DE3219782A1

DE3219782A1 - Vorrichtung zum behandeln von geschmolzenem metall

Info

Publication number: DE3219782A1
Application number: DE19823219782
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Tokyo YOSHIDA
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1981-05-27
Filing date: 1982-05-26
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE3219782C2; GB2099854B; JPH028013B2; FR2506785B1; JPS581025A; US4401295A; GB2099854A; FR2506785A1

Description

B e s c hre ibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von geschmolzenem Metall, insbesondere eine Vorrichtung, mit der gelöstes Gas, nicht-metallische suspendierte Teilchen usw. wirkungsvoll und gründlich aus einem geschmolzenen Metall, vor allem aus geschmolzenem Aluminium oder eines seiner Legierungen entfernt werden können.

Geschmolzene Metalle enthalten im allgemeinen vor dem Giessen eine Menge gelösten Gases und suspendierte Beimengungen in Teilchen. Es ist deshalb absolut notwendig, diese schädlichen Bestandteile zu entfernen, um eine Verschlechterung der Qualität der Schmelzblöckchen und der Endartikel, die durch Walzen, Hämmern, Extrudieren oder dgl. hergestellt werden, zu verhindern. Derartige gelöste Gase und suspendierte Beimengungen sind beispielsweise in geschmolzenem Aluminium gelöstes Wasserstoffgas, Oxide des Aluminiums und Magnesiums, nicht-metallische suspendierte Teilchen irgendeines feuerfesten Materials. Deshalb ist die Entfernung dieser gelösten Gase und vermischten Beimengungen äußerst wichtig für die Behandlung oder Veredelungsverfahren von geschmolzenem Metall zum Gießen.

Als eines der herkömmlichen Verfahren zur Entfernung derartiger gelöster Gase und schädlicher Beimengungen ist ein Verfahren bekannt, bei dem einfach ein gerades Graphitrohr in das geschmolzene Metall, das in einem Schmelzofen oder in einem Wärmhalteofen enthalten ist, eingeführt wird, um durch das Rohr ein Behandlungsgas, beispielsweise Stickstoffgas, in dem Chlor enthalten ist, einzuleiten. Dieses Verfahren ist problematisch wegen der unbefriedigenden Behandlungsleistung und der hohen Verlustrate des geschmolzenen Metalls durch dessen Oxidation .

32197S2

Zur Überwindung dieser Probleme wurde durch die US-PS 3 743 263 und die US-PS 3 839 019 und die veröffentlichte Patentanmeldung TOKU-KAI-SHO-54(1979)-142104

eine Lösung
(Japan)/vorgeschlagen, bei der ein Rotor als Rührmechanismus wirkt und in das geschmolzene Metall eingebracht wird, das in dem Schmelzofen enthalten ist, wobei ein bestimmtes Behandlungsgas in die Metallschmelze eingeleitet wird, während der Rotor gedreht wird und das Metall umrührt. Das Gas wird in Form von einzelnen Blasen eingeführt, so daß die beabsichtigte Behandlung durch den Kontakt zwischen Gas und Metall erfolgt. Das Behandlungsverfahren in einer derartigen Vorrichtung, in der das Metall mit feinen einzelnen Gasblasen behandelt wird, hat die Leistungsfähigkeit der Behandlung für das geschmolzene Metall sehr verbessert (Leistungsfähigkeit der Veredelung) im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen eine direkte Gaseinleitung durch ein Graphitrohr erfolgt.

Das vorstehend geschilderte Verfahren läßt aber abgesehen von seiner großen Verbesserung dennoch zu wünschen übrig, da die Erhöhung der Leistungsfähigkeit nicht unbegrenzt ist, sondern unter einem gewissen Grenzbereich bleibt. Weitere Schritte zur Reinigung oder Veredelung von geschmolzenem Metall zur Schaffung von Blöckchen höchster Qualität, wie sie der derzeitige Markt erfordert, werden deshalb sehr gebraucht. Versuche zur Erhöhung der Menge des eingeleiteten Behandlungsgases und eine Verstärkung der Rührbewegung zum Zwecke der Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Behandlung rufen einige andere Probleme hinsichtlich des Aufbaus der Vorrichtung und der unerwarteten Phänomene wie der Reabsorption des entfernten Wasserstoffgases, der Bildung einiger Oxide durch den Kontakt mit Luft, welche durch heftige Wellenbildung und Spritzen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls,

d.h. der Badoberfläche,verursacht werden, hervor. Es kann manchmal die Leistungsfähigkeit der Ver-

-Ί-

edelung des geschmolzenen Metalls verschlechtern, die noch weit entfernt von einem optimalen Wert ist.

Andererseits wurden verschiedene Arten von Filtervorrichtungen ausprobiert, beispielsweise solche zur Ent-.. fernung suspendierte Teilchen aus dem geschmolzenen Metall, die im allgemeinen aus nicht-metallischem Material bestehen, wie eine Vorrichtung aus einem Siebfilter aus Glasfasern oder rostfreiem Stahl. Eine andere Vorrichtung weist ein Setzbett aus Aluminiumoxidkugeln auf und eine weitere bekannte Vorrichtung ist mit einem porösen Filter versehen, der aus einem Sintermassenmaterial wie beispielsweise Korund besteht. Diese Filtervorrichtungen waren schließlich Filter zum Entfernen von Teilchen einer gewissen Größe. Sie waren natürlich unbrauchbar zum Entfernen von Teilchen geringer Größe, gelöstem Gas,wie beispielsweise Wasserstoffgas und Beimengungen wie Natrium in dem geschmolzenen Metall. Weiterhin war zur Entfernung von Teilchen geringer Grösse ein aufgefülltes Setzbett aus Aluminiumkugeln ungeeignet und die Verkleinerung der Maschen der obenerwähnten Filtervorrichtungen und porösen Filter erbrachte, unabhängig von der zeitweisen Erhöhung der FilterIeistung bei suspendierten Teilchen, ein zuwiderlaufendes Ergebnis, nämlich die Verstopfung der Filtereinrichtung und der Filter durch die Teilchen selbst. Dadurch wurde nachteiligerweise eine fortlaufende Filtrierung über lange Zeit verhindert.

Es ist deshalb eine erste Aufgabe der Erfindung, in Kenntnis des obenerwähnten technischen Hintergrundes, eine Vorrichtung zum Behandeln geschmolzenen Metalls zu schaffen, mit der hochveredeltes Metall erhalten wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Vorrichtung zum Veredeln geschmolzenen Metalls, insbesondere von Aluminium und dessen Legierungen zu

schaffen, mit der leistungsfähig und wirksam gelöste Gase, nicht-metallische suspendierte Teilchen usw. unter energiewirtschaftlichen Bedingungen entfernt werden können. Andere Aufgaben der Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung zu sehen ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln geschmolzenen Metalls zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgaben ist gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) ein Behandlungsgefäß von geschlossenem Aufbau mit einem Einlaß zum Einbringen des zu behandelnden geschmolzenen Metalls und einem Auslaß zur Entnahme des behandelten geschmolzenen Metalls;

b) ein vertikales Trennelement unterteilt das

Gefäß in zwei Teile, wobei ein Teil ein Zusatzbehandlungsabteil ist, das auf Seiten des Einlasses vorgesehen ist und das andere Teil ein Filterabteil ist, das auf Seiten des Auslasses angeordnet ist, wobei das Trennelement in dem unteren Bereich mit einem Durchgang für das geschmolzene Metall ausgebildet ist zum Leiten des in dem Zusatzbehandlungsabteil behandelten Metalls in das Filterabteil und wobei ein Verbindungsraum oberhalb des Trennelements zwischen dessen Oberseite und der Decke des Gefäßes ausgebildet ist zur Verbindung des oberhalb des Zusatzbehandlungsabteils mit dem anderen oberen Raum oberhalb des Filterabteils;

c) Behandlungselemente zur Behandlung des geschmolzenen Metalls sind in dem Zusatzbehandlungsabteil vorgesehen für das geschmolzene Metall, das durch den Einlaß zugeführt ist, mit einem bestimmten Behandlungsgas, welches in das geschmolzene Metall in Form von feinen, einzelnen Blasen eingeblasen wird, während ein Rotor gedreht wird zum Umrühren und Zirkulieren des geschmolzenen Metalls;

d) eine Filtereinrichtung ist in dem Filterabteil angeordnet zum Filtern des geschmolzenen Metalls, das von dem Zusatzbehandlungsabteil in das Filterabteil durch die Metallschmelzöffnung geleitet wird, die in dem Trennelement ausgebildet ist, zum Abscheiden suspendierter Teilchen in dem geschmolzenen Metall und einer Einrichtung zum Ableiten des gefilterten geschmolzenen Metalls aus dem Gefäß durch den Auslaß und

e) eine Brennereinrichtung ist im Deckenbereich des Gefäßes angeordnet in einer Lage oberhalb des Filterabteils zum Heizen des geschmolzenen Metalls mittels einer Verbrennungsflamme und/oder eines Verbrennungsgases hoher Temperatur.

Die Hauptvorteile der Erfindung können folgendermaßen zusammengefaßt werden: Durch die Aufteilung des Behandlungsgefäßes in zwei Abteile, in das Abteil für die Zusatzbehandlung und das Abteil für die Filtrierung zum aufeinanderfolgenden Behandeln der fließenden Metallschmelze mit der Zusatzbehandlung und der Filterbehandlung in jedem Abteil, kann die Vorrichtung kompakt als Einheit gehalten werden und die Leistungsfähigkeit der Behandlung wird stark erhöht, wodurch eine einfache Erzeugung geschmolzenen Metalls von hoher Qualität möglich ist. Die Anordnung der Brennereinrichtung zur wirksamen Heizung beider Behandlungsabteile und des darin enthaltenen geschmolzenen Metalls erbringt die Vereinfachung der Vorrichtung und einen wirtschaftlichen Energieverbrauch für die Beheizung. Die Heizung durch die Brennereinrichtung wurde in der Leistung erhöht infolge der Anordnung einer Abgasabführungsvorrichtung in dem Zusatzbehandlungsabteil, da das Verbrennungsgas hoher Temperatur, das durch die Brennereinrichtung erzeugt wird, sinnreich verwendet werden kann, indem es in das Zusatzbehandlungsabteil geführt wird.

-ΙΟΙ Andere Vorteile aus Zusatzeinrichtungen, die an der Vorrichtung vorgesehen sind, werden nachstehend berührt.

Die Anordnung einiger Strömungsprallvorrichtungen in dem Abschnitt des Gefäßes, das dem Zusatzbehandlungsabteil entspricht, hat sich als äußerst hilfreich erwiesen in der Erhöhung der Behandlungsleistung des strömenden geschmolzenen Metalls durch die feinen einzelnen Blasen des Behandlungsgases.

Infolge der Anordnung der Gaseinblaseinrichtung im Bodenbereich des Gefäßes, der dem Filterabteil entspricht,

des Umrührens und des Zirkulierens des geschmolzenen Metalls in dem Gefäß, das durch das Einblasen der feinen einzelnen Blasen des aus der Gaseinblaseinrichtung eingeblasenen Gases verursacht wird und der Berührung zwischen den Gasblasen und den vorstehend erwähnten Filtereinrichtungen, wird die Gleichförmigkeit des geschmolzenen Metalls sehr verbessert mit Hilfe der Heizung durch die Brennereinheit und das Verstopfen der Filtereinrichtung wird ebenfalls weitgehend verhindert. Dadurch ist es möglich, die Behandlung von geschmolzenem Metall über einen langen zusammenhängenden Zeitraum durchzuführen und Metall hoher Qualität zu erhalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform einer Behandlungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie A-A von Fig. 1

und
35

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie B-B in Fig. 2.

In den Fig. 1 bis 3 ist mit 1 ein Ofenkörper bezeichnet, der aus einem Behandlungsgefäß aus feuerfestem Material besteht und einen geschlossenen, kastenförmigen Aufbau aufweist. An einem Längsende des Gefäßes 1 ist eine Einlaßöffnung 3 zum Einleiten geschmolzenen Metalls 2 vorgesehen und in jeder der Seitenwände in Nähe des anderen Endes des Gefäßes 1 ist eine Auslaßöffnung 4 für das geschmolzene Metall ausgebildet. Das bestimmte, zu behandelnde geschmolzene Metall 2 wird von einer nicht gezeigten Metallversorgungsquelle, wie beispielsweise einem Wärmeofen, in das Behandlungsgefäß 1 geleitet und das geschmolzene Metall 2, • das einer bestimmten Veredlungsbehandlung unterzogen worden ist, wird durch das Paar der Auslaßöffnungen 4,4 aus dem Gefäß 1 abgezogen, um einer nicht gezeigten Gießvorrichtung oder dgl. zugeführt zu werden.

In etwa dem Mittelteil des Gefäßes 1 ist in Längsrichtung ,eine Trennwand 7 vorgesehen, die vertikal das Innere des Gefäßes 1 in zwei Abteile trennt, die in Längsrichtung nebeneinander liegen, und zwar in ein Zusatzbehandlungsabteil· 5 auf Seiten der Einlaßöffnung 3 und ein Filterabteil 6 auf Seiten der Auslaßöffnung 4. Die Trennwand 7 ist einstückig mit dem Ofenkörper in Querrichtung ausgebildet, d.h. in Richtung der Breite, und weist eine bestimmte Höhe h auf. Im unteren Bereich der Trennwand 7 ist ein Durchgang 8 für das geschmolzene Metall vorgesehen, um das geschmolzene Metall 2, das schon die Zusatzbehandlung in dem Zusatzbehandlungsabteil hinter sich hat, in das Filterabteil 6 zu leiten. Das obere Ende der Trennwand 7 reicht nicht bis zur Deckenfläche des Gefäßes 1, sondern läßt einen freien Raum dazwischen frei, um einen Verbindungsraum 9 zu bilden, der einen oberen Raum oberhalb des Zusatzbehandlungsabteils 5 und einen anderen oberen Raum oberhalb des Filterabteils 6 verbindet. Die Höhe h der Trennwand 7 ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie ein wenig höher ist als die Badober-

-12-fläche 10, d.h. die Oberfläche des geschmolzenen Metalls.

Das derart durch die Trennwand 7 ausgebildete Zusatzbehandlungsabteil 5 ist wiederum in zwei Abteile, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, durch ein Paar von Trennern 11,11 geteilt, welche beträchtlich von jeder der gegenüberliegenden inneren Wände des Gefäßes 1 abstehen und eine erste Kammer 13 und eine zweite Kammer 14 bilden. Zwischen den beiden Trennern 11, 11 ist ein Verbindungsgang 12 gelassen. Das geschmolzene Metall 2, das der Zusatzbehandlung in der ersten Kammer 13, welche näher an der Einlaßöffnung 3 angeordnet ist, unterworfen worden ist, wird, wenn die bestimmte Behandlung beendet ist, in die zweite Kammer 14 geleitet, um eine weitere Zusatzbehandlung zu 5 erhalten. Das geschmolzene Metall wird nach Beendigung der zweiten Behandlung in das Filterabteil 6 durch die öffnung 8, die im unteren Bereich der Trennwand 7 ausgebildet ist, geleitet. In jeder der ersten und zweiten Kammern 13, 14 ist ein bekannter Rührmechanismus 16 in Form eines Rotors angeordnet. Der Rotor ist durch ein Einführloch 15, das in der Decke des Gefäßes 1 ausgebildet ist (Fig. 1)_f eingesetzt und bis zu einer bestimmten Tiefe in das geschmolzene Metall 2 eingetaucht. Dieser Rührmechanismus 16 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zusammengesetzt aus (I) einem Graphitrohr mit einer Axialbohrung 17 für ein Behandlungsgas,(II) einem Graphitrotorkörper 21, der an das untere Ende des Graphitrohres 18 angeschraubt ist und aus einem horizontalen scheibenförmigen Bereich 19 und vier vertikalen Rührblättern 20 besteht und (III) einem porösen Stopfen 22, der auf das untere Ende des Graphitrohres 18 aufgeschraubt ist. Der Rührmechanismus 16 ist am oberen Ende des Graphitrohrs 18 mit einer geeigneten Gasversorgungsvorrichtung und einer Antriebsvorrichtung verbunden, die beide nicht dargestellt sind.

In jeder der beiden Kammern 13, 14, in denen der Rührmechanisuras 16 vorgesehen ist, ist ein Paar von Strömungsprallplatten 23., 23 angeordnet, welche gegenüberliegend von der inneren Wand des Gefäßes 1 abstehen. Die Strömungsprallplatte 23 weist eine'geringere Höhe auf als die Höhe des Spiegels des Bads 10 (Fig. 1) und erhebt sich, in Vertikalrichtung vom Böden des Gefäßes 1 aus und erstreckt sich mit einer bestimmten Länge zu der Drehachse des Rührmechanismus 16 hin.

. . ·

Mit 24 sind zwei Abdeckungen für die Einführöffnungen 15 der Rührmechanismen 16 bezeichnet, die in der Decke des Gefäßes T ausgebildet sind und 25 bezeichnet eine Form von Verstärkungselementen. Das Gefäß 1 ist weiterhin mit einem Kamin 26 in der Decke ausgebildet, der eine Stellung oberhalb des Zusatzbehandlungsabteils 5 einnimmt zur Ableitung von Abgasen. Die Atmosphäre in dem Gefäß 1, insbesondere in dem Zusatzbehandlungsabteil 5, kann durch den Kamin 26 nach außen abgeleitet werden.

In dem durch die Trennwand 7 abgeteilten Filterabteil 6

der
auf der Seite /Auslaßöffnung 4 ist eine Vielzahl von Rohrfiltern 30 in Horizontallage angeordnet. Das geschmolzene Metall 2, das durch den Durchlaß 8 im unteren Bereich der Trennwand 7 in das Filterabteil 6 eingeleitet wird, dringt von außen ins Innere der Rohrfilter 30 durch deren Rohrwände, während es dabei gleichzeitig gefiltert wird. Das geschmolzene Metall 2, das durch die Filterwände ins Innere der Filterrohre 30 gelangt, wird durch eine Ausgangsleitung 31 zu dem Paar der Auslaß-"öffmangen 4,4 geleitet. Die Vielzahl der Filterrohre 30 von bekanntem, porösem Rohrkörper in bestimmter Anzahl besteht aus einem Aggregatmaterial, wie beispielsweise Korund, das mit einem Glasmaterial zusammengesetzt ist

Die Rohre werden

oder das gesintert ist. / durch ein Paar von Seitenplatten 32, 33 gehalten. Ein Keil 34 treibt die Rohrfilter

30 gegen die Seitenplatte 33, in denen die Rohrfilter geöffnet sind, so daß sie gegen die Öffnung der Auslaßleitung 31 gepreßt werden. Es ist klar, daß die Verbindungsstellen zwischen den Rohrfiltern 30 und der Auslaßleitung 31 gut abgedichtet sind, so daß nur gefiltertes geschmolzenes Metall von der Auslaßleitung 31 zu den Auslaßöffnungen 4,4 geleitet wird. In der Decke des Gefäßes 1 oberhalb des Filterabteils 6 ist ein bekannter regelbarer Gasbrenner 3 5 angeordnet, der in der Lage

JO ist, entweder mit einer langen Flamme oder mit einer flachen Flamme zu brennen, so daß eine Verbrennungsflamme oder Verbrennungsgas mit hoher Temperatur erzeugt werden, wenn der Brenner 35 in Betrieb ist und die Heizung des geschmolzenen Metalls 2 bewirkt wird. In einem Teil des Bodens des Gefäßes 1, in dem das Filterabteil 6 angeordnet ist, sind Blasdüsen 36 aus porösem, feuerfestem Material vorgesehen, durch welche ein bestimmtes Gas aus einer Versorgungsleitung 37 in das geschmolzene Metall 2 in Form von feinen einzelnen Blasen eingeblasen wird. Das aus den Blasdüsen 36 ausströmende Gas bewirkt eine Strömung und ein in Umlaufbringen des geschmolzenes Metall 2 in dem Filterabteil 6 und das Gas in Form der Blasen bewirkt die Zurückhaltung der Beimengungen aus dem geschmolzenen Metall 2, die auf der Oberfläche der Rohrfilter 30 abgelagert werden.

Das geschmolzene Metall 2, das in das Gefäß 1 durch die Einlaßöffnung 3 eingebracht ist, erhält die vorbestimmte Zusatzbehandlung sowohl in der ersten als auch in der zweiten Kammer 13, 14 aufeinanderfolgend mit Hilfe der Rührmechanismen 16,16, welche in jeder der Kammern rotieren. In der Zwischenzeit wird ein bekanntes Behandlungsgas wie Stickstoff, Argon oder Edelgas oder ein Chlor enthaltendes Edelgas von einem nicht gezeigten Gaszuführungsmechanismus durch die Axialbohrung 17 der Graphitrohre 18 in den Rührmechanismen 16 in das ge-

schmolzene Metall 2 eingeblasen, nachdem das Gas de porösen Stopfen 22, der am unteren Ende des Graphitrohres befestigt ist, durchsetzt hat. Das Gas strömt in Form von feinen einzelnen Blasen durch das Metall. Der Rotorkörper 21 aus Graphit wird gleichzeitig gedreht infolge der Drehung des Graphitrohres 18, das mit einem Antriebsmechanismus verbunden ist, um das geschmolzene Metall 2 umzurühren und in Strömung zu versetzen, zusammen mit der zirkulierenden Bewegung des Behandlungsgases, das in

ίο Form der diskreten Blasen eingeblasen wird. Ein ausreichender Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall 2 und " dem Behandlungsgas fördert weiterhin die wirksame Entgasung, wie beispielsweise die Entfernung von Wasserstoffgas

Ali + 3/2

usw., eine Entfernung von Natrium, z.B.

Na + 1/2 Ce₂ ^ NaC-L ,

ebenso wie die wirksame Trennung von suspendierten Oxiden und anderen nichtmetallischen Beimengungen in dem geschmolzenen Metall 2 wegen deren Aufströmen auf die Oberfläche des Metallschmelzbades durch Adsorption durch das Gas.

Das geschmolzene Metall 2, das die Zusatzbehandlung beendet hat, wird in das Filterabteil· 6 geleitet durch den Durchgang 8, der in der Trennwand 7 ausgebildet ist, damit eine vollständige Entfernung der suspendierten Teilchen erfolgen kann. Das Metall ist deshalb nahezu perfekt gereinigt und von hoher Qualität und enthält nur noch wenig gelöstes Gas und schwebende nichtmetallische Beimengungen, bevor es durch die Auslaßöffnungen 4,4 entnommen wird.

Die Verbrennungsflamme oder das Verbrennungsgas, das durch den Gasbrenner 35 erzeugt wird, der an der Decke des Behälters 1 angeordnet ist, verhindern die Erniedrigung der Temperatur des geschmolzenen Metalls 2 während des Filtervorgangs. Das bei hoher Temperatur gehaltene und deshalb besonders strömungsfähige geschmolzene Metall 2 kann leistungsfähig und wirksam gefiltert werden. Der Gasbrenner 3 5 ist in seiner Heizleistung sehr wirtschaftlich und energiesparend im Vergleich zu einer elektrischen Heizung, die herkömmlich in dieser Art von Vorrichtung verwendet wird. Ein weiterer Vorteil ist der Nebeneffekt der Heizung des geschmolzenen Metalls 2, während dieses in dem Zusatzbehandlungsabteil 5 ist. Die Verbrennungsflamme und das Verbrennungsgas, die durch den Brenner 35 erzeugt werden, können teilweise, nachdem sie die Badoberfläche 10 in dem Filterabteil 6 aufgeheizt haben, durch den Verbindungsraum 9 oberhalb der Trennwand 7 in das Zusatzbehandlungsabteil 5 geleitet werden, indem diese in Horizontalrichtung sich ausdehnen, so daß sie vorteilhafterweise das geschmolzene Metall 2 während der Zusatzbehandlung heizen. Dieser Heizvorgang, bei dem Verbrennungsgas hoher Temperatur aus dem Filterabteil 6 verwendet wird, ist besonders vorteilhaft, wenn man die ungünstige Situation der Anordnung einer elektrischen Heizung in dem Zusatzbehandlungsabteil 5 betrachtet, wegen der Inanspruchnahme des Deckenbereichs durch die Einsatzöffnungen 15,15 für die Rührmechanismen 16,16. Der Kamin 26, der als Abgasauslaßvorrichtung in der Decke des Zusatzbehandlungsabteils 5 vorgesehen ist, fördert die Einleitung der Verbrennungsflamme und des Verbrennungsgases hoher Temperatur aus dem Filterabteil 6 in das Zusatzbehandlungsabteil 5 durch den Verbindungsraum 9 oberhalb der Trennwand 7 infolge der Ableitung der Atmosphäre. Der Kamin 26 bewirkt gleichzeitig die Ableitung des Gases aus dem Behälter 1, das aus dem geschmolzenen Metall 2 durch den Prozeß der Zusatzbehandlung anfällt.

-πι Der Gasbrenner 35 weist zwei Funktionsarten auf, einmal eine Verbrennung mit langer Flamme und zum anderen eine Verbrennung mit flacher Flamme. Er ist demnach sehr vorteilhaft, was seine Fähigkeit der regelmäßigen und gleich-.mäßigen Beheizung des gesamten Gefäßes 1 anbelangt, wenn das Gefäß 1 kein geschmolzenes Metall 2 enthält, indem die Flamme sich in einer ebenen Richtung ausbreitet, und einer wirksamen Beheizung des geschmolzenen Metalls 2 in jeder der zwei Äbteile, wenn das geschmolzene Metall 2 ^Q in dem Gefäß 1 behandelt wird,durch Erzeugung einer langen Flamme.

Das vorstehend geschilderte Einblasen eines Edelgases wie beispielsweise Stickstoff, Argon usw. in Form von feinen diskreten Blasen durch die Blasdüsen 36, die am Boden des Gefäßes 1 im Bereich des Filterabteils 6 angeordnet sind, ist sehr nützlich wegen der Wirkung des Wiederablösens der suspendierten Teilchen, welche auf der Oberfläche der Rohrfilter 30 anhaften und abgelagert sind aufgrund der feinen diskreten Gasblasen. Dieses Einblasen des Gases trägt nicht nur zur Verlängerung der Lebensdauer der Rohrfilter 30 bei, indem es die Ablagerung der Beimengungen darauf verhindert und dadurch die Behandlung von geschmolzenem Metall über einen langen Zeitraum oder eine große Menge ermöglicht, sondern trägt ebenso zu einer wirksamen Filtration des geschmolzenen Metalls 2 bei, indem die Temperatur des geschmolzenen Metalls gleichförmig gehalten wird und ein Verstopfen der Poren der Filter verhindert wird. Das Einblasen des Gases durch die Düsen 36 wird nicht nur während des Fortgangs der Filtration des geschmolzenen Metalls 2 durchgeführt, sondern ebenfalls während einer stationären Aufnahme des geschmolzenen Metalls 2 im Behälter 1. Im letzteren Fall wird das Einblasen des Gases dazu benutzt, daß die Temperatur des stationären geschmolzenen Metalls 2 aufrechterhalten wird. Es ist gleichermaßen wirksam zur

Erzielung der Gleichmäßigkeit der Temperatur und der Verlängerung der Lebensdauer der Filter.

Die Anordnung der Strömungsprallplatten 23 in der ersten und zweiten Kammer 13, 14 des Zusatzbehandlungsabteils 5, die jeweils von einer Seite des Gefäßes aus hervorstehen, stört oder verhindert die ruhige Strömung des geschmolzenen Metalls 2 infolge der Rotation des Rotorkörpers 21 aus Graphit und erzeugt eine komplexe Turbulenz.

Neben einem wirksamen Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall 2 und den feinen diskreten Gasblasen infolge der Turbulenz, haben suspendierte Teilchen, die in dem geschmolzenen Metall 2 infolge der Rotation des Rotorkörpers 21 aus Graphit schweben und strömen, die Neigung, aus der Turbulenz zu gelangen und sich in Nachbarschaft der Wurzel der Strömungsprallplatten 23 zu sammeln. Vermutlich ist der Effekt des Schwebens und Entfernens dieser schädlichen Teilchen aus dem geschmolzenen Metall 2 offensichtlich verbessert durch diese Ausführungsform, da eine bemerkenswerte Abnahme der Menge der schädlichen Teilchen im geschmolzenen Metall 2 unter der Zusatzbehandlung erfolgt, welches aus der zweiten Kammer 14 in das Filterabteil 6 durch den Durchlaß 8 für das geschmolzene Metall fließt. Es trägt stark dazu bei, die Verstopfung der Filtereinrichtung zu verhindern, insbesondere der Filterrohre 30 in dem Filterabteil 6, die stromab von der zweiten Kammer 14 angeordnet sind und führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Filterrohre.

Nach den Studien des Erfinders wurde die folgende bemerkenswerte Verbesserung einer Behandlung eines geschmolzenen Aluminiums in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Vergleich zu den unten erwähnten Wirkungen der Entgasung und der Entfernung von Teilchen bestätigt, wobei die Zusatzbehandlung und die Filterbehandlung unabhängig durchgeführt worden sind.

-19-Gemeinsame Behandlungsbedingungen:

Behandlungsgas: Argon Durchflußmenge: 100 £/min

Behandelte Menge: 15 t/Std.

Erfindung;

Entgasungseffekt: χ = 0.11 (0.08-0.13) !θ' H₂ m i/ 100 g . A £ )

Teilchenbeseitigungseffekt: 0-2 verbleibende Teilchen (per ein endbehandeltes Blech von 0,5 mm Dicke und 1000 mm²)

Stand der Technik (Zusatzbehandlung oder Filterbehandlung:

Entgasungseffekt: χ = 0.15 oder 0.3 • Teilchenbeseitigungseffekt: 0-5 oder 2-10.

Hinsichtlich der Lebensdauer der Rohrfilter zeigt die Ausführungsform eine Leistung von einer ununterbrochenen Behandlung von geschmolzenem Metall von 700-1000 t, während eine nur mit einem Filterabteil ausgestattete Behandlungsvorrichtung die fortlaufende Behandlungstätigkeit bei einer Menge von 200-4 00 t beenden muß.

Obgleich die obige Beschreibung nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel betrifft, ist die Erfindung nicht i darauf beschränkt, sondern sie kann durch den Fachmann verschiedenartig modifiziert oder geändert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So kann der Brenner beispielsweise ein ölbrenner sein und ist nicht auf den vorstehend erwähnten, vorzuziehenden Gasbrenner beschränkt. V.Es können andere Arten von Filtern als die beschriebenen Rohrfilter eingesetzt werden. Für den Rührmechanismus

-20-

in dem Zusatzbehandlungsabteil des Gefäßes kann entweder ein einziger oder mehr als zwei anstelle des Paares in dem Ausführungsbeispiel eingesetzt werden. Der Aufbau des Rührmechanismus des Ausführungsbeispiels kann durch einen Rührmechanismus ausgetauscht werden, der in den US-PSen 3 743 263 und 3 839 019 und in der offengelegten Patentanmeldung TOKU-KAI-SHO-54(1979)-142104 (Japan) beschrieben ist.

Claims

MÜLLER-BOKE · DEUFEL · SCHÖN · HEETEL PATENTANWÄLTE BUHOPBAN PATENT ATTOHNEYS DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWAUTVON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS. Hl/Ot/sc - S 3335 26. Mai 1982 SUMITOMO LIGHT METAL INDUSTRIES, LIMITED Vorrichtung zum Behandeln von geschmolzenem Metall Ansprüche

1. Vorrichtung zum Behandeln von geschmolzenem Metall, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale:

a) ein Behandlungsgefäß (1) von geschlossenem Aufbau mit einem Einlaß zum Einbringen des zu behandelnden geschmolzenen Metalls und einem Auslaß (4) zur Entnahme des behandelten geschmolzenen Metalls;

b) ein vertikales Trennelement unterteilt das

Gefäß (1) in zwei Teile, wobei ein Teil ein Zusatzbehandlung sab teil (5) ist, das auf Seiten des Einlasses (3)

vorgesehen ist und das andere Teil ein Filterabteil (6) ist, das auf Seiten des Auslasses (4) angeordnet ist, wobei das Trennelement in dem unteren Bereich mit einem Durchgang (8) für das geschmolzene Metall ausgebildet ist zum Leiten des in dem Zusatzbehandlungsabteil (5) behandelten Metalls in das Filterabteil (6) und wobei ein Verbindungsraum (9) oberhalb des Trennelements (7) zwischen dessen Oberseite und der Decke des Gefäßes (1) ausgebildet ist zur Verbindung des oberen Raumes oberhalb des Zusatzbehandlungsabteils (5) mit dem anderen oberen Raum oberhalb des Filterabteils (6);

c) Behandlungselemente (16) zur Behandlung des geschmolzenen Metalls sind in dem Zusatzbehandlungsabteil (5) vorgesehen für das geschmolzene Metall, das durch den Einlaß (3) zugeführt ist, mit einem bestimmten Behandlungsgas, welches in das geschmolzene Metall in Form von feinen, einzelnen Blasen eingeblasen wird, während ein Rotor (21) gedreht wird zum Umrühren und Zirkulieren des geschmolzenen Metalls;

d) eine Filtereinrichtung (30) ist in dem Filterabteil (6) angeordnet zum Filtern des geschmolzenen Metalls, das von dem Zusatzbehandlungsabteil (5) in das Filterabteil (6) durch die Metallschmelzöffnung (8) geleitet wird, die in dem Trennelement (7) ausgebildet ist, zum Abscheiden suspendierter Teilchen in dem geschmolzenen Metall und einer Einrichtung zum Ableiten des gefilterten geschmolzenen Metalls aus dem Gefäß (1) durch den Auslaß (4) und

e) eine Brennereinrichtung (35) ist im Deckenbereich des Gefäßes (1) angeordnet in einer Lage oberhalb des Filterabteils (6) zum Heizen des geschmolzenen Metalls mittels einer Verbrennungsflamme und/oder eines Verbrennungsgases hoher Temperatur.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasabführeinrichtung (26) im Deckenbereich des Gefässes (1) oberhalb des Zusatzbehandlungsabteils (5) angeordnet ist, durch welche Abgas, das in dem Zusatzbehandlungsabteil (5) erzeugt wird und Verbrennungsgas, das durch die Brennereinrichtung (35) erzeugt wird, und durch den Verbindungsraum (9) oberhalb des Trennelements (7) in das Zusatzbehandlungsabteil (5) geleitet wird, aus dem Gefäß (1) abgeführt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Strömungsprallelement (23) in dem Zusatzbehandlungsabteil (5) vorgesehen ist zum Verhindern einer Strömung des geschmolzenen Metalls, die in dem Zusatzbehandlungsabteil (5) erzeugt wird infolge der Drehung eines Rotors (21) der Behandlungseinrichtung für das geschmolzene Metall,derart, daß die Strömungspralleinrichtung von der Innenwand des Gefässes (1) hervorsteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gaseinblaseinrichtung (36) im Bodenbereich des Gefässes (1), der Teil des Filterabteils (6) bildet, vorgesehen ist, so daß Gas aus der Blaseinrichtung (36) in Form von feinen einzelnen Blasen eingeblasen wird, wobei das geschmolzene Metall strömt und in Berührung kommt mit der Filtereinrichtung (30).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Brennereinrichtung (35) ein regelbarer Gasbrenner ist, der mit einer langen Flamme und mit einer flach ausgedehnten Flamme brennen kann,

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Filtereinrichtung (30) aus einer Vielzahl von Rohrfiltern besteht.

-A-

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall Aluminium oder eines seiner Legierungen ist.