-
-
BESCHREIBUNG
-
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für geschmolzenes Metall
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
-
Die Erfindung befaßt sich mit einer derartigen Filtervorrichtung für
Metalle, wie etwa Aluminium, und zwar im einzelnen mit einer Filtervorrichtung,
die derart aufgebaut ist, daß das Filtermaterial, etwa ein poröses keramisches Material
in der Form einer flachen Platte, ohne Schwierigkeiten ausgewechselt werden kann.
Zugleich soll verhindert werden, daß eine Verstopfung des Filtermaterials aufgrund
eines auf der Oberfläche-des geschmolzenen Metalls mitgeführten Oxydfilms oder einer
Verfestigung des geschmolzenen Metalls bei einem Temperaturabfall in dem Filtermaterial
eintritt.
-
In den letzten Jahren sind Filtermaterialien für geschmolzene Metalle
vorgeschlagen worden, die aus porösen keramischen Materialien bestanden und die
Form von flachen Platten aufwiesen. Diese Filtermedien weisen eine große Filterkapazität
auf und haben den Vorteil einer wirksamen Behandlung aufeinander folgender Chargen,
die in einem Schmelzofen hergestellt werden. Neben diesen Vorteilen haben sich aber
auch erhebliche Probleme bei-der Verwendung von Filtermedien aus porösen keramischen
Materialien in der Form flacher Platten ergeben.
-
Bei herkömmlichen Filtervorrichtungen fließt das geschmolzene Metall
abwärts in Richtung des Filtermediums. Wenn der Zufluß des geschmolzenen Metalls
von dem Schmelzofen zu der Filtervorrichtung unterbrochen wird, während von einem
Schmelzofen auf einen anderen umgeschaltet wird oder ein Filtervorgang abgeschlossen
ist, fließt das geschmolzene Metall aus der Filtervorrichtung durch das Fil-
termedium
ab. Dabei wird das Filtermedium der Umgebungsluft ausgesetzt. Das Filtermedium kann
daher durch einen Oxydfilm, etwa einen Aluminium-Oxydfilm verstopft werden, der
auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls bei Berührung mit der Umgebungsluft
in der Filtervorrichtung gebildet wird und in das Filtermaterial zusammen mit dem
verbleibenden geschmolzenen Material eintritt und dort haftenbleibt. Das Filtermaterial
wird daher verstopft durch geschmolzenes Metall, das an dem Filtermedium anhaftet
oder aufgrund eines Temperaturabfalles des Filtermediums, das der Umgebungsluft
ausgesetzt ist, erstarrt Die herkömmlichen Filtervorrichtungen für geschmolzenes
Metall, und zwar insbesondere diejenigen, die zum Filtern geschmolzenen Metalles
bei Verwendung einer nacheinander eingesetzten Anzahl von Schmelzöfen verwendet
werden, ermöglichen keine ausreichende Berücksichtigung der Erstarrung des geschmolzenen
Metalls in dem Filtermedium während der Umschaltung von einem Schmelzofen auf den
anderen.
-
Bei einer herkömmlichen Filtervorrichtung muß das verwendete Filtermedium
gegen ein neues ausgewechselt werden, wenn es der Luft ausgesetzt und auf eine tiefere
Temperatur abgekühlt ist. Wenn die herkömmlichen Filtervorrichtungen tatsächlich
eingesetzt werden, können die darin eingebauten Filtermedien nicht ohne weiteres
bei höheren Temperaturen, bei denen sie normalerweise arbeiten, ausgewechselt werden.
-
Bei einem chargenweisen Betrieb wird üblicherweise zunächst ein Metall,
beispielsweise in der Form von Aluminium-Barren, in einem Schmelzofen geschmolzen,
das erzeugte geschmolzene Metall wird mit einem Filtermedium gefiltert, und das
gefilterte geschmolzene Metall wird aufgefangen und erstarrt zu Platten oder Barren.
In jüngerer Zeit ist im Hinblick auf eine Erhöhung der Produktivität dieses Arbeitsganges
und
einer Einsparung von Energiekosten versucht worden, die Intervalle zwischen den
aufeinander folgenden Chargen des Schmelzofens zu verkürzen. Wenn dies geschehen
soll, steht keine Zeit zur Verfügung, die einen ausreichenden Temperaturabfall des
Filtermediums und der dieses aufnehmenden Filtervorrichtung ermöglicht. Folglich
muß das Auswechseln des Filtermediums zwangsläufig durchgeführt werden, während
sich das Filtermedium auf erhöhter Temperatur befindet. Diese Arbeit ist gefährlich.
Im übrigen ergibt sich bei herkömmlichen Filtervorrichtungen mit einem Filtermedium
aus porösem keramischen Material, sofern dies nicht ohne weiteres mit dem geschmolzenen
Metall getränkt wird, eine Verzögerung zwischen der Zeit, zu der das geschmolzene
Metall die Oberfläche des Filters, die der Luft ausgesetzt ist, erreicht, und derjenigen
Zeit, zu der das geschmolzene Metall beginnt, durch das Filtermedium hindurchzugehen,
so daß ein größeres Kopfstück erforderlich ist, als es dem gestauten Metall während
der Filtration entspricht.
-
Es besteht daher seit langer Zeit ein Bedarf nach einer Vorrichtung,
die einen einfachen Filterwechsel ermöglicht.
-
Im übrigen sollte zur Ausnutzung der Vorteile eines Filtermediums
aus porösem keramischen Material-, d.h., der hohen Filterkapazität und der effektiven
Behandlung aufeinander folgender Metallchargen, eine Vorrichtung verfügbar sein,
die eine Verringerung der Filterwechselfrequenzen ermöglicht.
-
Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Filtervorrichtung für geschmolzenes
Metall, wie etwa geschmolzenes Aluminium, zu schaffen, die es gestattet, das Filtermedium
ohne Schwierigkeiten zu montieren und zu demontieren und einen weitreichenden Schutz
für das Filtermedium gewährleistet.
-
Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruchs.
-
Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung für geschmolzenes Metall umfaßt
ein Filtergehäuse mit einer flachen Bahn für geschmolzenes Metall, eine waagerechte
Trennwand innerhalb des Filtergehäuses mit wenigstens einer durchgehunden Öffnung
zum Einsetzen des Filtermaterials, einen Filterrahmen, der lösbar in diese Öffnung
derart eingesetzt ist, daß der obere Teil des Rahmens aus der Bohrung herausragt,
und ein Filtermedium, das in den Rahmen in einer derartigen Höhe eingesetzt ist,
daß die obere Oberfläche des Filtermediums unterhalb der Eintrittsbahn und der Uberlaufbahn
des geschmolzenen Metalls liegt.
-
Im einzelnen ist das Filtergehäuse, das in der Strömungsbahn für das
geschmolzene Metall ausgebildet ist, mit einer waagerechten Trennwand versehen,
die wenigstens eine Filtereinsatzöffnung aufweist, die die Trennwand durchdringt.
Der Filterrahmen, in den das Filtermedium eingesetzt ist, ist in die Filteröffnung
derart eingefügt, daß der obere Teil des Filterrahmens über die obere Oberfläche
der waagerechten Trennwand hinausragt. Der obere Teil des Filterrahmens, der über
die waagerechte Trennwand hinausgeht, bildet daher eine einfache Einrichtun zum
Erfassen des Rahmens beim Auswechseln, wenn das Filtermedium gegen ein neues Medium
augeauscht werden soll. Daher kann das erfindungsgemäß verwendete Filtermaterial
ohne die Gefahr einer Beschädigung ausgewechselt werden. Während des Filtermaterialwechsels
ergibt sich bei herkömmlichen Vorrichtungen unvermeidlich die Schwierigkeit, daß
das Filtermaterial in Teile zerbricht und daß sich die. einzelnen Stücke mit dem
behandelten geschmolzenen Metall vermischen. Dieser Nachteil kann bei der Erfindung
nicht eintreten.
-
Da im übrigen die Eintrittsbahn und die Uberlaufbahn des geschmolzenen
Metalls höher liegen'als die obere Oberfläche des Filtermaterials, ist das Filtermaterial
stets durch
das -geschmolzene Metall abgedeckt, und zwar unabhängig
davon, ob sich die Filtervorrichtung in Betrieb befindet oder nicht. Selbst wenn
das Filtermaterial aus einem porösen keramischen Material besteht, das eine geringe
Benetzungsfähigkeit gegenüber geschmolzenem Metall aufweist, ergibt es sich stets
nach einer Unterbrechung des Metallzustroms, daß nach der erneuten Zuführung von
geschmolzenem Metall das Filtermaterial sofort mit der Filtrierung beginnt, ohne
daß der herkömmlicherweise auftretende Nachteil in Kauf genommen werden muß, daß
das Filtermaterial unbenetzt bleibt, bis der Metallzustrom erneut beginnt. Selbst
wenn eine Anzahl von Schmelzöfen nacheinander abgestochen werden, kann die Filtrierung
des geschmolzenen Metalls ohne jeden Zeitverlust ablaufen.
-
Das das Filtermaterial stets in das geschmolzene Metall eingetaucht
bleibt, ist es gegenüber der Umgebungsluft isoliert. Wenn der Filtervorgang unterbrochen
wird, während von einem Schmelzofen auf den nächsten umgeschaltet wird, wird das
Filtermaterial nicht durch einen eintretenden Oxydfilm, etwa einenAluminium-Oxydfilm,
der sich auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls befindet, oder durch Verfestigung
des geschmolzenen Metalls aufgrund eines Temperaturabfalls verstopfen. Durch Umschaltung
der Strömungsbahn des geschmolzenen Metalles zur Aufnahme des Metalles aus einer
Anzahl von Schmelzöfen kann die Filtrierung des geschmolzenen Metalls wirksam mit
einer einzigen Filtervorrichtung durchgeführt-werden. Da die Filtervorrichtung keine
Umschaltzeit benötigt, während von einem Schmelzofen auf den nächsten übergegangen
wird, ergibt sich eine verbesserte Produktivität. Der Betrieb der Filtervorrichtung
bedingt im übrigen keinen unnötigen Verlust thermischer Energie, so daß die Filtervorrichtung
auch unter Energiegesichtspunkten wirtschaftlich arbeitet.
-
Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ist insbesondere
geeignet
zum Filtern geschmolzenen Aluminiums.
-
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
-
Fig. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf eine Ausführungsform
der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt entlang der Linie II-II zu
Fig. 1.
-
Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ist in der Zeichnung insgesamt
mit 11 bezeichnet. Sie besteht aus einem geeigneten hitzebeständigen Material und
ist mit einer Strömungsbahn für geschmolzenes Metall versehen. Die inneren Oberflächen
der Vorrichtung entsprechen den Seitenflächen eines umgekehrten, viereckigen Pyramidenstumpfes.
Innerhalb der Filtervorrichtung 11 ist ein Filtergehäuse 12 ausgebildet.
-
Innerhalb dieses Filtergehäuses 12 befindet sich eine waagerechte
Trennwand 13, die in waagerechter Richtung von einer Seitenwand 14 der Filtervorrichtung
11 ausgeht.
-
An einem Rand der waagerechten Trennwand 13 ist eine senkrechte Trennwand
15 ausgebildet, die sich in einem beträchtlichen, vorgegebenen Abstand zu der gegenüberliegenden
Seitenwand 16 der Filtervorrichtung 11 befindet.
-
Die waagerechte Trennwand 13 und die senkrechte Trennwand 15 unterteilen
das Filtergehäuse 12 in zwei Hälften.
-
Die erwähnte waagerechte Trennwand 13 weist eine bestimmte Anzahl
von im wesentlichen rechteckigen Filtereinsatzbohrungen oder Filtereinsatzöffnungen
17 auf, deren innere Wände? nach unten schräg zusammenlaufen. Anstelle der in der
Zeichnung gezeigten einen Filtereinsatzöffnung können mehrere Öffnungen dieser Art
vorgesehen sein. In die Fil-
tereinsatzöffnung 17 ist ein Filterrahmen
18 eingesetzt, der aus einem hitzebeständigen Material, beispielsweise einem Ziegel-
oder Karborund-Material besteht und eine Form aufweist, die einem umgekehrten, viereckigen
Pyramidenstumpf entspricht. Der Filterrahmen ist lösbar, jedoch flüssigkeitsdicht
in die Filtereinsatzöffnung 17 eingesetzt, und zwar derart, daß der Filterrahmen
18 zum Teil nach oben über die waagerechte Trennwand 13 hinausragt.
-
In der Öffnung dieses Filterrahmens 18 befindet sich ein Filtermaterial
19, etwa ein poröses keramisches Material in der Form einer flachen Platte, deren
seitliche Begrenzungsflächen wiederum denjenigen eines umgekehrten, viereckigen
Pyramidenstumpfes entsprechen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Filtermaterials
19 besteht in einem porösen keramischen Material in der Form eines keramischen Schaums,
der hergestellt wird durch Überziehen eines flexiblen Polyurethan-Schaums mit offenporiger
Netzstruktur mit einem keramischen Schlamm und anschließendes Trocknen-und Sintern
des überzogenen Schaums zum Entfernen des Polyurethan-Schaums durch Verkohlung Es
bleibt dann eine keramische Steg-Struktur zurück.
-
Im Filtergehäuse 12 ist eine Einlaßbahn 20 in der Form einer Rinne
zur Abgabe des geschmolzenen Metalls in einer Position ausgebildet, die über der
oberen Oberfläche des Filtermaterials 19 in dem durch die waagerechte Trennwand
13 und die senkrechte Trennwand 15 gebildeten Teilraum 12A der Filtervorrichtung
liegt.
-
Die Bodenwand des anderen Teilraumes 12B des Filtergehäuses 12 außerhalb
des durch die Trennwände 13 und 15 gebildeten Teilraums 12A ist abwärts geneigt
von der Seitenwand 14, von der die waagerechte Trennwand 13 ausgeht, zu der gegenüberliegenden
Seitenwand 16. In der tiefsten Position dieser Bodenwand befindet sich ein Auslaß
21 für geschmolzenes Metall, der normalerweise durch einen
Deckel
22 verschlossen ist und im Bedarfsfalle geöffnet werden kann. Oberhalb des zuvor
erwähnten Teilraumes 12B befindet sich ein Überlauf 23 für geschmolzenes Metall,
der die Form einer Rinne aufweist, deren Höhe über derjenigen des Filtermaterials
19 liegt Unmittelbar oberhalb der senkrechten Trennwand 15 ist eine Heizvorrichtung
24 vorgesehen, die eine Anzahl von Heizgiiedern 25 aufweist, die in einer waagerechten
Reihe nebeneinander liegen. Oberhalb der Heizvorrichtung befindet sich eine Isolierung
26. Diese Anordnung deckt das Filtergehäuse 12 nach oben ab. Die Heizvorrichtung
24 dient dazu, dem geschmolzenen Metall in dem Filtergehäuse 12 zusätzliche Strahlungwärme
zuzuführen und somit zu verhindern, daß das Metall erstarrt, und zwar insbesondere
während der Wartezeiten beim Umschalten von einem Schmelzofen auf den nächsten.
-
Im folgenden soll ein Filtervorgang zum Filtern von geschmolzenem
Metall unter Verwendung der dargestellten und beschriebenen Vorrichtung erläutert
werden. Das geschmolzene Metall, etwa geschmolzenes Aluminium aus einem nicht gezeigten
Schmelzofen, strömt durch die Einlaßbahn 20 in das Filtergehäuse 12 ein und gelangt'dort
in den Teilraum 12A. Es durchdringt das Filtermaterial 19 aufgrund seiner Schwerkraft
nach unten und tritt inden anderen Teilraum 12B ein . Dadurch werden feste Verunreinigungen,
die sich in dem geschmolzenen Metall befinden, in dem Filtermaterial 19 zurückgehalten.
Das geschmolzene Metall, das von diesen festen Verunreinigungen befreit ist, steigt
in dem anderen Teilraum 12B auf und gelangt in den Zwischenraum 27 zwischen der
äußeren Seitenwand 16 und der senkrechten Trennwand 15 auf der Seite des Überlaufs
23. Schließlich tritt das Metall durch den Uberlauf 23 aus.
-
Bei der dargestellten Filtervorrichtung wird das geschmolzene Metall,
das von dem Schmelzofen zugeführt wird, durch das Filtermaterial 19 gefiltert. Da
die obere Oberfläche des Filtermaterials 19 tiefer liegt als die Einlaßbahn 20 und
der Überlauf 23, ist das Filtermaterial 19 ständig in das geschmolzene Metall eingetaucht.
Bei herkömmlichen Filtervorrichtungen, bei denen das Filtermaterial aus einem porösen
keramischen Material besteht, das nicht ohne weiteres durch geschmolzenes Metall
benetzbar ist, ergibt sich eine zeitliche Verzögerung zwischen der Zufuhr des geschmolzenen
Metalls zu der oberen Oberfläche des Filtermaterials und dem Zeitpunkt, zu dem das
geschmolzene Metall beginnt, durch das Filtermaterial hindurchzutreten, so daß sich
während dieser Anfangsphase ein größerer Rückstau oder überstand des geschmolzenen
Metalls ergibt als während des eigentlichen Filtervorganges. Dieser Nachteil entfällt
bei der Erfindung, das das Filtermaterial stets in geschmolzenes Metall eingetaucht
ist. Aus diesem Grunde wird auch zugleich verhindert, daß das Filtermaterial mit
Umgebungsluft in Berührung kommt. Während der Wartezeiten beim Umschalten von einem
Schmelzofen auf den anderen kann das Filtermaterial nicht verstopfen, und zwar weder
aufgrund eines auf dem geschmolzenen Metall schwimmenden Oxydfilms noch aufgrund
einer Verfestigung des geschmolzenen Metalls beim Temperaturabfall in dem Filtermaterial.
-
Da das Filtermaterial aus porösem keramischen Material besteht und
somit eine große Filterkapazität und ein hohes Durchlaßvermögen aufweist und da
im übrigen das Filtermaterial nicht verstopft, ermöglicht es die erfindungsgemäße
Filtervorrichtung, mit Hilfe nur einer Filtervorrichtung das geschmolzene Metall
von mehreren Schmelzöfen kontinuierlich zu verarbeiten. Selbst bei ständigem Betrieb
mit wechselnder Zufuhr von verschiedenen Schmelzöfen bleibt das Filtermaterial funktionsfähig
und wirksam, so daß über lange Perioden ein Filterwechsel nicht notwendig ist.
-
Der Filterrahmen 18, innerhalb dessen das Filtermaterial 19 in die
Filtereinsatzöffnung 17 eingesetzt ist, steht nach oben über die obere waagerechte
Oberfläche der Trennwand 13 hervor. Der obere Bereich des Filterrahmens 18, der
über die Trennwand 13 hinausragt, ermöglicht es daher in einfacher Weise, den Filterrahmen
18 bei einem Wechsel des Filtermaterials 19 zu erfassen. Der Filterwechsel ist daher
äußerst einfach. DemgcgenübeL ist der Filterwechsel -bei herkömmlichen Vorrichtungen
ein gefährlicher und zeitraubender Vorgang, bei dem das heiße geschmolzene Metall
vollständig aus dem Filtergehäuse abgelassen und anschließend das verbrauchte Filtermaterial
herausgebrochen und in Teilen entfernt werden muß. Es besteht.dabei stets die Möglichkeit,
daß diese Filterteile in dem Filtergehäuse zurückbleiben und stich mit dem anschließend
behandelten geschmolzenen Metall vermischen.
-
Da die Heizglieder 25 in der Lage sind, mehr Wärme zu erzeugen, als
durch das geschmolzene Metall in dem Filtergehäuse 12 abgestrahlt wird, und da diese
Heizglieder 25 in Reihen oberhalb des Filtergehäuses 12 angeordnet sind, fällt die
Temperatur des geschmolzenen Metalls im Filtergehäuse 12 nicht ab, während die Filtervorrichtung
beim Umschalten von einem Schmelzofen auf den nächsten außer Betrieb ist. Der.Filtervorgang
kann daher kontinuierlich ablaufen.
-
Bei der beschriebenen Ausführungsform befindet sich lediglich ein
Filtermaterialeinsatz in der waagerechten Trennwand 13. Die Anzahl derartiger Einsätze
ist jedoch nicht begrenzt, so daß je nach Bedarf zwei oder mehrere Einsätze vorgesehen
sein können. Im übrigen ist es nicht erforderlich, eine waagerechte Trennwand zur
Aufnahme des Filtermaterials 19 vorzusehen. Es können mehrere waagerechte Trennwände
vorhanden sein, in die jeweils Filtermaterial in mehreren Stufen eingesetzt ist,
so
daß mehrstufig gefiltert werden kann. Die Form und andere Einzelheiten
der Filtervorrichtung sind abwandelbar.