurde festgestellt,

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daß man diesen Effekt in der Praxis möglichst klein halten kann, wenn der Winkel zur Vertikalen 15° nicht übersteigt, wobei die Querdimension an der Spitze der hervorstehenden Stelle 6 mm ist. Eine größere Querdimension . würde einen größeren Winkel ermöglichen,und umgekehrt erfordert eine kleinere Querdimension einen kleineren Winkel.

Eine an der hervorstehenden Düse sich bildende wachsende Blase überwindet die Oberflächenspannung und löst sich von der Düse ab, wenn der stunpfe innere Winkel zwischen der Blasenwand und der Oberfläche der hervorstehenden Stelle einen kritischen Wert übersteigt. Dieser kritische Wert nimmt allmählich in dem Maße ab, wie die minimale Querdimension der hervorstehenden Stelle zunimmt, so daß die Blase sich von der sich nach außen erstreckenden Verjüngung eines großen hervorstehenden Teiles ablöst, während bei einer ähnlichen Verjüngung bei einer kleineren hervorstehenden Stelle die Blasenwand den kritischen Wert nicht erreicht und die Grenze der Blase deshalb an der Verjüngung herabklettert. Es ist schwierig, die zulässige Größe der sich nach außen erstrekkenden Verjüngung bei einer hervorstehenden Stelle, so daß ein Herabsteigen vermieden wird, vorherzusagen, weil dies zum Teil von der Oberflächenspannung und der Dichte des geschmolzenen Metalles und zum Teil vom Querschnitt der hervorstehenden Stelle abhängt.

Hinsichtlich des Wirkungsgrades bei der Einstellung der Blasengröße werden "sich nach innen erstxeckende Verjüngungen bevorzugt, weil eine solche Form dazu dient, ein "Herabsteigen" der Blasen der vorher erwähnten Art zu vermeiden. Die Fähigkeit, solche hervorstehenden Stellen zu bilden, und deren Beständigkeit gegen Erosion während des Gebrauches

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hängt jedoch von den Eigenschaften des zu deren Herstellung verwendeten hitzebeätändigen. Materials ab. Die Entfernung von Metallresten wird jedoch bei einer solchen Form problematisch .

Gewisse Vorteile einer nach innen und nach außen geführten Verjüngung können kombiniert werden, indem man eine Kerbe bzw. einen Wiedereintritt an die nach außen verjüngte hervorstehende Stelle unmittelbar unterhalb des äußeren Endes der hervorstehenden Stelle bildet.

Gewünschtenfalls können hervorstehende Stellen jeder Form dadurch verfestigt werden, daß man dünne, hitzebeständige Rippen, die jede hervorstehende Stelle mit einer oder mehrerer der benachbarten hervorstehenden Stellen verbinden, vorsieht.Obwohl es für die Herstellung einer unitären Verteilerplatte am einfachsten ist, die hervorstehenden Stellen mit flachen Oberflächen an den äußeren Enden auszubilden, können die äußeren Enden doch ohne Nachteil etwas konvex oder konkav sein.

Der Abstand zwischen benachbarten hervorstehenden Stellen liegt mindestens in der gleichen Größenordnung wie die Breite der Endstellen der hervorstehenden Stellen selbst, damit die Gefahr eines Kontaktes und die dadurch bedingte Koaleszenz zwischen den austretenden Blasen an benachbarten Düsen vermieden wird. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen benachbarten hervorstehenden Stellen das 0,8-bis 2-fache der Breite der Enden der hervorstehenden Steilen. Solange die letztere Bedingungen eingehalten wird, kann jede Zahl von hervorstehenden Stellen vorliegen. Es ist augenscheinlich, daß man soviel wie möglich an hervorstehenden Stellen ausgebildete Düsen vorsehen wird, die so dicht wie möglich gepackt sind, d.h. daß man pro Oberflächeneinheit eine maximale Zahl an herausragenden Düsen vorsieht.

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Da wachsende Blasen in dem Maße zunehmend unstabil werden, in dem sie ihre Rundheit verlieren, bewirkt die Begrenzung der Blasenausdehnung in einer Richtung des Durchmessers eine Begrenzung ihres Wachstums in einer Richtung rechtwinklig zu der ersten Richtung. Die hervorstehenden Stellen können die Form von parallelen Rippen, die sich vorzugsweise transversal zur Richtung des Metallflusses erstrecken, annehmen, so daß das sich bewegende Metall die wachsenden Blasen vom oberen Teil der Rippen wegzieht. In jeder dieser Rippen ist eine Reihe von Gasauslässen vorgesehen, wobei der Abstand zwischen den Gasauslässen derart ist, daß den an jedem Auslaß wachsenden Blasen,bevor sie weggezogen werden, keine Zeit verbleibt mit den Blasen zu koaleszieren, die an benachbarten Auslassen der gleichen Rippe wachsen. Da die Ausdehnung einer Blase transversal der Rippe begrenzt ist, wenn sie auf die Rippenecken trifft, wird die Ausbreitung der Blase in Längsrichtung der Rippe gleichfalls gesperrt, obwohl die Einstellmöglichkeit der Blasengröße weniger genau ist. Dies wird zum Teil dadurch kompensiert, daß die kontinuierlichen Rippen fester sind als die einzelnen hervorstehenden Stellen und daß deshalb die Breite der Rippen in einfacher Weise klein gehalten werden kann. Die Entfernung zwischen benachbarten Austrittsöffnungen in den Rippen soll mindestens das Zweifache der Breite der Rippe betragen und vorzugsweise wenigstens etwa das Dreifache der Breite der Rippen, um sicherzustellen/ daß keine Koaleszenz stattfindet.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Aufsicht bzw. einen Längsschnitt einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Verteilerplatte ;

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Fig. 3 zeigt eine Aufsicht einer Basisplatte, die vier der Verteilerplatten . gemäß Fig. 1 und 2 aufnehmen kann.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt einer Verteileranordnung, gebildet aus einer Grundplatte gemäß Fig. 3 und Verteilerplatten gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 5 zeigt ein Diagramm einer Einrichtung einer Verteileranordnung in einem halbkontinuierlichen Gießsystem;

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt eines Troges mit einer darin angeordneten Verteileranordnung;

Fig. 7 bis 9

zeigen verschiedene Formen der an den hervorstehenden Teilen gebildeten Düsen der Verteilerplatte gemäß Fig. 1 und 2 und

Fig. 10 zeigt eine modifizierte Form der Verteilerplatte gemäß Fig. 1.

Fig. 1 und 2 zeigen Verteiler- bzw. Diffusorplatten gemäß der Erfindung. Die Verteilerplatte hat einen dicken Grundteil 2 und integrierte hervorstehende Teile 3. Jedes hervorstehende Teil ist rechteckig und, wie gezeigt, etwas verjüngt. Jedes hervorstehende Teil hat eine zentrale Bohrung für einen Gasauslaß 4.

Außer den hervorstehenden Stellen 3 hat die Platte 1 EckvorSprünge 5 mit Bohrungen bei 6 für Verankerungsbolzen zum Befestigen an der Basis wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird.

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Die Funktion der Grundplatte gemäß Fig. 3 und 4 besteht darin, einen Gasspeicherraum in Verbindung mit jeder Verteilerplatte zu bilden. Vorzugsweise wird diese so dünn wie möglich ausgebildet, um eine maximale Eintauchung der Spitzen der Düsen auf der Verteilerplatte unterhalb der Oberfläche des darüber fließenden Metalles möglich zu machen.

Die Grundplatte 7 weist sich verjüngende Löcher 8 auf zur Befestigung der vier Verteilerplatten daran mittels der in den Bohrungen 6 eingeführten Bolzen. In die Verteilerplatte werden flache Aussparungen 9, 9' in die obere Oberfläche eingearbeitet. Die Aussparung 9¹ steht in Verbindung mit der Aussparung 9 durch die Bohrungen 10. Die Aussparung 9 ist örtlich bei 11 vertieft, um einen Einlaß für eine Bohrung 14, die mit einer Bohrung 14' in einem Gaszuführungsverbundteil 15, befestigt an der Basisplatte 7 mittels eines Bolzens 16 übereinstimmt, zu schaff en. Die Entfernung des Bolzens ermöglicht es , die Anordnung in die einzelnen Teile zu trennen. Ein Blatt aus Keramikpapier 17 wird zwischen die Grundplatte 7 und die Verteilerplatte 1 gepreßt, um ein Austreten des Gases durch den Spalt zwischen diesen Teilen zu verhindern und um den Aufbau eines ausreichenden Gasdruckes in den Gasspeicherkammern zu ermöglichen.

Die Verteiler- und Grundplatten werden vorzugsweise aus bearbeitetem Graphit oder aus geformtem Siliziumkarbid oder einem anderen hitzebeständigen Material hergestellt. Gewünschtenfalls kann auch ein vergießbares hitzebeständiges Material verwendet werden. Gewünschtenfalls kann man auch Gußeisen oder ein anderers geeignetes hitzebeständiges Metall verwenden. Als weitere Alternative können die vorstehenden Teile aus Einsätzen aus einem keramischen oder

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metallischen hitzebeständigen Material bestehen, das in eine hitzebeständige Grundplatte, die aus dem gleichen Material wie die Einsätze besteht oder nicht, implantiert ist.

In Fig. 5 wird eine Verteileranordnung gemäß Fig. 4 gezeigt, die sich in einer Rinne 20 befindet, aus dem Metall aus dem Ofen 21 zu einer Stranggußanlage 22 befördert wird.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt einer Rinne: 20 mit einer darin angeordneten Verteileranordnung, wobei die Rinne 20 eine Abdeckung 23 über der Verteileranordnung hat, wodurch eine Atmosphäre des Spülgases über dem durch die Rinne geführten geschmolzenen Metall aufrechterhalten wird.

Fig. 7 bis 9 zeigen jeweils in einem größeren Maßstab verschiedene Formen der hervorstehenden Düsen 3 der Verteilerplatte gemäß Fig. 1 und 2. Fig. 7 zeigt eine nach außen sich verjüngende hervorstehende Düse, Fig. 8 eine sich nach innen verjüngende hervorstehende Düse und Fig. 9 zeigt eine sich nach außen verjüngende hervorstehende Düse mit gekerbten Seiten.

Die erfindungsgemäßen Verteilerplatten können als Vorrichtung zum Einspritzen von Gas in einen Strom eines geschmolzenen Metalls in einem üblichen Transporttrog durch Einbringen in die Rinne , wie in Fig. 5 und 6 gezeigt wird, angewendet werden. Gewünschtenfalls kann mehr als eine Anordnung in der Rinne angebracht sein. Alternativ können auch gewünschtenfalls eine oder mehrere Verteileranordnungen in einer üblichen Flußmittelbehandlungskammer mit Gasbehandlung angewendet werden, jedoch wurden sich die vorerwähnten Nachteile

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bei Verwendung einer solchen Kammer einstellen.

Alternativ können auch eine oder mehrere Verteilerplatten oder Verteileranordnungen in den Boden eines Transporttroges oder einer Flußmittelbehandlungskammer installiert werden, wobei sie in solcher Weise angeordnet werden, daß die Oberfläche der Platte an der Basis der hervorstehenden Stellen auf gleichem Niveau wie der Boden des Troges oder der Kammer ist. Wird die Gaseinspritzung unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt, um ein Spülen während des Transportes zu bewirken, und zwar in einem Transporttrog oder einer Flußmittelbehandlungskairaner, so wird eine ausreichende Anzahl an Verteilerplatten vorgesehen, um eine wesentliche Verminderung des Gasgehaltes, der Einschlüsse oder an anderen Verunreinigungen in dem fließenden Metall zu bewirken.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Entgasen von geschmolzenem Metall angewendet, so ist es wünschenswert, das System so zu betreiben, daß ein Wiedereintritt von Gas, z.B. von Wasserstoff, aus der Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre vermieden wird. Dies kann dadurch vermieden v/erden, daß man oberhalb der Metalloberfläche in der Zone, in welcher die Blasen aufsteigen, eine kontrollierte Atmosphäre aufrechterhält, z.B. indem man eine Abdeckung über dem Transport trog, wie dies in Fig. 6 gezeigt wird, vorsieht, und/oder, indem man eine geeignete Flußmittelbeschichtung, z.B. vom Alkalichloridtyp oder Chlorid/Fluoridtyp, wenn das geschmolzene Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, vorsieht.

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Bei einer Ausführungsform wurde ein Paar Verteileranordnungen , jeweils mit 4 Verteilerplatten der ungefähren Größe 20 χ 10 cm und jeweils mit 51 Düsen in einen Transporttrog zwischen einem Warmhalteofen und einer Gießstation, wie dies in Fig. 5 gezeigt wird, angeordnet. Während des Versuches floß eine geschmolzene Aluminiumlegierung durch den Trog in einer Menge von 150 kg/Min. und die Tiefe des Metalls über der Verteilerplatte betrug annähernd 10 cm. Die Verweilzeit des Metalles über den Verteilerplatten betrug etwa 20 Sekunden und das Gas (100 % Argon) strömte mit ungefähr 100 l/Min, und ergab einen Gasverbrauch von ungefähr 670 1 pro Tonne behandelten Metalls.

Selbst bei einer Vorrichtung einer so beschränkten Größe wurde eine beträchtliche Verminderung des Wasserstoffgehaltes in der Legierung als Ergebnis der kleinen Blasengröße (geschätzt auf 6 bis 10 mm Durchmesser) erzielt.

In der folgenden Tabelle werden die Versuchsergebnisse gezeigt, die mit verschiedenen Aluminiumlegierungen unter Anwendung der dort angegebenen Metallfließgeschwindigkeiten und Gasfließgeschwindigkeiten erzielt wurden. Die Dauer eines jeden Versuches betrug 2 Stunden, und das Metall wurde einer kontinuierlichen Gießvorrichtung vom Radtyp zugeführt .

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ί Legierung	Wasserstoffgehalt (ml Η_Λ/1ΟΟ g Metall)	Hinter dem Verteiler	% Entfernung
Al - 2,35 % Mg - 0,20 % Cr	Vor dem Verteiler	0,12 0,11	56 48
Al - 5,0 % Mg	0,27 0,21	0,16 0,33 0,18	41 33 49
Al - 5,15 % Si	0,27 0,49 0,35	0,18 0,15	31 38
Al - 0,9 % Mg- 0,65 % Si	0,26 0,24	0,16 0,10	27 62
0,22 0,26

Bei einer anderen Anordnung wurden 5 Graphitverteilerplatten einer Größe von annähernd 20 cm χ 28 cm, die jeweils 122 Düsen aufwiesen,am Boden eines speziell angepaßten Teiles eines Transporttroges zwischen einem Warmhalteofen und einer vertikalen Stranggußanlage angeordnet. Die Tiefe des Metalles über den Verteilerplatten betrug annähernd 20 cm. Die Verweilzeit des geschmolzenen Metalles über dem Verteiler betrug etwa 30 Sekunden.

Während des Versuches wurde die Reinheit des Metalls vor und hinter dem Verteiler durch quantitative metallographische Analyse bestimmt. Eine merkliche Verminderung des Gehaltes an nichtmetallischen Teilchen (z.B. agglomeriertes ¹FiB₃, Al_-JC₃, MgO und Spinelle) wurde bei allen geprüften Legierungen erzielt. Die Prüfergebnisse bei zwei Aluminiumle-

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gierungen werden in der folgenden Tabelle gezeigt:

Legierung	Dauer des Versuches h	Metallfließ geschwindig keit kg/Min.	Argon-Fließ- geschwindig- keit l/Min.	Argon-Ver- brauch /t behandeltes Metall	ItfLrkungsgrad der Entfernung der gesamten Ein- j schlösse
FLL - 1 % Mn	4	360	140	390	66
- 0,6 S Fe
Al - 2,5 % Mg	4	475	240	500	73

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können mit allen üblichen und nichtüblichen Gasen zum Spülen bzw. Reinigen von geschmolzenen Metallen, z.B. mit Chlor, Stickstoff, Argon, Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen und Mischungen davon angewendet werden.

Obwohl die Gasverteilerplatten gemäß der Erfindung vorzugsweise in einem Metalltransporttrog installiert werden, kann man die Vorteile der Erfindung auch erzielen, wenn man eine Anordnung von Verteilerplatten oder Verteileranordnungen am Boden des Warmhalteofens anbringt und dadurch eine Reinigung des Metalles im Ofen erzielt.

Die modifizierte Verteilerplatte gemäß Fig. 1O dient hauptsächlich zur Anwendung bei einem transversal zu den dort gezeigten Rippen strömenden Metallstrang

Im Vergleich zu Fig. 1 sind die einzelnen rechteckigen hervorstehenden Teile durch enge kontinuierliche Rippen 24 ersetzt worden, in denen eine Reihe von Gasau3.ässen 25 mit dem dreifachen Abstand der Breite an der äußeren Oberfläche der Rippen vorgesehen sind. Der Abstand der Auslaßöffnungen

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ist tatsächlich wie in Fig. 1, weil die Rippen 24 näher beeinander stehen als die hervorstehenden Teile 3.

Die Peripherie an der oberen Oberfläche der hervorstehenden Stellen oder Kanten einer jeden Rippen stellt eine abrupte Unterbrechung dar, wodurch die laterale Bewegung der Metall/ Gas-Grenzfläche über der Oberfläche einer Verteilerplatte oder einer ähnlichen Anordnung kontrolliert bzw. verhindert wird. Anstatt Gasauslässe in sich nach außen erstreckenden Rippen oder hervorstehenden Stellen vorzusehen, können das Blasenwachstum hindernde Unterbrechungen (Störstellen) durch die Peripherien diskreter Aussparungen, die zwischen den Gasauslässen in der sonst kontinuierlichen Oberflächen vorgesehen sind, gebildet werden. Solche Unterbrechungen können durch Bohrungen in der Oberfläche einer feuerfesten Platte in den Zwischenräumen zwischen den Gasauslässen gebildet werden.

Dort, wo das Zentrum jeder Bohrung auf der Linie liegt, welche die Zentren eines Paares benachbarter Öffnungen verbindet, soll der Durchmesser der Bohrungen größer sein als die halbe Zentrum-zu-Zentrum-Entfernung des Paares · der benachbarten öffnungen. Dort, wo das Zentrum einer jeden Bohrung sich in gleichem Abstand von mehr als zwei öffnungen in einer regelmäßigen Anordnung, wie einem Quadrat oder Sechseck der Öffnungen befindet, soll die kürzeste Entfernung zwischen der Peripherie solcher benachbarter Bohrungen vorzugsweise nicht mehr als ein Viertel der Zentrum-zu-Zentrum-Entfernung der benachbarten Öffnungen sein, damit nicht mehr als eine dünne Rippe zwischen einem Paar benachbarter Öffnungen bleibt.

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Claims

HOFFMANN · ElTLiO & PARTNER 2 9 0 8 7 S 8 PATE NTAN WALTE DR. ING. E. HOFFMANN £5ί33-197ό) . DiPl.-IHG. W.EtTLE · DR. RSK. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEH N OiPL-ING. K. FOCHSLE - DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STEP.NHAUS) . D-8000 MDNCHEN 81 · TELEFON (039) 9Π087 . TELEX 05-29619 (PATHΕ} 31 844 o/fi ALCAN RESEARCH AND DEVELOPMENT LIMITED Montreal/Kanada Verfahren zum Durchblasen bzw. -spülen einer Metallschmelze mit, einem Spülgas Patentansprüche

1. Verfahren zum Durchblasen bzw. -spülen einer Metallschmalze mit einem Spülgas„ dadurch gekennzeichnet , daß man einzelne Gasströme aufwärts In eixiein Strom oder Körper der Metallschmelze durch eine Reihe von auf Abstand stehenden Gasauslässen leitet,, die unter der Oberfläche der Metallschmelze angeordnet sind und daß man die seitliche Ausdehnung der an den Auslassen wachsenden. Blasen beschränkt,, um ein Koaleszieren der wachsenden Blasen mit an benachbarten Austrittsöffnungen wachsenden Blasen'zu verhindern.

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2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Gasströme mit Gas aus einer Speicherkammer versorgt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die seitliche Ausdehnung der Gasblasen dadurch begrenzt wird, daß man in der zu den Auslaßöffnungen benachbarten Oberfläche in zwei oder mehr entgegengesetzten radialen Richtungen in bezug auf jede Oberfläche plötzliche,nach unten gerichtete Unterbrechungen (Störstellen) vorsieht, wobei diese Unterbrechungen dazu dienen, die seitliche Ausdehnung der Blasen zu begrenzen und eine Koaleszenz der Blasen zu verhindern.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die einzelnen Gasströme durch auf Abstand stehende Düsen, die sich aufwärts in einem fliessenden Strom einer Metallschmelze erstrecken, ausströmen, wobei jede der Düsen eine kleinste Querdimension im Bereich von 2 bis 12,5 mm an ihrem äußeren Teil und jede Düse eine Vertikaldimension (Höhe) von wenigstens 3 mm hat.

5. Gasverteilerplatte zur Zufuhr von Spülgas zu einer Metallschmelze, gekennzeichnet durch eine Grundplatte (2) aus einem gegenüber der Metallschmelze beständigen Material, eine Reihe von auf Abstand stehenden hervorstehenden Stellen (3) an der oberen Oberfläche der Grundplatte (2), GasausLl:ittsöffnungen (4) , die sich durch die hervorstehenden Stellen (3 ) hindurch auf die untere Oberfläche der Grundplatte (2 ) erstrecken, wobei jede hervorstehende Stelle (3 ) so geformt und so von benachbarten hervorstehenden Stellen Abstand hält, daß an den

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Gasauslaßöffnungen {4 ) wachsende Gasblasen in Berührung mit der Metallschmelze an einer seitlichen Ausdehnung gehindert sind und eine Koalesz enz mit an benachbarten Gasauslaßöffnungen (4 ) wachsenden Blasen vermieden wird.

6. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die kleinste Queräimension der hervorstehenden Stellen (3 ) an deren äußeren Enden im Bereich von 2 bis 12,5 mm beträgt.

7. Gasverteilerplatte gemäß Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der hervorstehenden Stellen (3 ) im Bereich von 3 bis 25 mm liegt.

8. Gasverteilerplatte gemäß Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der einzelnen hervorstehenden Stellen ( 3 ) im Bereich von 6 bis 10 mm liegen.

9. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die hervorstehenden Stellen (3 ) einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt haben.

10. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich die hervorstehenden Stellen ( 3) vom Boden nach oben verjüngen und die Seiten der hervorstehenden Stellen einen Winkel zur Vertikalen von 15° nicht übersteigen.

11. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens an einer

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Seitenfläche der hervorstehenden Stellen (3 ) in der Nähe des oberen Endes eine Kerbe gebildet ist.

12. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Seiten der hervorstehenden Stellen (3 ) im wesentlichen vertikal in bezug auf die Grundplatte verlaufen.

13. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich die hervorstehenden Stellen von oben nach unten verjüngen.

14. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis des Abstandes zwischen den äußeren Enden der hervorstehenden Stellen {3 ) und der kleinsten Querdimension an ihrem äußeren Ende 0,8 bis 2:1 ist.

15. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die hervorstehenden Stellen ( 3 ) die Form von auf Abstand stehenden Rippen haben, in denen Gasauslaßöffnungen in solchem Abstand vorgesehen sind, daß die ausstretenden Blasen nicht koaleszieren.

16. Gasverteilerplatte gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen benachbarten Gasauslässen in jeder Rippe wenigstens der zweifachen,Breite der obersten Oberfläche ausmacht.

17. Gasverteiler zum Spülen eines Stromes aus geschmolzenem Metall, gekennzeichnet durch einen Grundteil (? ) ^mit wenigstens einer daran befestigten

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Gasverteilerplatte, wodurch eine Gasspeicherkammer unter der Gasverteilerplatte gebildet wird, sowie Einrichtungen zur Gaszufuhr in die Gasspeicherkammer , wobei die Gasverteilerplatte aus einer Grundplatte (2) aus einem gegenüber geschmolzenem Meta3.1 beständigem Material besteht und die Grundplatte an ihrer oberen Oberfläche eine Reihe von auf Abstand stehenden hervorstehenden Stellen (3~) aufweist, die hervorstehenden Stellen Gaszufuhröffnungen ( 4} aufweisen, die sich nach unten zu der unteren Oberfläche der Grundplatte erstrecken, wobei jede hervorstehende Stelle so geformt und von benachbarten hervorstehenden Stellen so auf Abstand steht, daß Gasblasen, die an den Gasaustrittsöffnungen ( 4) in Berührung mit dem geschmolzenen Metall wachsen, an einer seitlichen Ausdehnung gehindert und eine Koaleszenz mit an benachbarten Austrittsöffnungen wachsenden Blasen vermieden wird.

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