DE2923493A1

DE2923493A1 - Verfahren und vorrichtung zum entgasen von geschmolzenem metall

Info

Publication number: DE2923493A1
Application number: DE19792923493
Authority: DE
Inventors: Joseph A Dr Clumpner
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-09
Publication date: 1979-12-13
Also published as: SE425257B; SE7905061L; DE7916704U1; AT369036B; US4177066A; NO791904L; YU137379A; CA1130574A; FR2431887B1; IT7923490A0; NL7904567A; GB2025466A; EG14025A; ATA418679A; FR2431887A1; GB2025466B; IT1125362B; DE2923493C2; NO153579C; NO153579B

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenem Metall

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenem Metall mit einem das Metall in einer Reaktionskammer durchströmenden' Spülgas.

In der Praxis enthält geschmolzenes Metall, insbesondere geschmolzenes Aluminium, im allgemeinen mitgeschleppte und gelöste Verunreinigungen in gasförmiger und fester Form, welche sich auf das Gussprodukt nachteilig auswirken. Diese Verunreinigungen können das Gnssprodukt nach dem Erstarren des geschmolzenen Metalls derart beeinflussen, dass dessen Weiterverarbeitung behindert wird oder das Endprodukt weniger dehnbar ist.Schliesslich kann dieses Endprodukt auch eine schlechte Nachbearbeitbarkeit und schlechte Anodisierungseigenschaften haben. Die Verunreinigungen können verschiedenen Ursprungs sein. Beispielsweise können diese metallische Verunreinigungen wie Alkali— und Erdalkalimetalle einschliessen, sowie gelösten gasförmigen Wasserstoff und eingeschlossene Filme von Oberflächenoxiden, welche aufgebrochen und vom geschmolzenen Metall mitgeschleppt worden sind, umfassen. Im weiteren können die Einschlüsse von unlöslichen Verunreinigungen, wie beispielsweise Carbiden, Boriden usw. oder erodierten feuerfesten Materialien aus Oefen und Zuführungsrinnen, herrühren.

Ein bekanntes Verfahren zum Entfernen von gasförmigen Verunreinigungen aus geschmolzenen Metallen stellt das Entgasen dar. Dieses physikalische Verfahren schliesst das Einleiten eines Spülgases in die Schmelze ein. Der Wasserstoff diffundiert durch Schmelze zu den Blasen des Spülgases, wird von den Blasen adsorbiert und anschliessend mit der Blase aus der Schmelze ausgetragen.

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Es ist natürlich höchst wünschenswert, das Entgasen von geschmolzenem Metall derart zu verbessern, dass solche Verunreinigungen im Gussprodukt entfernt oder stark vermindert sind. Dies ist insbesondere bei geschmolzenem Aluminium der Fall, z.B. wenn das entgaste und filtrierte Metall als dekoratives Produkt, wie als dekorative Verkleidung oder als spezielle Eigenschaften aufweisendes Produkt, wie als Schmiedstück oder Strangpressprodukt in der Flugzeugindustrie, oder als dünne Folien eingesetzt wird. Die beschriebenen Verunreinigungen bewirken einen Verlust an Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Korrosionswiderstand des Gussproduktes.

Rigorose Metallbehandlungsverfahren wie Gasspülung oder Schmelzefiltration haben das Auftreten solcher Fehler stark vermindert. Obwohl solche Behandlungen das Auftreten dieser Fehler im allgemeinen auf ein genügendes Niveau herabsetzen, so werden sie doch oft als unwirksam und/oder unwirtschaftlich befunden.

In üblicher Weise durchgeführte Verfahren mit Spülgas, wie das allgemeine Begasen des Schmelzeraumes, haben die Einführung des Spülgases in den eine geschmolzene Metallmenge enthaltenden Warmhalteofen zum Gegenstand gehabt. Dieses Verfahren macht erforderlich, dass das geschmolzene Metall während der Behandlung mit Spülgas längere Zeit im Ofen gehalten werden muss, damit die behandelte Metallmenge konstant

bleibt und die Behandlung stattfinden kann. Dieses Vorgehen hat manche Nachteile, unter anderem einen verminderten Wirkungsgrad und gesteigerte Kosten als Folge der längeren Unbenutztheit des Ofens während der Gasbehandlung, sowie eine Verminderung der Wirksamkeit der Gasbehandlung infolge der schlechten Bedeckung des geschmolzenen Metalls durch das Spülgas, was den zu grossen Blasen und der ungenügenden Dispersion der Blasen in der Schmelze zuzuschreiben ist.

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Weitere nachteilige Faktoren sind die Beschränkung dieser Gasbehandlung auf den Ofen selbst, was ein Wiederauftreten von Verunreinigungen in der Schmelze vor dem Giessen ermöglicht, und die hohen Emissionen, welche von der benötigten hohen Gasmenge und dem Ort derer Zirkulation herrühren.

Als Alternative zu den oben beschriebenen, diskontinuierlichen Gasspülverfahren wurden gewisse Gasspülverfahren in kontinuierlicher Weise angewendet; d.h. die Behandlung und die dazugehörende Vorrichtung wurde ausserhalb des Schmelz- oder Halteofens durchgeführt bzw. angeordnet, oft entweder zwischen dem Schmelzofen und dem Warmhalteofen oder zwischen dem Warmhalteofen und der Giessmaschine. Dies half, die durch die längere Unbenutztheit des Ofens während der Gasbehandlung verursachte ünwirtschaftlichkeit und die hohen Kosten zu mildern, konnte aber den Wirkungsgrad der Entgasungsoperation selbst nicht erfolgversprechend verbessern, weil untragbar hohe Mengen von Spülgas pro Einheit geschmolzenes Metall erforderlich waren, was kostspielig und der Reinheit der Luft abträglich war.

Eine übliche kontinuierlich arbeitende Gasspültechnik ist in der US-PS 3 737 304 offenbart. In der genannten Patentschrift ist in einem Gehäuse ein Bett von "Steinen" angeordnet, durch welches das geschmolzene Metall hindurchgeht. Ein Spülgas wird in der Nähe des Betts eingeführt und fliesst im Gegenstrom zum geschmolzenen Metall durch die Zwischenräume zwischen den Steinen hinauf. Die Verwendung eines Betts aus porösen "Steinen" hat aber einen Nachteil. Die Tatsache, dass die Poren der Steine sehr nahe beieinander liegen, hat zur Folge, dass die durch die Steine hindurchgehenden Blasen auf deren Oberfläche koaleszieren und anstelle einer grossen Anzahl kleiner Blasen eine verhältnismässig kleine Anzahl grosser Blasen bilden. Durch die

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koaleszierenden Blasen wird aber die gesamte Oberfläche der Blasen, an welcher Wasserstoff adsorbiert werden kann, vermindert, was einen niedrigen Entgasungswirkungsgrad zur Folge hat.

Ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für das kontinuierliche Entgasen und Filtrieren von geschmolzenem Metall sind in der US-PS 4 052 198 (Yarwood et al.) offenbart. Die Verbesserung im Entgasen und Filtrieren von geschmolzenem Metall wird mittels einer Vorrichtung erreicht, bei welcher zwei räumlich getrennte, auswechselbare Filterelemente und mindestens ein zwischen den beiden Elementen angeordneter Einlass für das Spülgas verwendet werden. Das Spülgas wird durch den Einlass in die Schmelze eingeführt und fliesst im Gegenstrom mit der Schmelze durch das erste dieser Filterelemente. Die Filterplatte dient dazu, das Spülgas in eine feine Dispersion aufzubrechen, um einen ausgedehnten Kontakt mit der Schmelze sicherzustellen. Die verwendeten Filterplatten bestehen aus porösen, keramischen Schaummaterialien, welche aus einer Reihe von Gründen besonders nützlich für das Filtrieren von geschmolzenem Metall sind, unter anderem wegen ihrem dank der gleichmässigen und kontrollierbaren Porengrösse vorzüglichen Filtrierwirkungsgrad, ihren niedrigen Kosten, sowie ihrer Problemlosigkeit der Anwendung und der Ersetzbarkeit. Die keramischen Schaumfilter sind handlich und kostengünstig herzustellen und sind einfach zu verwenden in einer kontinuierlich arbeitenden Entgasungs- und Filtriereinheit.

Obwohl die obgenannte US-PS 4 052 198 bedeutende Verbesserungen gegenüber den vorher bekannten, kontinuierlichen Gasspültechniken bringt, sind doch eine ganze Anzahl von Problemen eingetreten. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der gesteigerten Produktivität sind Entgasungs- und Filtriersysteme wünschenswert, welche geschmolzenes Metall kon-

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tinuierlich und mit einer der Giesspraxis entsprechenden Geschwindigkeit behandeln können. Die Verwendung bekannter, kontinuierlich arbeitender Entgasungseinheiten, wie beispielsweise diejenige in der oben genannten US-PS 3 737 304 für das kontinuierliche Entgasen und Filtrieren, wurden als äusserst unwirksam befunden, weil sie zur ausreichenden Behandlung der für kontinuierliche Giessverfahren erforderlichen Mengen an geschmolzenem Metall grosse mehrteilige Kammeranordnungen erforderlich machen. Infolge der Grösse dieser Behandlungseinheiten werden zusätzliche Heizvorrichtungen benötigt, welche ein Erstarren des geschmolzenen Metalls während seiner Behandlung verhindern. Obwohl eine gewisse Verbesserung in bezug auf die Menge an geschmolzenem Metall, welche behandelt werden kann, durch die Verwendung eines kleineren Systems wie das in der US-PS 4 052 198 offenbarte, welches keramische Filter und Gasfluss im Gegenstrom benutzt, erreicht wurde, hat sich herausgestellt, dass ein derartiges System eine begrenzte Wirksamkeit aufweist. Der Grund hierfür liegt im grossen Druckabfall, der sich aus dem gleichzeitig im Gegenstrom durch den Filterkörper fliessenden Spülgas und Metall ergibt. Infolge des grossen Druckabfalls kommt es stromaufwärts des Filterelementes zur Ausbildung eines höheren Niveaus von geschmolzenem Metall- was entweder eine Vergrösserung des Durchgangs stromaufwärts des Filterelementes oder eine Verminderung in der Zuführungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls zur Behandlungseinheit erforderlich macht. Zusätzlich zu der beschränkten Wirksamkeit in bezug auf den Durchsatz von geschmolzenem Metall, welcher nach der obenstehenden US-PS 4 052 198 bewältigt werden kann ist gefunden worden, dass der Wirkungsgrad des Entgasungsverfahrens noch einige Wünsche offen lässt, weil die durchströmenden Gasblasen zum Koaleszieren neigen, und dadurch der kinetische Wirkungsgrand der Adorptionsreaktion beschränkt wird.

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen und gegebenenfalls Filtrieren von geschmolzenem Metall zu schaffen, welche die Koaleszenz der Blasen des Spülgases vermindern und damit einen höheren Durchsatz von zu behandelndem Metall erlauben. Die Vorrichtung soll leistungsfähig, einfach zu handhaben und kostengünstig zu betreiben sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren, bei welchem

- das geschmolzene Metall durch einen auf einer ersten Höhe angeordneten Einlassstutzen tangential in eine Reaktionskammer mit einem langgestreckten, zylinderförmigen Seitenwandteil eingeführt und durch einen auf einer zweiten Höhe angeordneten, unterhalb der ersten Höhe liegenden Auslassstutzen wieder aus der Reaktionskammer entfernt wird,

- das Spülgas durch auf einer dritten Höhe angeordnete, unterhalb der ersten Höhe liegende Einlassdüsen in das geschmolzene Metall eingeführt wird, und

- das geschmolzene Metall mit einer im uhrzeiger- bzw. Gegenuhrzeigersinn rotierenden Wirbelbewegung durch die Reaktionskammer fliesst und gleichzeitig vom Spülgas durchperlt wird.

Durch die Einführung des strömenden Gases in die rotierende Wirbelbewegung des Metallstromes erreicht die Dispersion der Entgasungsblasen ein Maximum, und durch Optimierung der Düsengrösse wird die effektive Adsorption von gasförmigen Verunreinigungen weiter erhöht.

Mit zunehmendem Durchmesser der Reaktionskammer nimmt die Dispersion der Spülgasblasen im Zentrum der Kammer ab. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden

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daher die Düsen zur Erzielung einer besseren Gasblasendispersion in unterschiedlichem radialem Abstand zur Zentralachse der Reaktionskammer angeordnet. Zusätzlich können die Düsen in bezug auf den Metallauslass in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Düsenspitzen konisch geformt, um Ablagerungen im Bereich der Düsenöffnung zu vermeiden, welche zu einer Verstopfung der Düse führen können.

Ein mit einer offenporigen Struktur versehenes filterförmiges Medium, welches durch eine Vielzahl von mit einem Netzwerk aus keramischem Material umgebenen, miteinander verbundenen Hohlräumen gekennzeichnet ist, kann in der Reaktionskammer zwischen dem Metalleinlass und dem Metallauslass angeordnet werden, im Idealfall unterhalb der Einlassdüsen für das Spülgas. Wenn die Reaktionskammer zusammen mit einem filterförmigen Medium verwendet wird, ist die Position des Metallauslasses im unteren Bereich der Kammer nicht wesentlich. Wenn die Reaktionskammer jedoch ohne Filtermedium eingesetzt wird, ist der Metallauslass bevorzugt tangential angeordnet, um die Wirbelbewegung des flüssigen Metalls während des Durchflusses vom Einlass zum Auslass zu unterstützen.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können als Spülgas vor allem inerte Gase, welche vorzugsweise eine geringe Menge eines aktiven gasförmigen Zusatzstoffes wie Chlor oder eine vollständig halogenierte Kohlenwasserstoff-Komponente enthalten, verwendet werden. Das eingesetzte Gas kann irgend ein Gas oder ein Gasgemisch wie Stickstoff, Argon, Chlor, Kohlenmonoxid, Freon 12 usw. sein, welches zum Erreichen einer annehmbaren Entgasung geeignet ist. Für das Entgasen von Aluminiumschmelzen werden insbesondere Mischungen von Stickstoff-Dichloridifluormethan, Argon-Dichlordifluormethan, Stickstoff-Chlor oder Argon-Chlor verwendet. Zusätzlich kann auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalles eine Schutzschicht aus einem

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inerten Gas wie Argon, Stickstoff usw. angeordnet werden, um die Readsorption von gasförmigen Verunreinigungen an der Oberfläche der Schmelze auf ein Minimum zu beschränken.

Die erfindungemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet, durch

eine Reaktionskammer mit einem langgestreckten, zylinderförmigen Seitenwandteil und einer Zentralachse,

- einen auf einer ersten Höhe angeordneten Einlassstutzen für das Zuführen des geschmolzenen Metalls in die Reaktionskammer,

- einen auf einer zweiten Höhe angeordneten, unterhalb der ersten Höhe liegenden Auslassstutzen für das Entfernen des geschmolzenen Metalls aus der Reaktionskammer,

- auf einer dritten Höhe angeordnete, unterhalb der ersten Höhe liegende Einlassdüsen für das Zuführen des Spülgases in die Reaktionskammer, wobei mindestens der Einlassstutzen für das geschmolzene Metall in bezug auf den Seitenwanteil tangential angeordnet ist, so dass das geschmolzene Metall tangential in die Reaktionskammer eintritt und in einer im Uhrzeiger- bzw. Gegenuhrzeigersinn rotierenden Wirbelbewegung in Richtung der Austrittsöffnung fliesst, während das Spülgas durch das geschmolzene Metall perlt.

Nach einer bevorzugsten Ausfuhrungsform ist die langgestreckte Reaktionskammer in bezug auf den Querschnitt im wesentlichen kreisförmig. Der Querschnitt der Reaktionskammer kann jedoch auch von oktagonaler Form oder dergleichen sein. Die einzige Bedingung in bezug auf die Form des Querschnitts ist, dass sie dem flüssigen Metall erlaubt, in einer rotierenden Wirbelbewegung vom Einlass der Reaktionskammer zu deren Auslass zu

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fliessen. Um die erwünschte rotierende Wirbelbewegung des geschmolzenen Metalls vom Metalleinlassstutzen zum -auslassstutzen zu erreichen, ist es erforderlich, dass der Metalleinlassstutzen in bezug auf die Seitenwand der Reaktionskammer derart angeordnet ist, dass das geschmolzene Metall tangential eingeführt wird. Vorzugsweise werden mehrere Einlassdüsen für das Spülgas in der Kammerwand unterhalb des Einlassstutzens für das geschmolzene Metall angeordnet, vorzugsweise zwischen dem Metalleinlass und dem Metallauslass.

Sowohl das vorliegende Verfahren als auch die Vorrichtung bringen eine beträchtliche Erhöhung der Produktivität in bezug auf das Entgasen von geschmolzenem Metall, weil das Entgasen ohne durch den Schmelzofen verursachte ünterbrüche fortgesetzt werden kann. Weiter ermöglicht die Gestaltung der Vorrichtung deren Anordnung in der Nähe der Giessmaschine, wodurch die Möglichkeit eines weiteren Eindringens von Verunreinigungen in die Schmelze wesentlich vermindert wird. Schliesslich wird das Entgasen von geschmolzenem Metall durch die Optimierung des Wirkungsgrades der Adsorption von gasförmigen Verunreinigungen verbessert.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung erniedrigt die Blasengrösse des Spülgases auf ein Minimum, während die Dispersion der Gasblasen wesentlich verbessert wird, wodurch die wirksame Oberfläche für die Durchführung der Adsorptionsreaktion erhöht und so die Entgasung des geschmolzenen Metalls optimiert wird.

Zusätzlich erlaubt der hohe Wirkungsgrad der vorliegenden Erfindung die Durchführung einer Entgasung mit einer wesentlich geringeren Menge an Spülgas, wodurch die durch das Reinigungsverfahren erzeugte Abgasmenge in bedeutendem Ausmass vermindert wird.

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Aufgrund der bevorzugten Verwendung eines filterförmigen Mediums in der Reaktionskammer wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Reinheitsgrad der Schmelze erzielt, der vorher nur unter sehr rigoroen Verfahrensbedingungen erreicht werden konnte.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung mit zylinderförmiger Reaktionskammer;

Fig.2 eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig.3 einen Horizontalschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung von Fig.l;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung;

Fig. 6 eine Seitenansicht der Ausführungsform von Fig. 5;

Fig.7 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform von Fig. 5;

Fig. 8 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung;

Fig.9 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung;

Fig.10 eine Draufsicht auf die Ausführungsform in Fig.9;

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Fig.11 eine bevorzugte Ausgestaltung der Düsenspitze der Einlassdüsen für das Spülgas.

In den Figuren 1-4 ist eine Vorrichtung dargestellt, welche innerhalb eines Ueberführungssystems für flüssiges Metall zusammen mit Giesspfannen, Giesströgen, Ueberführungströgen, Metallbehandlungswannen oder dergleichen eingesetzt werden kann. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können innerhalb des Metallverarbeitungssystems an verschiedenen Stellen zwischen dem Schmelzofen und der Giessmaschine eingesetzt werden.

In den Figuren 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines refraktären Wirbeltankreaktors 10 dargestellt, bei welchem eine langgestreckte zylindrische Seitenwand 12 und ein Boden die zylindrische Kammer 16 zur Begasung und Filtrierung bilden. Durch einen Einlassstutzen 18 im oberen Bereich der zylindrischen Kammer 16 tritt geschmolzenes Metall in die Reaktionskammer 16 ein und tritt durch den Auslassstutzen 20 wieder aus. Nach dem in den Figuren 1-4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Auslass 20 tangential angeordnet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein tangential angeordneter Auslass 20 von geringer Bedeutung ist, wenn in der Vorrichtung ein Filtermedium 24 verwendet wird. Im oberen Bereich der Reaktionskammer 16 ist eine nicht dargestellte Inertgasbedeckung, die beispielsweise aus Argon oder Stickstoff besteht, vorhanden, um die Readsorption von gasförmigen Verunreinigungen an der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu vermindern. Die zylinderförmige Seitenwand 12 der Reaktionskammer ist mit einer in Fig. 4 dargestellten, peripheren Randleiste 22, die oberhalb des Auslassstutzens 20 angeordnet ist, versehen.,Diese Randleiste 22 hat eine sich nach unten verjüngende, konische innere Oberfläche, welche das Einfügen und Ersetzen eines entsprechend geformten filterförmigen Mediums 24 ermöglicht. Das filterförmige Medium 24 hat eine entsprechend konisch

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ausgebildetee äussere Oberfläche 26, welche mit einem Dichtungsmittel 28 versehen ist und dichtend mit der Innenseite der Randleiste 22 in der zylindrischen Reaktionskammer 16 in Eingriff steht.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Seitenwand 12 oberhalb des filterförmigen Mediums 24 an ihrem äusseren Umfang mit mehreren Einlassdüsen 30 für das Spülgas versehen. Diese Einlassdüsen 30 sind derart angeordnet, dass das Spülgas in das geschmolzene Metall eingeleitet wird, welches durch die zylindrische Reaktionskammer 16 vom Einlass 18 zum Auslass 20 fliesst. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird das Spülgas durch die Düsen tangential und in derselben Flussrichtung ins Metall eingeleitet, d.h. im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn wie das geschmolzene Metall, so dass das Metall in der Kammer 16 kontinuierlich wirbelt, wenn es vom Einlass 18 zum Auslass 20 fliesst. Es ist jedoch, wie bereits oben erwähnt, nur notwendig, dass eine ausreichende Wirbelbewegung erzeugt wird; eine solche kann aber auch dadurch erzeugt werden, dass das Metall tangential eingeführt wird. Unter gewissen Verhältnissen, worauf weiter unten in Zusammenhang mit dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eingegangen wird/ kann es wünschenswert sein, das Gas im wesentlichen rechtwinklig zu einer Tangente der Kammerwand 12 einzuführen.

In bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1-4 hat die Verwendung einer zylindrischen Entgasungs- und Filtrierkammer in Kombination mit einem tangential angeordneten Metalleinlass und tangential angeordneten Einlassen für das Spülgas im Vergleich zu konventionellen Verfahren und Vorrichtungen zum Filtrieren und Entgasen von geschmolzenem Metall einen deutlichen Vorteil.

Um den Wirkungsgrad des EntgasungsVerfahrens weiter zu erhöhen, d.h. den Wirkungsgrad der Kinetik der Adsorptionsreaktion auf

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ein Maximum zu bringen, sollte die Einführung des Spülgases in die Schmelze dahingehend verbessert werden, dass eine minimale Blasengrössen und eine maximale Blasendichte erzeugt, das Koaleszieren von Blasen hingegen eliminiert wird. So sollte die Ausflussöffnung der Gaseinlassdüsen derart gestaltet sein, dass die Blasengrösse auf ein Minimum reduziert wird, um die Oberfläche für die Adsorptionsreaktion auf ein Maximum zu bringen. Diese Austrittsöffnungen werden so klein wie möglich gemacht, wobei aber ein Verstopfen der Austrittsöffnung mit Metall verhindert werden soll. Die Düsen können in Form eines geraden Rohres, einer konischen Düse oder einer doppeltrichterfömigen Ultraschalldüse ausgebildet sein. In Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es gemäss Fig. 11 von Vorteil, wenn die Spitze der Gaseinlassdüse konisch ausgestaltet ist, um Ablagerungen in der Düsenöffnung, welche zum Verstopfen derselben führen können, zu verhindern. In Fig. 11 ist eine Düse 30 dargestellt, welche eine konisch verlaufende Düsenspitze 36 und eine Austrittsöffnung 34 aufweist. Die Austrittsöffnung in der Düsenspitze wird so klein wie möglich gemacht, wobei aber ein Verstopfen der Austrittsöffnung mit Metall verhindert werden soll. In uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser der Austrittsöffnung zwischen 0,127 und 1,905 mm, vorzugsweise zwischen 0,254 und 1,27 mm, liegen.

Vorteilhafterweise beträgt der durch den konischen Teil 36 der Düse 30 mit der Achse der Auslassöffnung 34 gebildete Winkel 10 bis 60 , vorzugsweise 20 bis 40 .

Die Blasenverteilung über die gesamte Schmelze wie auch das Verhindern der Koaleszenz von Blasen kann auch durch den Druck, mit welchem das durchströmende Gas eingeführt wird, kontrol-

3 2 liert werden. Gasdrücke im Bereich von (35-1400)" 10 N/m , vor-

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zugsweise grosser als 140" 10 N/m , haben sich für das Entgasen von geschmolzenem Aluminium und seinen Legierungen als optimal erwiesen. Das Spülgas, welches in der vorliegenden Vor-

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richtung und beim Verfahren verwendet werden kann, umfasst einen grossen Bereich von bekannten Komponenten wie gasförmiges Chlor und andere halogenierte gasförmige Materialien, Kohlenmonoxid, sowie gewisse inerte Gasmischungen, welche Stickstoff, Argon, Helium oder dgl. enthalten. Eine bevorzugte Gasmischung für die Entgasung von geschmolzenem Aluminium und Aluminiumlegierungen nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mischung von Stickstoff oder Argon, mit ungefähr 2 -20 Vol.-%, vorzugsweise 5-15 Vol.-% Dichlordifluormethan. In Verbindung mit dieser Gasmischung kann über dem geschmolzenen Metall eine gasförmige Schutzdecke aus Argon, Stickstoff oder dgl. aufrecht erhalten werden, um die Readsorption von gasförmigen Verunreinigungen an der Oberfläche der Schmelze zu vermindern .

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in die zylinderförmige Kammer ein filterförmiges Medium eingesetzt. Das filterförmige Medium umfasst ein Filtermedium, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Das Filtermedium besitzt eine offenzellige Struktur, welche durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen gekennzeichnet ist, so dass das geschmolzene Metall zur Entfernung oder Verminderung der mitgeschleppten Partikel durchfliessen kann. Solch ein Filtermedium kann beispielsweise ein festes, aus einem gesinterten Keramikaggregat oder einem porösen Kohlenstoffmedium hergestelltes Filter umfassen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein keramisches Schaumfilter verwendet, wie es in der ÜS-PS 3 962 081 beschrieben wird, und welches nach dem allgemeinen Verfahren der US-PS 3 893 917 hergestellt werden kann. Nach der Lehre dieser US-PS hat das keramische Schaumfilter eine Luftdurchlässigkeit von 400-8000x10 cm , vorzugsweise

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400-2500x10 cm , eine Porosität von 0,80 - 0,95 und eine Porenzahl von 2-18 Poren je 1 cm Länge, vorzugsweise von 8-18 Poren je 1 cm Länge. Die Menge des durch das Filter fliessenden geschmolzenen Metalls kann im Bereich von

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13 - 130 cm pro Min. und cm Filterfläche liegen.

Wenn das Filtermedium der vorliegenden Erfindung als Wegwerfgegenstand vorgesehen ist, muss ein wirksames Dichtungsmittel für das Filtermedium zur Verfügung stehen. Bevorzugt wird für das Abdichten des Filtermediums an Ort und Stelle ein elastisches Dichtungsmittel, welches das Filtermedium an seinem äusseren konischen Teil umgibt, verwendet, wie dies oben gezeigt und diskutiert worden ist. Das elastische Dichtungsmittel sollte durch das eingesetzte flüssige Metall nicht benetzbar sein, dessen chemischem Angriff widerstehen und thermisch beständig sein, um die hohen Arbeitstemperaturen auszuhalten. Typische Dichtungsmaterialien, welche bei der Verarbeitung von Aluminium verwendet werden, umfassen faserförmige, feuerfeste Abdichtungen verschiedenster Zusammensetzungen, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen:

- Dichtungsmittel mit ungeführ 45% Aluminiumoxid, 52% Siliziumoxid, 1,3% Eisenoxid und 1,7% Titanoxid;

Dichtungsmittel mit ungefähr 55% Siliziumoxid, 40,5% Aluminiumoxid, 4% Chromoxid und 0,5% Eisenoxid;

Dichtungsmittel mit ungefähr 53% Siliziumoxid, 46% Aluminiumoxid und 1% Eisenoxid.

In Fig. 4 wird geschmolzenes Metall durch den im oberen Bereich der zylindrischen Reaktionskammer 16 tangential angeordneten Einlassstutzen 18 in einen refraktären Wirbeltankreaktor 10 eingeführt. Das. Spülgas wird durch im unteren Bereich der Reaktionskammer 16 angeordnete Düsen 30 in das geschmolzene Metall eingeführt, wobei das Spülgas in derselben Richtung wie das geschmolzene Metall in die Reaktionskammer strömt. Das in die Reatkionskammer 16 eingeführte geschmolzene Metall fliesst abwärts zum Auslassstutzen 20, wobei es eine Wirbelbewegung in

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Richtung des eingeleiteten Gases ausführt. Während das geschmolzene Metall durch die Reaktionskammer 16 wirbelt, strömt das als eine Vielzahl von Blasen auftretende Spülgas durch die Schmelze im Gegenstrom aufwärts. Die gasförmigen Verunreinigungen diffundieren durch die Schmelze, adhärieren an den Blasen des Spülgases und werden von diesen adsorbiert. Da die Blasen durch die Schmelze aufwärts perlen, werden die Verunreinigungen aus der Schmelze entfernt.

Der in den Fig. 1-4 dargestellte Wirbeltankreaktor eignet sich insbesondere für das Entgasen von geschmolzenem Aluminium, wobei der innere Durchmesser des Reaktors bis zu 30 cm betragen kann. Die Anzahl der Einlassdüsen und die Menge an eingesetztem Spülgas hängt stark von der Durchflussmenge des zu behandelnden Metalls ab. Die Winkel der Gaseinlassdüsen können zwische 10 und 90 betragen. Die Winkel werden dabei gemessen zwischen den Düsenachsen und den Tangenten an den Kreisumfang der zylinderförmigen Kammerwand beim jeweiligen Durchstosspunkt der Düsenachse mit der zylinderförmigen Wand, wie dies in Fig. 3 durch den Winkel A wiedergegeben wird. Es sei hier erwähnt, dass bei Verwendung mehrerer Düsen diese nicht denselben Winkel aufweisen müssen.

Beispiel 1

Ein Wirbeltankreaktor nach Fig. 1 mit einem inneren Durchmesser der Reaktionskammer von 20,5 cm wurde in ein bereits vorhandenes Ueberführungssystem für geschmolzenes Metall eingebaut. Der Abstand zwischen dem Metalleinlass und -auslass betrug 63,5 cm, der Abstand des Metalleinlasses von den Gaseinspritzdüsen lag bei 45,5 cm. Ein aus Keramikschaum bestehendes Filtermedium wurde zwischen den Gaseinspritzdüsen und dem Auslass für das geschmolzene Metall angeordnet. Für die Zuführung des Spülgases waren zwei Düsen mit einem Durchmesser der Einlassöffnung von 0,64 mm eingebaut. Die Längsachse der Düse und

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die entsprechende Tangente der Seitenwand der Reaktionskammer bildeten eine Winkel von 20 . Die Durchflussgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalles lag bei 39 kg/Min. Eine Gasmischung von 10 Vol.-% Dichlordifluormethan und 90 Vol.-% Argon wurd mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 14 l/Min, durch die Düsen in die Reaktionskammer eingeführt. Sowohl das flüssige Metall als auch das Spülgas wurden, von oben betrachtet, im Gegenuhrzeigersinn in die Reaktionskammer eingeführt. Der Wasserstoffgehalt des geschmolzenen Metalls wurde vor und nach der Behandlung in der Reaktionskammer gemessen. Er betrug vor der Behandlung o,36 - 0,40 cm pro 100 g Aluminium und nach der Entgasung sbehandlung 0,08 - 0,14 cm pro 100 g Aluminium.Diese Zahlen zeigen den äusserst hohen Wirkungsgrad der Entgasung.

Beispiel 2

Es wurde die gleiche Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet. Die Durchflussgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls durch den Wirbeltankreaktor betrug 43,5 kg/Min. Die Zusammensetzung und die Durchflussgeschwindigkeit des Spülgases waren gleich wie in Beispiel 1. Es wurde gefunden, dass der gemessene Wasserstoffgehalt von 0,35 und 0,38 cm pro 100 g Aluminium vor der Behandlung auf 0,10 - 0,12 cm pro 100 g Aluminium nach der Entgasung reduziert werden konnte. Damit wird erneut der sehr hohe Wirkungsgrad der Entgasung gezeigt.

Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung, in allen möglichen Ausführungsformen, haben einen sehr breiten Verwendungsbereich.· Insbesondere bei Stranggiessverfahren kann ein Paar von Wirbeltankreaktoren in Parallelschaltung verwendet werden. Bei Stranggiessverfahren von langer Dauer und einem damit verbundenen grossen Durchfluss von Metall kann es erforderlich sein, dass im Verlauf des Giessens ein Auswechseln des Filtermediums notwendig ist. Ein solches Auswechseln kann durch die Verwendung von parallel angeordneten Durchflusskanälen mit

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je einem Reaktor erleichtert werden, wenn gewährleistet ist, dass das geschmolzene Metall ohne Unterbruch von einem Kanal in den andern umgeleitet werden kann, beispielsweise durch Ventile, Klappen oder dergleichen. Der Fluss des geschmolzenen Metalls ist so auf eine Reaktionskammer beschränkt und kann sofort auf den andern Kanal umgeleitet werden, wenn der Wirkungsgrad der ersten Kammer abfallen würde. Damit ist gewährleistet, dass ein ununterbrochener Strom von gereinigtem flüssigem Metall einer Stranggiessmaschine zugeführt werden kann.

In den Fig. 5-7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, dessen Düsenanordnung und -verteilung besonders für Wirbeltankreaktoren von grossem Kammerdurchmesser geeignet ist. Wie vorgängig beschrieben, nimmt die Dispersion der Gasblasen gegen das Zentrum des Metalls im Reaktor mit steigendem Reaktordurchmesser ab. Diesem Problem kann mit einem Wirbeltankreaktor 110 begegnet werden, welcher einen ersten im wesentlichen zylinderförmigen Seitenwandteil 112 und einen zweiten, nach unten seih verjüngenden konischen Seitenwandteil 114 aufweist, welche zusammen die Entgasungskammer 116 bilden. Der erste Seitenwandteil 112 muss nicht zwingend von zylinderförmiger Gestalt sein. Er kann auch von oktagonaler oder irgendeiner anderen Gestalt sein, welche eine wirbelnde Rotationsbewegung des Metalls bei dessen Durchfluss durch die Entgasungskammer 116 ermöglicht. Der Eintritt des geschmolzenen Metalls in die Entgasungskammer 116 erfolgt über einen im oberen Bereich der Kammer 116 angebrachten Einlassstutzen 118, welcher in bezug auf den ersten Seitenwandteil 112 tangential angeordnet ist. Der Austritt des Metalls erfolgt über den am Boden der Kammer 116 angeordneten Auslassstutzen 120. Demzufolge tritt das geschmolzene Metall tangential in die Entgasungskammer 116 ein, fliesst in einer wirbelnden Rotationsbewegung durch die Kammer 116 und verlässt die Kammer 116 über den Auslassstutzen 120 auf dieselbe Weise, wie dies beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 beschrieben wurde.

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Wie aus den Fig. 5-7 ersichlich, kann sich an den nach unten sich verjüngenden konischen Seitenwandteil 114 ein im wesentlichen zylinderförmiger Seitenwandteil 122 anschliessen, welcher zur Aufnahme eines geeigneten filterförmigen Mediums angepasst ist. Wie aus Fig. 7 besonders deutlich hervorgeht, ist der zylinderförmige Seitenwandteil 122 mit einer peripheren Randleiste 124, die in der Nähe und oberhalb des Auslassstutzens 120 angeordnet ist, versehen. Die Randleiste 124 hat eine sich nach unten verjüngende, konische innere Oberfläche, welche das Einfügen und das Ersetzen eines entsprechend geformten filterförmigen Mediums 126 ermöglicht. Das filterförmige Medium 126 hat eine entsprechend konisch ausgebildete äussere Oberfläche 128, welche mit einem Dichtungsmittel 130 versehen ist und dichtend mit der Innenseite der Randleiste 124 und dem Seitenwandteil 122 auf gleiche Weise wie der Filter in Fig. 4 in Eingriff steht. Es sei hier betont, dass das Filterelement nicht notwendigerweise im Seitenwandteil 122 eingebaut sein muss. Das Filterelement kann als separates Bauteil ausserhalb des Wirbeltankreaktors montiert werden. Ueberdies kann im oberen Bereich der Reaktionskammer 116 eine nicht dargestellte Inertgasbedeckung, die beispielsweise aus Argon oder Stickstoff besteht, vorhanden sein, um die Readsorption von gasförmigen Verunreinigungen an der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu vermindern.

In Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist der als zweites Ausführungsbeispiel in den Fig. 5-7 dargestellte Wirbel tankreaktor mit einem ersten, im wesentlichen zylinderförmigen Seitenwandteil 112 und einem daran anschliessenden zweiten, nach unten sich verjüngenden konischen Seitenwandteil 114 versehen, welche die Entgasungskammer 116 bilden. In Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist der nach unten sich verjüngende Seitenwandteil 114 an seinem äusseren Umfang mit mehreren Einlassdüsen 132 für das Spülgas versehen. Diese Einlassdüsen 132 vom Typ gemäss Fig. 11 sind derart angeordnet,

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dass das Spülgas in das geschmolzene Metall eingeleitet wird, welches durch die Kammer 116 vom tangential angeordneten Einlass 118 zum Auslass 120 fliesst. Um eine optimale Blasenverteilung über die gesamte Schmelze während ihres Durchlaufes vom Einlass zum Auslass zu erhalten, sind die Düsen 132 auf verschiedenen Höhen an der Umfangfläche des Seitenwandteils 114 angeordnet. Auf diese Weise wird eine maximale Blasenverteilung des Spülgases erreicht, da die Spülgasdüsen in verschiedenen Abständen in bezug auf die Zentralachse des Wirbeltankreaktors angeordnet sind. Hat beispielsweise der Seitenwandteil 112 einen Durchmesser von 50 cm, so kann die optimale Blasenverteilung des Spülgases dadurch erreicht werden, dass ein erster Satz von Düsen in einem radialen Abstand von etwa 22 cm von der Zentralachse des Wirbeltankreaktors und ein zweiter Satz von Düsen in einem radialen Abstand von etwa 15 cm von der Zentralachse des Wirbeltankreaktors angeordnet wird. In Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird dadurch der Wirkungsgrad des Entgasungsprozesses wesentlich verbessert, d.h. durch die Optimierung der Blasenverteilung des Spülgases wird die Kinetik der Adsorptionsreaktion verbessert. Es sei hier betont, dss die beiden Sätze der Düsen nicht unbedingt beide in dem nach unten sich verjüngenden Seitenwandteil 114 angeordnet sein müssen. Gleiche Ergebnisse können auch erzielt werden, wenn der erste Satz von Düsen im Seitenwandteil 112 und der zweite Satz von Düsen im Seitenwandteil 114 angeordnet ist.

In Fig. 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wirbeltankreaktors in Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt, in welchem der Wirbeltankreaktor 210 einen ersten zylinderförmigen Seitenwandteil 212 und einen zweiten zylinderförmigen Seitenwandteil 214 aufweist, welche zusammen die Entgasungskammer 216 bilden. Auf gleiche Weise wie dies vorgängig anhand der Fig. 5-7 diskutiert wurde, ist die Entgasungskammer 216 mit einem tangential angeordneten Einlass 218 im oberen

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Bereich der Kaitimer 216 und mit einem Auslass 220 am Boden derselben versehen. Das geschmolzene Metall wird über den tangential angeordneten Einlass 218 in die Entgasungskammer 216 eingeführt und fliesst in einer wirbelnden Rotationsbewegung durch die Kammer 216 vom Einlass 218 zum Auslass 220. Am Boden des Seitenwandteils 214 oberhalb und in der Nähe des Auslasses kann ein filterförmiges Medium auf dieselbe Weise und mit denselben Mitteln angebracht werden, wie dies vorgängig beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung diskutiert wurde.

In Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird zur Erzielung einer optimalen Blasenverteilung des Spülgases ein erster Satz konischer Düsen 232, wie in Fig.8 dargestellt, im Seitenwandteil 212 des Wirbeltankreaktors 210 und ein zweiter Satz Düsen 232 im zweiten Seitenwandteil 214 des Wirbeltankreaktors 210 angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer derartigen Anordnung der Düsen eine maximale Blasenverteilung des Spülgases erreicht werden kann. Liegt beispielsweise der Durchmesser des Seitenwandteils 212 in der GrÖssenordnung von 45 bis 50 cm, so sollte der Durchmesser des zweiten Seitenwandteils 212 in der Grössenordnung von 25 bis 30 cm liegen. Die Düsen sind wie diejenigen in Fig.5 in einem radialen Abstand zur Zentralachse des Reaktors angeordnet.

In den Fig. 9 und 10 ist ein viertes Ausführungsbeispiel in Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt, in welchem ein Wirbeltankreaktor 310 einen im wesentlichen zylinderförmigen Seitenwandteil 312 aufweist, welcher die Reaktionskaramer 316 bildet. Die Kammer 316 ist mit einem tangential angeordneten Einlass 318 und einem Auslass 320 versehen. Wie dies oben anhand der Fig. 5 und 8 diskutiert wurde, tritt das geschmolzene Metall tangential durch den Einlass 318 in die Reaktionskammer 316 ein und fliesst in einer wirbelnden Rotationsbewegung durch die Kammer 316 durch und durch den Anlass 320 aus der Kammer 316 aus. Am Boden der Kammer 316 in der

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Nähe des Auslasses 320 kann ein filterförmiges Medium auf dieselbe Weise eingesetzt werden, wie dies anhand des Ausführungsbeispiels in den Fig. 5-7 diskutiert wurde. In Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die bevorzugten und in Fig. 11 dargestellten Düsen in zwei Sätzen in der Seitenwand 312 des Wirbeltankreaktors 310 montiert. Um die gewünschte Blasenverteilung des Spülgases zu erzielen, wird ein erster Satz von Düsen in einem ersten radialen Abstand zur Zentralachse des Wirbeltankreaktors und ein zweiter Satz von Düsen in einem zweiten radialen Abstand zu dieser Zentralachse angeordnet, wie dies auch in Fig. 5 dargestellt ist.

Auf diese Weise kann die Blasenverteilung des Spülgases verbessert werden, was den Gesamtwirkungsgrad der Entgasung erhöht.

Die Dimensionen des Wirbeltankreaktors, die Anzahl der Düsen und die erforderlich Menge an Spülgas bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 5, 8 und 9 hängen stark von der Durchflussgeschwindigkeit des zu behandelnden geschmolzenen Metalls ab. Es hat sich herausgestellt, dass für Durchflussgeschwindigkeiten von 225 kg/Min, der Durchmesser der Reaktionskammern 116, 216 bzw. 316, definiert durch die Seitenwandteile 112, 212 bzw. 312, etwa 45 bis 50 cm und die Länge der Kammern vom Metalleinlass bis zum Metallauslass etwa 60 bis 180 cm betragen sollte. Für einen Wirbeltankreaktor der obgenannten Dimensionen wurde gefunden, dass zur Erzielung einer maximalen Blasenverteilung des Spülgases und somit zur Optimierung des Wirkungsgrades der Entgasungsvorrichtung ein erster Satz von drei Düsen in einem radialen Abstand von etwa 20 bis 24 cm von der Zentralachse des Reaktors und ein zweiter Satz von drei Düsen in einem radialen Abstand von etwa 12,5 bis 16 cm von der Zentralachse des Reaktors angeordnet sein sollten. Es wurde gefunden, dass die Düsen zur Erzielung einer optimalen Blasenverteilung des Spülgases im wesentlichen senkrecht zu den Tangenten an den Reak-

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tionszylinder am Ort des Durchstosspunktes des Gaseeinlassstutzens angeordnet sein sollten. Es sei hier erwähnt, dass die Düsen zur Einstellung des Winkels auf Verbindungsteile mit Kugelgelenk montiert sein können. Des weiteren können die Düsen derart montiert sein, dass sie in bezug auf den radialen Abstand zur Zentralachse des Wirbeltankreaktors verstellt werden können.

Beispiel 3

Der Wirbeltankreaktor nach Fig. 8 mit einem inneren Durchmesser der Reaktionskammer von 45 cm wurde in ein bereits vorhandenes Ueberführungssystem für geschmolzenes Metall eingebaut. Im Seitenwandteil des Wirbeltankreaktors wurden sechs Düsenspitzen für das Spülgas angebracht. Ein erster Satz von drei Düsen ragte 7,5 cm in den Reaktor hinein, ein zweiter Satz von drei Düsen ragte ungefähr 1,3 cm in den Reaktor hinein. Eine Metallschmelze wurde mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 225 kg/Min, durch die Kammer geleitet. Eine Spülgasmischung von 6 Vol.-% Dichlordifluormethan und 94 Vol.-% Argon wurde mit einer Gesamtdurchflussgeschwindigkeit von 70 l/Min, (gemessen unter Standardbedingungen für Temperatur und Druck) durch die Düsen in die Metallschmelze eingeleitet. Die Achsen der Düsenöffnungen bildeten mit den Tangenten des Seitenwandteils der zylinderför-

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migen Kammer einen Winkel von 90 . Der Wasserstoffgehalt des geschmolzenen Metalls vor der Behandlung wurde zu 0,23 cm~ Wasserstoff pro 100 g Aluminium bestimmt. Nach der Behandlung im Wirbeltankreaktor betrug der Wasserstoffgehalt nur noch 0,17 cm pro 100 g Aluminium. Die Wasserstoffbestimmung erfolgte mit dem Alcoa-Telegas-Instrument. Diese Zahlen zeigen, dass der Wasserstoffgehalt wesentlich gesenkt wird und die "Entgasung mit gutem Wirkungsgrad erfolgt.

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Zusammenfassung

Bei einem Verfahren zum Entgasen von geschmolzenem Metall fliesst das geschmolzene Metall in einer rotierenden Wirbelbewegung von oben nach unten durch eine Reaktionskammer, während das Spülgas im Gegenstrom von unten nach oben durch das Metall perlt.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine langgestreckte, zylinderförmige Reaktionskammer (10) auf. In deren oberem Bereich ist ein Einlassstutzen (18) für das geschmolzene Metall tangential angeordnet. Der Auslassstutzen (20) für das geschmolzene Metall ist in Bodennähe der Reaktionskammer (10) angebracht. Zwischen den Metalleinlass - und Auslassstutzen befinden sich Einlassdüsen (30) für das Spülgas. Zur Entfernung von festen Verunreinigungen wird vorzugsweise zwischen den Einlassdüsen (30) für das Spülgas und dem Auslassstutzen (20) für das geschmolzene Metall ein Keramikschaumfilter (24) in die Reaktionskammer eingebaut.

(Fig.4)

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Claims

DIPL.-ING. GERHARD F. HiEBSCH

PATENTANWALT

PROFESSIONAL REPRESENTATIVE BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRE AGREE PRES L'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS

D-7700 SINGEN Erzbergerstr Sa

Telegr./Cables: Bodenseepatent

_ , . .,«,.. Bodenseepate

Schweizerische. Aluminium Telex 793850

Telefon (07731) 63075 63076

Myr«f./M»r*f:

Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von o*umitM»

8.6.79 isen von geschmolzenem Metall

Patentansprüche

1. Verfahren zum Entgasen von geschmolzenem Metall in einer Reaktionskammer mit langgestrecktem Seitenwandteil, in deren oberen Bereich das Metall eingeführt, dann von einem Spülgas durchströmt und in einem tieferliegenden Bereich abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall auf einer ersten Höhe tangential in die Reaktionskammer eingeführt und das Spülgas durch darunter auf einer zweiten Höhe angeordnete Einlaßdüsen in das Metall gebracht wird, wobei letzteres in einer Drehbewegung im Uhrzeigersinn oder gegen diesen bzw. in einer Wirbelbewegung durch die Reaktionskammer geleitet und dabei vom Spülgas durchperlt wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas durch im wesentlichen tangential zum Seitenwanteil angeordnete Einlaßdüsen eingeführt wird..

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas durch zwei oder mehr Sätze von Einlaßdüsen unterschiedlichen radialen Abstandes zur Achse der Reaktionskammer eingeführt wird, wobei die Einlaßdüsen etwa rechtwinkelig zum Seitenwandteil verlaufen.

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4. Vorrichtung zum Entgasen von geschmolzenem Metall, insbesondere Wirbeltankreaktor, gekennzeichnet durch

- eine Reaktionskammer (10) mit einem langgestreckten, zylinderförmigen Seitenwandteil (12) und einer Zentralachse,

- einen auf einer ersten Höhe angeordneten Einlassstutzen (18) für das Zuführen des geschmolzenen Metalls in die Reaktionskammer (10),

- einen auf einer zweiten Höhe angeordneten, unterhalb der ersten Höhe liegenden Auslassstutzen (20) für das Entfernen des geschmolzenen Metalls aus der Reaktionskammer (10) ,

- auf einer dritten Höhe angeordnete, unterhalb der ersten Höhe liegendeEinlassdüsen (30) für das Zuführen des Spülgases in die Reaktionskammer (10), wobei mindestens der Einlassstutzen (18) für das geschmolzene Metall in bezug auf den Seitenwandteil (12) tangential angeordnet ist, so dass das geschmolzene Metall tangential in die

Reaktionskammer (10) eintritt und in einer im Uhrzeigerbzw. Gegenuhrzeigersinn rotierenden Wirbelbewegung in Richtung der Austrittsöffnung fliesst, während das Spülgas durch das geschmolzene Metall perlt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüsen (30) für das Zuführen des Spülgases in bezug auf den Seitenwandteil (12) tangential und in derselben Richtung wie der Einlassstutzen (18) für das Zuführen des geschmolzenen Metalls angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oeffnungsdurchmesser der Einlassdüsen (30) für das Zuführen des Spülgases zwischen 0,127 und 1,905 ran, vorzugsweise zwischen 0,254 und 1,27 mm, liegt.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der Einlassdüsen für das Zuführen des Spülgases eine konische Gestalt aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Sätze von Einlassdüsen für das Zuführen des Spülgases mit unterschiedlichem radialem Abstand zur Zentralachse der Reaktionskammer aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich an einen ersten zylinderförmigen Seitenwandteil (112) ein nach unten sich verjüngender, konischer zweiter Seitenwandteil (114) anschliesst.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich an einen ersten zylinderförmigen Seitenwandteil (212) ein zweiter zylinderförmiger Seitenwandteil (214) mit kleinerem Durchmesser anschliesst.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Satz von Einlassdüsen für das Zuführen des Spülgases im ersten Seitenwandteil und ein zweiter Satz von Einlassdüsen für das Zuführen des Spülgases im zweiten Seitenwandteil angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sätze von Einlassdüsen für das Zuführen des

. Spülgases im nach unten sich verjüngenden, konischen zweiten Seitenwandteil (114) in unterschiedlicher Höhe angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansrüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der Reaktionskammer auf einer vierten Höhe zwischen dem Auslassstutzen für das geschmolzene Metall und den Einlassdüsen für das Spülgas

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eine Halterung (22) für ein auswechselbares Filtermedium (24) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13,. dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (24) eine durch eine Vielzahl von mit einem Netzwerk aus keramischem Material.umgebenen, miteinander verbundenen Hohlräumen gebildetete, offenzellige Schaumstruktur aufweist, wobei die Schaumstruktur vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 400 -

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8000x10 cm ,- eine Porosität von 0,80 bis 0,95 und Porenzahl von 2 bis 18 Poren je lern Länge aufweist.

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