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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von schmelzflüssigem Aluminium
und Aluminiumlegierungen mit Chlorgas Die, Erfindung bezieht sich auf Verfahren,
und Vorrichtungen, zur Behandlung von, schmelzflüssigern Alumin.ium und Aluminiumlegierungeii
mit Chlorgas. Es ist bekannt, solche Schmelzen mit gasförmigen, Reaktionsmitteln,
wie Chlor, zu hehandeln, um unerwünschte BestanAteile aus der Schmelz#e zu entfernen.
Ein Nachteil dieser Verfahren, besteht in der Notwendigkeit, da£') das Chlorgas
bereits zugeführt werden. muß, bevor die Schnie#lze das als Hilfsmittel für die
Eiii,führung des Gases dienende Gerät, z. B. den. Lochboden eines Koniverters oder
das Zuführungsrohr# zu einem Tiegelofen, berührt, um das EinIaufen von Me#ta,11
in die. Düsen und somit Störungeli. zu vermeiden,. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, daß bei den üblichen Verfahren, der Gaszufuhr sowie infolge der im allgemeinen
nur geringen, Badhöhe- der Schmelze ein, erheblicher Teil des Gases ungenutzt verlorengeht.
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Dadurch entstehen. Verluste an dem Reaktionsmittel, welche die Bestimmung
der zur Durchführung eines Prozesses erforderlichen, Menge er-'
schweren
bzw. unmöglich machen, und außerdem zu Belästigungen, bzw. zu gesundheitlichen Schädigungen,
der Bedienung durch das un.verhrauchte Reaktionsmittel führen.
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Diese i#Tacliteile werden gemäß der Erfindung da,-durch vermieden,
daß ein indifferente-s Gas durch eine Vielzahl von, Öffnungen, sowohl vor als auch
nach dem Einbringen des Chlorgases in die Schmelze eingeleitet wird, so daß das
Chlo,rgas in Zuführungen von indifferentem Gas eingelagert ist. Dabei werden die
Gase zwe;dzmäßig der Schmelzz so zugeführt, daß der gesamte Querschnitt des Bades
möglichst gleichmäßig von dein Rea,1,ztionsmittel beigast wird und die- Größei der
Gasblasen bzw. die Größe und Zahl der Austrittsöffnungen, für das Gas sowie die
Badhöhe der Schmelze- so bemessen bzw. aufeinander abgestimmt werden, daß eine optimale
Ausnutzung der Gase gewährleistet ist. Hierbei werden die Öffnungen, a-us denen
die Gase in die Schmelze- eintreten, um so. kleiner gehalten, je geringer
die Badhöhe ist.
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Das Chloren, von Aluminiumschmelzen dient be.-kanntlich dazu, einerseits
die unedleren. Bestandteile der Schmelze, z. B. Magnesium, durch chemische Reaktionen,
andererseits die, in d2r Schmelze enthaItenen. Gase und festen Bestandteile durch
phys,ikalisclie. bzw. ine-,chanische Einwirkung zu entfernen. Dabei handelt es sich
in der Hauptsache um die Entfernung von Wasserstoff, dessen Löslichkeit in der Schmelze
druck- und ternperaturabhängig ist. Durch Verringerung des Partia,1-druckes mittels
des eingeführten Chlors wird der Wasserstoff in Freiheit gesetzt. Die zunächst in
disperser Form vorhandenen Glasbläschen werden durch die kräftige Durchwirbelung
der Schmelze zu größeren Gasblasen vereinigt, die, an, die Bad7 oberfläche- steigen,
und entweichen,. Auch die in der Schmelze in feiner Verteilung suspendierten festen,
Bestandteile, vor allem Tonerde, werden durch die kräftige Badbewegung, welche durch
die Einleitung des Gases verursacht wird, koaguliert und an die Oberfläche befördert,
wo# sie durch geeignete Abdeckmittel verschlackt werden können,. Die in, legiertem
Zustande in; der Schmelze enthaltenen, ineist metallischen. Verunreinigungen, die
erst beim Erstarren der Schmelze entsprechend den fü# den Ablauf des Erstarrungsvorganges
geltenden Gesetzmäßigkeiten auskristaIlisieren, werden durch die Be,gasung in. einer
solchen dispersen, Form abgeschieden, daß ein ausgesprochen pseudoeutektisches Gefüge
entsteht und dadurch die schädliche, Wirkung dieser Verunreinigungen stark herabgesetzt
zn wird. Diese Wirkungen der Chlorbehandlung sind be-
kannt. Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß die, Chlorbegasung nur dann wirtschaftlich und ohne
Störung verläuft und ihren vollen Zweck erfüllt, wenn. ein indifferentes Gas sowohl
vor als auch nach dem Einbringen, des Chlorgases in die Schmelze eingeleitet wird
und durch -,eeign.eteVorrichtungen. zur Gaszufuhr für eine gleichmäßige Verteilung
der Gase gesorgt ist. Dahei ist die Dcsierung insofern von, Wichtigkeit, als im
Falle der Ausscheidung von z. B. Magnesium aus einer All-iminiumschmelze das Chlor
erst dann. Aluminium merklich angreift, wenn, sämtliches Magnesium gebunden ist.
Bei der Durchführung des Verfahrens na,ch der Erfindung wird als indifferentes Gas,
in welches das Chlor eingebettet ist, beispielsweise Stickstoff angewendet. Dieser
wird so lange zugeführt, bis die Schmelze das Zuführungsmittel, beispielsweise,
ein gelochtes Gaseinführungsrohr oder einen Düsenboden, bedeckt. Dann wird die Stickstoffzuführung
unterbrochen und Chlor eingeführt.
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N N ach Zuführun- t' der für die angestrebte Reaktion erforderlichen
Menge Chlor wird die Chlorzuführung unterbror-hen und wieder Stickstoff eingef ührt,
bis das Zuführungshilfsmittel nicht mehr von Metall berührt wird. Das indifferente
Gas dient dabei auch zum mechanischen Austreiben der in der Schmelze flotierenden.
Reaktionsprodukte. Außer-
dem kann durch Mischung von Reaktionsgas und indifferentem
Gas die Reaktionswirkungg je nach den Erfordernissen abgestuft bzw. abgebremst
werden, Um eine gleichmäßige Begasung der Schmelze und eine. vollständige Ausnutzung
des Chlors zu gewährleisten, wird dieses der Schmelze durch eine Vielzahl von kleinen
Öffnungen. zugeführt. Zahl und Größe der öffnungen ist dabei auf den Durchmesser
der Zuführungsrohre- einerseits und auf die Badhöhe andererseits abzustimmen.
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Chlor ist bekanntlich sehr aggressiv. Es greift bei höheren Temperaturen
Eisen an. Auch beeinflußt die Temperatur der Schmelze, die durch exo,-therm verlaufenden.
Reaktionen zwischen. Chlor und Teilen. der Schmelze noch erhöht wird, die Standfeistigkeit
der Zuleitungsrohre. Um den hohen Anforderungen zu entsprechen, sind die Begasungsrohre
erfindungsglemäß so ausgebildet, daß ein als Stütze dienendes Rohr durch Oberflächenbehand-Inn.-.
oder durch Schutzrohr-- innen, gegen. den Angriff de,9 Begasungsmittels und außen
gegen deii Angriff der Schmelze sowie gegen. die Einwirkung der chemischen Verhindungen
zwischen Teilen der Schmelze und, dein Begasungsmittel geschützt ist. Die Rohre,
sind mit einer Vielzahl von verteilt angeordneten Löchern versehen, deren Durchmesser
in einem abgestimmten Verhältnis zum Rohrdurcbniesser einerseits und zur Badhöhe
der zu behan.-delnden Schmelze andererseits steht. Dabei sind die Schutziiberzüge
so gestaltet, daß auch die Wandun.-gen der Löcher in den Rohren davon bedeckt sind.
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Es ist bekannt, daß durch die Begasung von Schmelzen die Viskosität
dieser Schmelzen verringert wird., jedoch hat man. daraus bisher für die Praxis
des Scbmelzens keine Folgerungen gezogen. Gemäß der vorliegenden Erlindung wird,
die Verringerung der Viskosität dazu verwendet, uni die Filtration von Schmelzen
zur Abscheidung von in der Schmelze schwebend enthaltenen Bestandteilen zu erleichtern.
Dies geschieht erfindungsgemäß in der Weise, daß Gas während. des Filtrierens von
Schmelzen z. B. im Gegenstrorn durch das Filter geleitet wird.
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Fig. I bis 4 stellen einen für die Durchführung 2n des Verfahrens
eingerichteten Drehofen dar, und zwar zeigt Fig. i den Ofen im Längsschnitt, Fig.
2 im Querschnitt und Fig. 3 in einer Stirnarisicht, während Fig. 4 in größerem
Maßstab das eine Ende dz#_# Ofens ni.it der Apparatur für die Gaszuleitung darstellt;
Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Schöpfofen und Fig.
6 ein. senkrechter Schn itt durch einen Tiegelofen; mit Begasungsvorrichtung,
Fig. 7 und, 8 zeigen einen Längsschnitt und cinen Querschnitt durch
einen, Herdofen, mit in den Ofen einführbaren Bcgasungsro-hreil; Fig.
9 und io stellen einen im Schnitt gezeichiieten Konverter in Füllstellung
und in Begasungsstellung dar; Fig. ii ist der senkrechte Sebnitt durch ein Filter
mit Begasungsvorrichtung; Fig. 12 bis 15 sind Längsschnitte, durch Teilevon, verschieden
ausgebildeten Begasungsrohren.
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Bei dem in Fig. i bis 4 dargestellten Drebo-fen ist der zvlindrische
Ofenkörper i auf Rollen 2 gelagert u#d um 36o' drehbar. In den, Stirnwänden des
Ofens sind. Öffnungen, 6 für die Einf ührung der mit einer Vielzahl von Lochungen
5 versehen-,en Begasungsrohre 4 vorgesehen,. Der Lage dieser Öffilungen
6 in radJaler Richtung entsprechend ist ein Zeiger io nahe dem Umfang an
der Stirnseite- des Ofens angebracht., der sieh über eine Skala 8 hewegt.
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Zur Begasung der Schmelze werden die Üffnungen 6 in eine. Lage
gebracht, in welcher sie von der Schmelze 3 nicht berührt werden. Nach Eiitfernung
der Lehmverschmierungen,-werden die B#-gasungsrohre 4 in die öffnungen
6 eingeschoben -und mittels Lehmbatzen 7 abgeflichtet. Die Begasung
wird mit der Zuführung von Stielzstr,.f'f c*II-geleitet, während die. Rohre noch
außerhalb der Schmelze liegen. Dann wird der Ofen langsam gedreht, bis der Zeiger
io auf die Skala. aus d-in A1,-schnitt X in den Abschnitt Cl übergeht. Dies
zeigt an, daß das Rohr -1 in das Bad eingetaticht ist. Jetzt wird der Stickstoff
durch Clo#r ersetzt und der Ofen innerhalb des Chlorbereiches der Skala so lange
gleichmäßig gedreht, bis die erforderlich,2 Chlormenge zugeführt ist. Das Gas tritt
in, feiner Verteilung durch die Vielzahl der öffnungen 5 aus dem Rohr4 aus.
Die, feine Verteilung in Verhinclung mit der Drehbewegung des Ofens gewährleistet,
daß alle! Teile der Schmelze gleichmäßig b2-gast werden und trotz der geringen Tiefe
(ki-Schmelze 3 das Chlor sich restlos z. B. inÜ sium bindet, so daß kein,
=verbrauchtes Chlor elitweicht. Unverb-rauchtes Chlor wür#de nicht nur einen wirtschaftlichen
Verlust und eine gesundheitliche Gefährdung durch die ADgase bedeuten, sondern es
auch unmöglich machen, die Dauer dcr Begasung von. den-r Einleiten einer vorher
festgelegten Gewichtsmenge Chlor abhängig, zu machen.
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Im Anschluß an die Begasung wird die Schmelze, zur Entfernung der
in ihr flotierenden Rückstände wieder mit Stickstoff begast. Bei Beendigung dieser
Begasung wird die Stickstoffzufuhr erst unterbrüchen, wenn, die Rohre 4 s,ich außerhalb,
der Schmelze- 3 befinden" um ein Eintreten von. Metall in die Rohre zu verhindern.
Die Abgase werden, durch den Stutzen, 9 abgesaugt. Die Brenneröffnung des
Ofens wird für die Dauer der Begasung durch einen. Deckel i i verschlossen.
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Die Beggasung einer Schmelze erfordert in Al# hängigkeit von der Gewichtsmenge
der chemisch züi bindenden unerwünschten Verunreinigungen ein:-Zx bestimmte Menge
Chlor, die nicht überschritten werden soll, urn wirtschaftliche Verluste und '-,-sundhe-itliclie
Schäden zu vermeiden. Auch können Verluste, an Metall durch einen ÜI>erschuß an
Chleir eintreten, z. B. wenn nach der restlosen, Bindungdes aus einer Aluminiumschinelze
mittels Chlor zu entfernenden Magnesiurns ein Überschuß an Chlc#-verbleibt, der
das Aluminium angreift. Andererseits darf die erforderliche Menge des Chlors nicht
unterschritten werden" damit der Zweck der Bcgasung erreicht wird.
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Die Gasdrücke, unter denen das Chlor in feinverteilter Form der Schmelze
zugeführt wird, müssen die Zuführung in, einem bestimmten Zeitraum gestatten, insbesondere
darf die Begasung nicht zu rasch vor sich geben. Der Druck in, dem unter dem Spiegel
der Metallschmelze liegenden Begasungsrohr muß so groß sein, daß ein. Eindringen
von Metall in das Innere des Rohres ausgeschlossen ist. Ferner müssen die Begasungsinittel
sowohl getrennt als auch in jedem beliebigen L\,lischungsverhältnis zugeführt werden
können.
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Fig. 4 zeigt eine diesen Verhältnissen Rechnung tragende Apparatur
für die Zuleitung und Dosierung der Gase. Ein indifferentes Gas, z. I'). Stickstoff,
wird, aus dien: Flaschen 12 über die Re-(luzien-ülltille- 13 durch die Leitung
14 dein als Absperr- und Mischorgan dienenden Drc,iwegehahn 15 zugeleitet. Von dort
gelangt das Gas durch die Leitung 16 in eine Vorlage 17, die zur Gastrocknung z.
l'). mit Silicagel gefüllt ist und weiter durch die Leitung 18. (las Absperrorgan
ig und die Schlauchleitun- 20 in das Begasungsrohr 4. Das Chlür wird aus den Flaschen2i
über die Reduzierventile-2.2 und durch die Leitung 23 ebenfalls dem Dreiwegeliahn
15 zugeführt. Zur Bestimmung der NIetige ist eine Waage24 und. zur Prüfung des Druckes
ein Xfanorneter 25 angeordnet.
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In dem in, Fig. 5 gezeigten Schöpfo-fen 26 helindet
sich eine zu begasende Schmelze 27. Das Begasungsrohr 2,9 wird. durch eine
mittels Deckel 29 verschlie-Uare öffnung in der Decke des Ofen", e#iigeführt. Die
Abgase werden durch (las Rohr 30 a11-ge-zo# geil.
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Fig. 6 zeigt einen die- Schnielze ciitlialtenden Tie-,el
3 1, der in dein Ofen 32 steht. Zur Begasung dient das Rohr
33, dessen T-f#,riniges init zahlreichen Austrittsöffiniii..gen vers":#hcii
ist. Sowohl
bei diesem Ofen als auch bei dem in Fig.
5
dargestellten Schöpfofen wird das Begasungsrohr 28 bzw. 33 unter
dem erforderlichen Stickstoffdruck in, die Schmelze eingeführt. Nach Schließen des
Deckels 29 bzw. 34 und Einschalten der Absaugleitung 3o bzw. 35 kann auf
die Zufuhr von Chlor umgestellt werden. Nach beendeter Reaktion wird das Begasungsrohr
wieder unter vollem Stickstoffdruck herausgenommen, um das Eindringen von Metall
in das Rohr zu vermeiden.
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Bei dem in Fig. 7 und 8 dargestellten Herdofen
36 werden Begasungsrohre 37 mit brausef örmigen Köpfen 38 durch
Ofenöffnungen eingeführt, die mit Dichtungen, 39 ausgestattet sind. Nach
der Umstellung auf Chlorzuführung können die Rohre von außen, in der Weise bewegt
werden, daß aJ1e Teile der Schmelze wirksam begast werden. Der Abzug der Abgase
durch öffnungen4o geschieht zweckmäßig mit so, starkem Zug, daß ein. schwacher Unterdruck
im Ofen herrscht.
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Die, Begasungsrohre oder die sonstigen gastragenden, Mittel werden.
zweckmäßig vor der Einführting in die Schmelze auf die zur Durchführung der Bega,sung
erforderliche Arbeitstemperatur vorgewärmt.
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Der in Fig. 9 und io gezeichnete Konverter hat eine" um 36o1
drehbaren Ofenkörper 41, in den die Schmelze durch die Öffnung 42 eingeführt werden,
kann. Zur Beggasung wird der Lochhoden 43 des Konverters unter vollen Stickstoffdruck.
gesetzt und der Konverter in die in Fig. io dargestellte Lage geschwenkt. Alsdann
kann der durch die Leitung 44 zuströmende Stickstoff ganz oder teilweise durch Chlor
von entsprechendem Druck ersetzt werden. Die Abgase werden, zweckmäßig unter Aufrechterhaltung
eines geringen Unterdruckes, durch die Öffnung 45 abgeführt. Nach Beendigung der
Reaktion, wird auf Stickstoffzufuhr umgeschaltet und der Konverter während der Zufuhr
von Stickstoff in, eine Stellung gebracht, in welcher der Lochboden nicht von der
Schmelze berührt wird. Durch weiteres Drehen des Ofens kann das Metall über die
Ausgußrinne 46 (Fig* 9) entnommen. werden.
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In Fig. i i ist ein Filter dargestellt, welches z. B. zum Filtrieren
vc>n Aluminiumschmelzen nach dem Seigern dienen kann. Erfindungsgemäß wird dieses
Filter gleichzeitig zum Chloren sowie dazu verwendet, um die flotierenden Verunreinigungen
durch das im Gegenstrom eingeleitete Gas auszutreiben, die Zähigkeit des Metalls
zu vermindern und dadurch das Filtrieren zu erleichtern.
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Das zu reinigende geschmolzene Metall 47 wird den Filterschichten
48 über die Rinne 49 zugeführt. Während das, Metall durch die Filterschichten sick-ert
und durch den Lochboden 5o in die S ammelwanne 5 1 fließt, strömt
das durch das Rohr 5 --, eingeführte Gas in, aufsteige#nder Richtung durch
die, Filterschichten, in denen sich das Gas über eine große Fläche veTteilt, so.
daß eine wirksame Begasung gewährleistet ist. Das gereinigte Metall kann bei
53 abgezogen werden, während die Ab-,aase durch die Haube 54 abgeführt werden.
Fig. 1:2 bis 15 sind Längssehnitte durch Teile von verschieden ausgeführten Begasungsrohren,
die in einem größeren Maßstab dargestellt sind. In Fig. 12 hat das Begasungsrohr
eine Wandung 55
aus Eisen, in welcher Austrittsöffnungen 56 vorgesehen
sind. Das Rohr ist auf der Innenseite, auf seiner Außenseite sowie auf den Wandungen
der Öffnungen 56 mit einem Schutzüberzug 57 aus feuerfester Anstrichmasse
bekleidet. Statt dessen kann das Rohr auch aus einer Aluminiumlegierung bestehen,
die mit einer z. B. elektrolytisch erzeugten Schutzschicht aus Aluminiumoxyd versehen
ist.
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Fi-. 13 zeigt ein Rohr, dessen Wandung 5 5 ebenfalls
aus Eisen besteht. Diese ist mit einer aufgespritzten Schicht 58 aus Aluminium
bekleidet, die ihrerseits eine Oberfläche 59 aus Aluminiumoxyd aufweist.
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Das in Fig. 14 gezeigte Begasungsrohr besteht aus einem metallenen
Stützrohr 6o und einem keramischen Schutzrohr 61, in denen gemeinsame Austrittsöffnungen
62 vorgesehen sind. Statt dessen kann, wie Fig. 15 zeigt, auch das ganze
Begasungsrohr 63 aus keramischem Werkstoff bestehen und mit Öffnungen 64
versehen sein.