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Publication number: DEA0022674MA
Authority: DE

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 12. Mai 1955 Bekanntgemacht am 8. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von gelöstem oder aufgenommenem Gas und anderen Verunreinigungen aus geschmolzenem Aluminium und Aluminiumlegierungen. Zur Vereinfachung werden Aluminium und Aluminiumlegierungen lediglich mit Aluminium bezeichnet.

Es ist bekannt, daß. geschmolzenes Aluminium verschiedene Gase entweder unmittelbar aus der ίο Luft oder aus den mit dem flüssigen Metall in Berührung kommenden Feststoffen oder durch Umsetzung von chemischen Verbindungen mit dem Aluminium aufnimmt. Wasserstoff scheint den größten Teil des in Aluminium auftretenden Gases zu bilden und wird hauptsächlich für Fehler verantwortlich gemacht, die infolge des in dem, Metall vorhandenen Gases auftreten. Es ist weiter bekannt, daß sich die von dem geschmolzenen Metall gehaltene Gasmenge mit der Temperatur ändert, , wobei die Fähigkeit zum Gaseinschluß mit der Temperatur abnimmt, und daß einige Gase freigegeben werden, wenn sich das flüssige Metall abkühlt. Von größter Wichtigkeit ist dabei' die Tatsache, daß beim Erstarren des geschmolzenen Metalls ein verhältnismäßig großer Teil des von dem Metall gehaltenen Gases ausgestoßen wird, so

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daß sich in dem Gußstück Bläschen oder andere Hohlräume bilden. Diese Unterbrechungen, im Gefüge sind sowOhl hinsichtlich der Festigkeitsverminderung des Metalls als auch hinsichtlich des 5 Oberflächenaussehens nachteilig, wenn, diese Hohlräume an der Oberfläche auftreten. Aus diesen und aus anderen Gründen ist es daher allgemein üblich, die Gasaufnahme durch sorgfältiges Schmelzen und durch die Erfahrungen der Praxis zu vermindern.

Zum Entfernen des während des Schmelzens aufgenommenen Gases sind bereits verschiedenartige Behandlungen vorgeschlagen worden. Eines der am meisten nachteiligen Verfahren besteht darin, oberhalb des geschmolzenen Metallbades ein Vakuum zu erzeugen und jedes aus dem Metall diffundierende Gas.herauszuzieh.en. Diese Behandlungsart ist schwierig und kostspieligen gewerblichem Maßstab auszuführen und erfordert eine lange Behandlungszeit, um im wesentlichen das gesamte Gas zu entfernen. Außerdem werden bei ' dieser Behandlung keine der festen Verunreinigungen entfernt, die in dem gesamten Metallbad dispergiert sind.

. 25 Ein anderes Verfahren 'besteht darin, in die Schmelze kleine Mengen von bestimmten festen Halogeniden einzubringen, die sich entweder mit dem Aluminium umsetzen, um einen Halogeniddampf zu bilden, oder die ohne Umsetzung verdampfen, Zinkchlorid oder Chlorzink ist ein Beispiel der ersten Art, während Aluminiumchlorid ein Beispiel der zweiten Art ist. Derartige Behandlungen werden für gewöhnlich in einem Ofen oder in einer offenen. Pfanne ausgeführt, und es wird bei diesen Behandlungen nicht viel Gas entfernt, wenn nicht sehr große Mengen der Halogenide zur Verwendung gelangen. Die starke Rauchentwicklung bei dieser Behandlung bildet ein schwierig zu; lösendes Problem.

Ein anderes Verfahren, das beim Schmelzen und ,Reinigen von Aluminium weitgehend verwendet worden ist, besteht darin, gasförmiges Chlor durch das Metall kurz vor dessen Gießen in Form von Bläschen hindürchzuleiten. Diese Behandlung wird ebenfalls in einem Ofen oder in einer Pfanne ausgeführt, wobei eine sehr starke Rauchentwicklung stattfindet. Zum Senken des Gasgehaltes des Metalls auf einen niedrigen Wert muß üblicherweise eine große Chlormenge für längere Zeit eingeführt werden. Dies bedeutet, daß eine Metallbehandlungsvorrichtung für längere Zeit beansprucht wird und daß daher eine- große Zahl dieser Vorrichtungen erforderlich ist, um, die Ausgangsleistung einiger weniger Schmelzöfen zu behandeln. Als Beispiel für die verbrauchte Chlormenge sei erwähnt, daß es nicht unüblich ist, 13 kg Chlor in eine Schmelze von 2250 kg während einer Zeitdauer von etwa 20 Minuten einzuführen, um eine Verminderung des Gasgehaltes der Schmelze zu erzielen. Die Chlorbehandlung ist daher ein teures Arbeitsverfahren.

Mit.der Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, bei dem Jm wesentlichen das von einer Aluminiumschmelze gehaltene Gas schnell entfernt wird. Weiter zielt die Erfindung darauf, die Natriumverunreinigungen einer Schmelze bei ihrem Entgasen zu vermindern. Weiter soll ein Verfahren geschaffen werden, mit dem ein Aluminiumstrom wirksam entgast wird, der von einem Schmelzofen zu einer Gießform oder einem anderen Behälter geleitet wird. Ferner soll ein Verfahren, geschaffen werden, bei dem bestimmte Legierungsbestandteile gleichzeitig mit der Entgasung zugesetzt werden können. Schließlich zielt die Erfindung auf einen Entgasungsaufbau, der eine verhältnismäßig große Menge an geschmolzenem Metall in kurzer Zeit behandeln kann.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden mit der nachstehend beschriebenen Erfindung erreicht, wobei Beispiele gegeben sind, die die Lehren der Erfindung erläutert, jedoch nicht als Begrenzungen aufzufassen sind.

Es wurde; gefunden, daß geschmolzenes Aluminium schnell, sicher und wirtschaftlich, günstig dadurch entgast werden kann, daß das geschmolzene Metall in feinverteilter Form über eine inaktive Atmosphäre geleitet wird, die dampfförmiges Aluminiumchlorid als den wesentlichen aktiven Bestandteil der Atmosphäre enthält. Mit der gleichen Behandlung kann auch die Natriumverunreinigung der Schmelze vermindert werden. Zur Erzielung dieser schnellen Entgasung und Reinigung der Schmelze ist es notwendig, dem Volumen gegenüber eine sehr große Oberfläche zu schaffen, um die größte Fläche des Metalls dem Aluminiumchloriddampf auszusetzen. Unter dem Ausdruck inaktive Atmosphäre ist eine Atmosphäre zu verstehen, die bei ihrer Berührung mit dem geschmolzenen Metall den Gasgehalt des geschmolzenen Metalls nicht erhöht. Eine derartige Atmo-Sphäre kann Stickstoff, Helium oder ähnliche Gase oder Trockenluft oder selbst Luft mit einem kleinen Feuchtigkeitsgehalt enthalten, darf aber auf keinen Fall Wasserstoff oder Wasserstoff ergebende Verbindungen in. so großen Mengen aufweisen, daß der Wasserstoff in die Schmelze eingeführt und dadurch der Gasgehalt der Schmelze erhöht wird.

Wie erwähnt, vermindert die Behandlung nicht nur den Gasgehalt des geschmolzenen Metalls, sondern entfernt auch feste Verunreinigungen. Beispielsweise wird die Natrium- und Kalziumverunreinigung einer Schmelze dadurch gesenkt, daß die Schmelze der Einwirkung einer Aluminiumchloridatmosphäre ausgesetzt wird. Außerdem werden suspendierte und in dem geschmolzenen Metall dispergierte Oxydteilchen frei gemacht. Diese nicht flüchtigen Verunreinigungen sammeln sich auf der Oberfläche der Schmelze in der Entgasungsvorrichtung.

Das Entgasen und Reinigen kann dadurch ausgeführt werden, daß das geschmolzene Metall in Tröpfchen oder sehr dünne Ströme unterteilt wird, die eine mit einer Aluminiumchlorid enthaltenden Atmosphäre gefüllte Kammer durchströmen. Um die gewünschte schnelle Wirkung zu erzielen, ist es

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ratsam, einen Strom aus Aluminiumchloriddampf durch den Behandlungsraum hindurchzuleiten. Die dauernde Bewegung von Aluminiumchlorid in der Kammer schwemmt das aus dem geschmolzenen Metall frei gewordene Gas ab und führt dieses Gas aus der Behandlungskammer weg, so daß gleichzeitig eine Wiederaufnahme dieses Gases verhütet wird. Schließlich wird das erfindungsgemäß gereinigte und entgaste Metall sofort aus der Behandlungskammer abgeleitet und zu Formen oder anderen Behältern geleitet, ehe eine Neuaufnahme von Gas stattfinden kann.

Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist einfach und gedrängt im Aufbau und enthält keine beweglichen Teile. Die Vorrichtung ist daher, leicht im betriebsbereiten Zustand zu halten. Abgenutzte Teile sind leicht zu ersetzen; Die Vorrichtung kann in. Form einer kleinen Einheit ausgeführt werden, die eine einzige Metallbeschickung, beispielsweise aus einer Haltepfanne, aufnimmt oder die in die Metallförderleitung ζ wischen "einem Schmelzofen und einer Gußblockgießvorrichtung eingeschaltet werden kann. Durch Anbau eines Kondensators an der Einheit können praktisch die gesamten AluminiumcHoriddämpfe kondensiert werden, so¹ daß keine Verunreinigungen der angrenzenden Außenluft erfolgt. Die gesamte Vorrichtung arbeitet bei Außenluftdruck, so daß eine teure Pumpanlage zum Leerpumpen der Behandlungskammer vermieden wird. Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist

Fig. ι ein Schnitt einer einfachen Entgasungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. i,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer abgeänderten Ausführung und

Fig. 4 eine Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 3. Das mit schwer schmelzendem Material 12 ausgekleidete Stahlgehäuse 10 (Fig. 1) bildet die Bodenwand und die Seitenwände der Kammer 14, in der die Entgasungs- und Reinigungsbehandlung ausgeführt wird. Die Oberseite der Kammer wird von einer gelochten Platte 22 geschlossen, die den Boden des Verteilbehälters 20 bildet, der auf dem Bodenflansch 28 getragen wird. Im Betrieb wird der Verteilbehälter 20 mit geschmolzenem Metall gefüllt, so daß keine Luft zur Beharidlungskammer treten kann. Der Verteilbehälter 20 ruht auf dem Deckenflansch 16 der lotrechten Wand der Kammer auf. Eine Abdichtung 18, beispielsweise ein Asbestseil, ist zwischen Flansch 16 und Bodenflansch 28 des Verteilbehälters 20 eingeschaltet, um eine gasdichte Verbindung aufrechtzuerhalten.

An die Behandlungskammer 14 schließt sich unmittelbar ein Abflußbecken 40 an, das mit der Kammer 14 über eine Öffnung 38 in Verbindung steht. Das Gehäuse 24 des Beckens 40 ist ebenfalls mit feuerfestem Material 12 ausgekleidet. Von dem Becken 40 erfolgt eine Entleerung über eine in der Außenwand des Beckens angebrachte Abflußrinne 42.

Der die gewünschte Atmosphäre herstellende Aluminiumchloriddampf wird der Kammer von einer Außenquelle über eine Einlaßleitung 30 und eine entsprechende Öffnung 32 in der feuerfesten Auskleidung zugeführt, während der abströmende Aluminiumchloriddampf über eine Öffnung 36 und in Rohrleitung 34 einem Kondensator oder einer anderen zweckdienlichen Vorrichtung zur Aufnahme des Halogeniddampfes zugeleitet wird.

Das zu entgasende geschmolzene Metall wird der Vorrichtung in der Rinne 44 zugeführt. Der bis zum Spiegel 48 gefüllte Verteilbehälter 20 verteilt die geschmolzene Beschickung auf die Behandlungskammer. Die Platte 22 hat Öffnungen 26, die die Schmelze in Form von Tröpfchen 50 unterteilen, die in der Kammer zum Metallsumpf 52 fallen. Wenn der in der Kaminer und in dem Abflußbecken vorhandene Metallspiegel über die Unterfläche der Abflußrinne 42 steigt, erfolgt ein Abfließen des entgasten Metalls.

Die in Fig. 3 dargestellte Abänderung der Ausführung nach Fig: 1 zeigt ein Verfahren, bei dem der Aluminiumchloriddampf in anderer Weise der Behandlungskammer zugeführt wird. Hier wird gasförmiges Chlor unter die Oberfläche des Metallsumpfes 52 mittels eines langen, nach unten gerichteten Rohres 70 zugeführt. Bei dieser Anordnung ist eine gasdichte Verbindung an der Stelle vorgesehen, an der das Rohr 70 die Platte 22 durchsetzt. Es können auch andere Vorrichtungen zum Einleiten des Chlors verwendet werden, beispielsweise ein waagerecht gelochtes Rohr, das sich nahe dem Boden der Entgasungskammer befindet. Bei der Berührung zwischen Chlor und Aluminium wird Aluminiumchloriddampf gebildet, der gemeinsam mit allem nicht umgesetzten Chlor in dem Metall in Form von Bläschen 72 steigt. Der Aluminiumchloriddampf verläßt die Kammer über die Öffnung 60 und das Rohr 62 und wird in einen mit Wasserschlangen 68 gefüllten Kondensator 64 geführt. Das nicht kondensierte Aluminiumchlorid und die zugehörenden Gase können aus dem Entlüfter 66 abgeleitet werden. Die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Anlagen arbeiten im wesentlichen bei Außenluftdruck. Es ist nur ein genügender Druck erfoderlich, um das Aluminiumchlorid durch die Entgasungskammer hindurchzutreiben.

Vor dem Arbeitsbeginn der Entgasungsvorrichtung soll die Vorrichtung vorerwärmt werden, so daß sie vollkommen trocken ist und eine so: hohe Temperatur aufweist, daß das eingeführte geschmolzene Metall nicht erstarrt. Sobald der Zustrom des geschmolzenen Metalls zur Vorrichtung begonnen hat, ist eine weitere Erwärmung nicht mehr notwendig, da die aus dem geschmolzenen Metall stammende Wärme die Vorrichtung auf der gewünschten Temperatur hält. Vor Einführen der, Aluminiumchloridatmosphäre oder des gasförmi-Chloirs soll die Kammer mit geschmolzenem Metall' ungefähr bis zum Spiegel 56 gefüllt werden, um die Kammer von dem Abflußbecken 40 abzudichten und auf diese Weise das Zuströmen von Außenluft oder anderen Gasen zur Kammer während des Entgasens

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und Reinigens zu verhüten. Wenn das geschmolzene Metall diese Abdichtung bewirkt hat, wird das Aluminiumchlorid oder das gasförmige Chlor eingeleitet und der Metallspiegel bis zur Ebene 58 kurz oberhalb dies Bodens der Abflußrinne 42 des Beckens 40 erhöht. Um einen gleichförmigen Metallfluß in der Vorrichtung aufrechtzuerhalten, muß der Metallspiegel in dem Verteilbehälter 20 auf einer im wesentlichen gleichbleibenden Höhe gehalten werden. Der Zufluß läßt sich natürlich durch Ändern der Höhe des Metallsumpfes im Verteilbehälter 20 ändern. Es ist auch manchmal erwünscht, einen Abschnitt der öffnungen, abzusperren, wenn eine wesentliche Verminderung des .Metallflusses erreicht wird.

Zum erfolgreichen Ausführen des Verfahrens und zur einwandfreien Herstellung der Vorrichtung sind verschiedene Faktoren von Wichtigkeit. Die Entgasungs- und Reinigungsbehandlung muß in einem geschlossenen Raum ausgeführt werden, der keine Verbindung mit der in dem Schmelzraum befindlichen Luft hat. Die in dem geschlossenen Raum befindliche Atmosphäre muß als den wesentlichsten Bestandteil Aluminiumchlorid enthalten,, denn dieser Bestandteil scheint die erforderlichen Verhältnisse zu schaffen, bei denen das Gas aus dem unterteilten geschmolzenen Metall ausgetrieben wird und sich mit den in dem geschmolzenen Metall befindlichen Verunreinigungen umsetzt. Gewünschten fall s kann das Aluminiumchlorid mit anderen Gasen verdünnt werden, beispielsweise mit Trockenluft, Stickstoff oder Helium, jedoch soll in keinem Falle das Aluminiumchlorid in einer kleineren Menge vorhanden sein, als zum einwandfreien Ausführen der Entgasung und Reinigung notwendig ist.

Wenn das Aluminiurnehlorid aus einer Umsetzung zwischen Chlor und Aluminium erzeugt wird, wird kein Ausströmen von Chlor aus der Behandlungskammer beobachtet. Es ist möglich, daß etwas Chlor aus. dem Metall sump ft austritt, jedoch scheint sich hier das Chlor¹ wahrscheinlich mit den Metalltröpfchen umzusetzen.

Wird Chlor verwendet, dann ist nur eine verhältnismäßig kleine Menge erforderlich, um die Menge an Aluminiumchlorid zu erzeugen, die für den Entgasungs- und Reinigungsvorgang wesentlich ist. Infolgedessen ist die Menge des zum Herstellen des Chlorids verbrauchten Metalls so kleiin, daß sie vernachlässigt werden kann. Auch die Menge des zum Entgasen verbrauchten Chlors ist klein, im Vergleich zu den bekannten Verfahren, bei denen Chlor in einer geschmolzenen Beschickung in einem Ofen oder in einer Pfanne hindurchgeperlt wird. Es ist weiter möglich, das Chlor mit einem Gas, z. B. Trockenluft, Stickstoff oder Helium, zu verdünnen; aber offensichtlich muß genug Chlor zugeführt werden, um eine genügende Menge an Aluminiumchlorid zu erzeugen.

Ein anderer bei der erfolgreichen Entgasungsund Reinigungsbehandlung zu beachtender Faktor ist darin zu sehen, daß ein Strom aus Aluminiumchilorid in der Behandlungskammer aufrechterhalten wird. Fehlt ein derartiger Chloridstrom, dann kommt die Entgasung nach kurzer Zeit zu einem Stillstand, da die Fähigkeit der Chloriddämpfe, das Gas abzuleiten, sehr schnell verlorengeht. Eine ruhende Atmosphäre ist auch nicht der richtige Betriebszustand für die stetige' Behandlung einer großen Metallmenge. Obwohl die Größe des Aluminiumchloridstromes nicht besonders .von Bedeutung ist, wird vorzugsweise für die meisten Entgasungsbehandlungen ein Strom von 0,45 bis 9 kg je Stunde bei einer Beschickung von 900 bis 13500 kg Aluminium aufrechterhalten. In jedem Falle wird es notwendig sein, kleine Änderungen vorzunehmen, um die kleinste Menge an Chlor ohne Verlust der Vorteile der Erfindung zu verwenden.

Das Aluminiumchlorid braucht nicht von einer äußeren Quelle zugeführt zu werden, sondern festes Halogenid kann in den geschlossenen Raum entweder in Berührung mit dem geschmolzenen Metall gebracht oder nahe dem geschmolzenen Metall aufgestellt werden. In beiden Fällen dient die Wärme des geschmolzenen Metalls zum Verdampfen des Halogenides. Um einen ununterbrochenen Aluminiumchloridstroni in dem Raum zu erzielen, muß das feste Chlorid entweder ununterbrochen oder absatzweise zugeführt werden. Dadurch können einige Betriebsschwierigkeiten entstehen, die aber nicht vorhanden sind, wenn ein Gas oder ein Dampf in die Kammer eingeleitet wird.

Das Aluminiumchlorid kann auch noch auf andere Weise, als vorstehend erwähnt, erzeugt werden. Beispielsweise können zersetzbare Metallhalogenide in die Behandlungskammer in fester Form oder Dampf form eingeführt werden, wobei die Halogenide sich mit dem geschmolzenen Aluminium umsetzen. Als Halogenide können beispielsweise Zinkchlorid, Borchlorid oder Titaniumchlorid verwendet werden. Außerdem können organische Chloride verwendet werden.

Ein dritter Faktor bei der erfolgreichen Entgasung und Reinigung von Aluminium besteht darin, das geschmolzene Metall in genügend kleine Tröpfchen oder Ströme zu unterteilen, die ein fast sofortiges Abströmen oder Austreiben von allen aufgelösten und aufgenommenen Gasen, und eine sofortige Umsetzung mit allen Natrium- oder KaI-ziumverunreinigungen ermöglichen. Eine sehr wirksame Vorrichtung zur Erzielung dieses Ergebnisses besteht darin, daß das Metall eine gelochte Platte, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, durchströmt. Anstatt der Unterteilung in Tröpfchen kann das flüssige Metall auch in sehr dünne Ströme unterteilt werden, was von der Größe der Öffnun- · gen und von der Größe des Druckes abhängt, der auf das in Berührung mit der Platte liegende Metall ausgeübt wird. Es muß dabei vermieden werden, daß die Öffnungen in der Platte so· klein sind, daß sie von dem Metall leicht verstopft werden. Erwünscht ist auch, die Öffnungen so weit voneinander auf Abstand zu stellen, daß einzelne Tropfenlinien oder Ströme von Metall beibehalten, werden. Der einfachste Weg, das unterteilte Metall in der Kammer nach unten zu führen, besteht darin, daß

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die Tröpfchen oder die Ströme unter dem Einfluß ihres Gewichtes in der Kammer fallen. Es ist jedoch auch möglich; das Metall in die Kammer in ■Form eines Sprühstrahles einzuspritzen und hierdurch das gleiche: Ergebnis zu erzielen. Infolge der Einfachheit des unter eigenem Gewicht erfolgenden Flieißens wird dieses Verfahren im Großbetrieib allgemein bevorzugt. . ·

Ein weiterer Faktor ist darin zu sehen, daß ©in ίο genügender Abstand vorgesehen wird, damit das unterteilte Metall die das Aluminiumchlorid enthaltende Atmosphäre "durchfallen kann, Bewegen sich die Metalltröpfchen oder Metallströme mit¹ hoher Geschwindigkeit, dann muß die in der Atmo-Sphäre zurückgelegte Strecke größer als bei geringer Geschwindigkeit sein. Eine Strecke, die so groß ist, daß die Fallgeschwindigkeit erreicht wird, genügt für gewöhnlich. Wenn auch in der Theorie eine größere Strecke und ein längeres Ausgesetztsein des Metalls im Aluminiumchlorid beim Entgasen des. Metalls wirksamer ist, hat sich dies bei der praktischem Ausführung nicht als notwendig erwiesen. Wenn das Metall von einer gelochten Platte auf einer Strecke von 12,7 bis 20,3 cm von der Platte bis zur Oberfläche des Metallsumpfes fällt, ist dies völlig ausreichend. Es ist natürlich nicht schädlich, eine größere Fallhöhe in dieser Ausführung der Entgasungsvorrichtung oder in ähnlichen Ausführungen zu verwenden. Hinsichtlieh der Entgasungswirkung ist dies jedoch nicht . notwendig. Bei Vorrichtungen mit einer Fallhöhe von 12 bis 20 cm ist es möglich gewesen, 13600 kg Metall je Stünde wirksam zu behandeln. Eine höhere Strömungsgeschwindigkeit kann verwendet werden, wenn genügend 'unverbrauchtes Aluminiumchlorid vorhanden ist.

Die Größe der Metalltröpfchen oder Metallströme ist ebenfalls wichtig. Zur schnellen, und \virksamen Behandlung muß eine große Oberfläche je Volumeneinheit des Metalls vorhanden sein. Ganz allgemein müssen in einer Fallanlage, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, die in der gelochten Platte vorhandenen Öffnungen so groß sein, daß ein freier Durchfluß des Metalls ohne Verstopfen der Öffnungen erfolgt. Die Öffnungen dürfen jedoch nicht so> groß sein, daß das Metall nicht genügend der Atmosphäre ausgesetzt wird. Öffnungen mit einem Durchmesser von 2,79 und 4,06 mm ergeben eine angemessene Unterteilung des Metalls. Die Zahl der Öffnungen muß ebenfalls bei der Behandlung eines vorbestimmten Metallvolumens in einer bestimmten Zeitdauer berücksichtigt sein. Es wurde; gefunden, daß beispielsweise eine Platte von 260 mm Durchmesser mit 100 Öffnungen von 4,06 mm Durchmesser bequem 3000 kg Metall je Stunde durchfließen läßt.

Die Temperatur des zu behandelnden Metalls ist nicht von Bedeutung, abgesehen davon, daß sie natürlich so hoch sein muß, um ein Erstarren in der Entgasungsvorrichtung zu verhüten, Die Meitalltemperatur kann so hoch sein, wie sie für gewöhnlich beim Schmelzen und Gießen verwendet wird, und kann beispielsweise zwischen 676 und 760⁰ C liegen. Die Temperatur kann aber auch höher sein. ■

Das hier beschriebene Verfahren· und. die Vorrichtung arbeiten einwandfrei beim Entgasen und Reinigen von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Weder das Aluminiumchlorid noch das Chlor haben irgendeine merkbare Wirkung auf die meisten der üblichen Legierungselemen.te in den. Legierungen. Wenn eine Umsetzung erfolgt, so ist der Mengenverlüst so· klein, daß er unbedeutend ist. Ist Magnesium vorhanden, so· erfolgt eine Umsetzung mit . dem Aluminiumchlorid und dem Chlor zu Chlormagnesium. Trotz der Umsetzung ist der Metallfluß in der Vorrichtung so· schnell, daß nur ein sehr kleiner Teil beeinträchtigt wird, und dieser Teil ist sehr begrenzt infolge der kleinen Mengen, die dieses Element in der Legierung hat, so daß zum Ausgleich des Verlustes keine weiteren· Zusätze benötigt werden.

Das Vorhandensein von Magnesiumchlorid in der Behandlungskammer hat sich bei dem Entgasungsvorgang· als merklich günstig herausgestellt, selbst wenn es zuerst als unerwünschtes Nebenerzeugnis angesehen werden sollte. Es scheint die Wirkung des Aluminiumchlorids zu ergänzen, wenn die Metalltröpfchen und dünnen Metallströme in diesem Chlorid ihren Weg zu dem im Boden der Behaiidlu.ngska.mmer befindlichen Metallsumpf " nehmen. Das flüssige; Magnesiumchlorid schwimmt natürlich auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls,, weil es eine sehr geringe Dichte hat. Aus demselben Grunde wird es auch nicht mit dem. aus der Kammer abgeleiteten Metall mitgenommen, Wenn bei ununterbrochenem Arbeiten der Vorrichtung die Magnesiumchloridschicht zu stark geworden ist, muß das Arbeiten unterbrochen und das Magnesiumchlorid entfernt werden,

Die Behandlung von, geschmolzenem Aluminium mit einer Aluminiumchlonidatmosphäre dient, wie erwähnt, nicht nur zum Entgasen des Metalls, son- : dem verhindert auch alle Natrium- oder Kalziumverunreinigungen des geschmolzenen Metalls. Für die Zwecke der Erfindung werde» diese Elemente als eine Gruppe von metallischen Verunreinigungen angesehen, die mittels der Behandlung entfernt werden. Diese Verunreinigungen sind in bestimmten Aluminiumlegierungen, insbesondere in den Aluminium-Magnesium-Legierungen, schädlich, so daß ihr Entfernen sehr erwünscht ist. Es wurde gefunden, daß beispielsweise ein Natriumgehalt von 0,002 auf 0,001 °/o in einer Aluminiumlegierung vermindert werden kann, die 2,5'% Magnesium und 0,250/0 Chrom enthält.. _:

Es ist auch möglich, in Verbindung mit der AIuminiumchlocidatmosphäre zersetzbare Halogenide von Elementen zu verwenden, die mit dem Aluminium legiert werden, sollen. Die Halogenide werden vorzugsweise verdampft Und dem Aluminiuimch.loridda.mpf oder dem Chlor zugemischt. Es wurde gefunden, daß eine kleine Bor- oder Titanium.menge in einfacher Weise zu einem_; Aluminiummetall zugefügt werden kann, wenn ein Gemisch aus Chlor und dampfförmigem Borchlorid oder dam.pfförmi-

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gem Titaniumchlorid verwendet wird. Die Einführung dieser Legierungselemente- kurz vor dem Gießen des Metalis scheint eine günstigere Wirkung auf das Verfeinern der Korngröße der entstehenden Gußstücke zu haben als beim Zusatz dieses Elemetes in einem früheren Zustand des Schmelzens.

Das Verfahren und die Vorrichtung können in einer einstufigen. Behandlung oder in einer mehrstufigen Behandlung verwendet werden, urn Gas, Natrium und/oder Kalzium aus geschmolzenem Aluminium zu entfernen. Die einstufige Behandlung, die vorstehend erwähnt worden ist, wird für gewöhnlich nur beim Entgasen von Aluminiumschmelzen angewendet. Wenn der Gasgehalt jedoch auf einen sehr geringen Wert gebracht werdein· soll oder wenn es besonders schwierig ist, das Gas aus der Legierung herauszuziehen, so werden zwei Vorrichtungen in Hintereinanderanordnung veirwendet. Das gleiche gilt für das Entfernen von Natrium- und Kalziumverunreinigungen. Bei der Hintereinanderanordnung strömt der Abfluß aus der ersten Einheit durch die zweite Einheit. Gewünschtenfalls kann noch eine Entgasungseinheit zugesetzt werden. Eine derartige mehrstufige Anordnung kann auch vorteilhaft dort verwendet werden, wo! eine große Gasmenge von der Schmelze gehalten wird und. wo die Durchgangszeit durch eine einzige Einheit nicht genügt, urn das gesamte Gas zu entfernen.

Ein, anderer Vorteil, der sich aus der oben beschriebenen Behandlung ergibt, ist darin zu sehen,, daß eine Trennung von allen eingefangenen Oxydteilchen erfolgt. Erfahrungsgemäß ergibt sich bei diesem Verfahren ein sauberes Metall bei Verwendung von, viel weniiger Aluminiumchlorid und Chlor als bei den früheren Verfahren.

Beim Aufbau der Vorrichtung wird die Behandlungskammer mit irgendeinem zweckdienlichen schwer schmelzenden Material, beispielsweise Tonerde, Graphit oder Siliziumkarbid, das sich nicht mit geschmolzenem Aluminium oder Aluiminiurnchlorid umsetzt, ausgekleidet. Erwünscht ist, daß das schwer schmelzende Metall nicht nur dem. Angriff des geschmolzenen Metalls widersteht, sondern daß es auch unempfindlich gegen plötzliche Temperaturwechsel ist. Die gelochte Platte kann aus einer starken Asbestpappe, Siliziumkarbid, Graphit oder auch Gußeisen bestehen. Es ist oft notwendig, die Platte nach einer gewiesen Verwendungszeit zu ersetzen, weil die Öffnungen ausgenagt sind, so daß daher eine Platte aus verhältnismäßig billigem Material verwendet werden soll. Hinsichtlich des Aufbaues des Apparates wird das Aluminiumchlorid in die Kammer in einer Öffnung in der senkrechten Wand oder in einem Rohr zugeführt, das die durchlochte Platte oder eine andere Decke der Kammer durchsetzt. Ebenso kann der Aluminiumchloiriddampf in Öffnungen der Wände oder des Deckels der Kammer abgeführt werden. Das Metall kann auch durch eine Abstichöffnung im Boden der Kammer abgeleitet werden,, also nicht in, einem Abflußbecken, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Vorrichtungen zum Zuführen von Metall zum Verteilbehälter 20 und zum Herausziehen des Metalls aus der Vorrichtung sind üblich, und bekannt.

Zur Erläuterung des Wirkungsgrades des Verfahrens und der Vorrichtung werden die nachstehenden Beispiele gegeben:

In einer Gruppe von \^ersuchen, bei denen gleichzeitig vier Gußblöcke aus einer Aluminiumlegierung mit 2,5 °/o Magnesium und 0,25% Chrom in ununterbrochen arbeitenden Gießvorrichtungen gegossen wurden, erfolgte die Zuführung des geschmolzenen Metalls aus einem Schmelzofen mit einer Menge von 10 000 kg je Stunde. Eine Entgasungsvorrichtung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungen wurde in die Übertragungsleitung eingeschaltet, um das gesamte aus dem Ofen kommende Metall zu behandeln. Gasförmiges Chlor wurde in, das geschmolzene Metall mit einer Menge von 9 kg/Std. zur entsprechenden Erzeugung von Aluminium- und Magnesiumchlorid eingeführt. Eine kleine Menge des Magnesiumchlorids wurde nach jedem Gießvorgang aus der Vorrichtung herausgenommen. Proben des Metalls wurden genommen, ehe das Metall in die Entgasungsvorrichtung eingeführt wurde, und nachdem das Metall die Vorrichtung durchlaufen hatte, um an den Proben die Dichte des Metalls zu messen, die auch den Gasgehalt des Metalls angibt. Die Dichtebestimmungen wurden nach, dem Pfeiffer-Vakuum-Verfahren ausgeführt, das in der Veröffentlichung Foseco Foundry Practice, Nr. 102, November 1950, S. 481 und 482, beschrieben ist, und zwar mit einem Druck von 2 bis 3 mm. Die Dichte bei verschiedenen Versuchen oder Güssen der Legierungen! sind in Tabelle I wiedergegeben.

Tabelle I

Dichten einer Legierung aus Aluminium
mit 2,5'% Mg und 0,25% Cr

Versuch Nr.	Dichte (g/ccm	nach	dem Entgasen
	vor dem Entgasen		2,6
I	2,4		2,6
2	2,3		2,6
3	2,3		2,65
4	2,4		2,6
5	2,4		2,65
6	2,4

Dieselbe Legierung, die in Luft erstarrt war und kein Gas zeigte, hatte eine Dichte von 2,6 bis 2,65. Offensichtlich, ist das Gas in dem Metall für alle praktischen Zwecke völlig entfernt, so daß daraus die Leistungsfähigkeit des Vergasungsverfahrens erkannt werden kann.

Bei einem zweiten Versuch zum Gießen von Gußblöcken der gleichen Art wurde eine Legierung verwendet, die aus Aluminium mit 5)6'% Zink, 2,50/0 Magnesium, 1,3% Kupfer und o,3^fl/o Chrom be-

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stand. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt, wo-. bei die: Legierung mit einer Menge von 12000 kg je Stunde mit 4,5 kg Chlor je Stunde behandelt wurden. Es wurden sowohl Aluminium- und Magnesiumchloride erzeugt, wobei das Gas weitgehend entfernt wurde. Die Dichtenwerte sind in Tabelle II aufgeführt, die mit dem gleichen Versuchsverfahren erhalten, wurde, wobei der Druck jedoch nicht 2 bis 3 mm, sondern 50 mm betrug.

Tabelle II

Dichte von Aluminium mit 5,6% Cn, 2,5% Mg, 1,3 «/0 Cu, o,3%Cr

Versuch Nr.

Dichte (g/ccm) vor dem Entgasen nach dem Entgasen

2.4

2,75

Die normale Dichte der gasfreien Legierung beträgt 2,7 bis 2,75. Offensichtlich ist die Entgasungsbehandlung zum Entfernen des Gases aus dem Metall sehr wirksam.

Ein dritter Versuch wurde mit einer Legierung ausgeführt, die aus Aluminium mit 0,7% Magnesium und 0,4% Silizium bestand. Die Legierung wurde in schwenkbare Formen gegossen, um Ziehblöcke von 20 mm Durchmesser und 680 mm Länge zu bilden. Das Metall wurde mit einer Menge von 1800 kg je Stunde mit 2,25 kg Chlor je Stunde behandelt. Es wurden wieder Aluminium- und Magnesiumchloride erzeugt. Die folgenden Dichtenwerte wurden unter den vorstehenden Verhältnissen bei einem Druck von 2 bis 3 mm erhalten.

Tabelle III

Dichte einer Legierung aus Aluminium mit 0,7% Mg und 0,4% Si

Versuch Nr.

Dichte (g/ccm) vor dem Entgasen I nach dem Entgasen

1,8
■2,3

2,65 2,65

Diese gasfreie Legierung hatte eine Dichte von 2,6 bis 2,65. Offensichtlich ist das der Entgasungsbehandlung unterworfene Metall frei von Gas.

Es wurde bereits auf den weiteren Vorteil hingewiesen, der dadurch erhalten wird, daß bei der Entgasungsbehandlung ein Entfernen von Natriumverunreinigungen aus dem geschmolzenen Metall erhalten wird, Die nachstehenden Versuchsergebnisse zeigen die Wirkung dieser Behandlung auf den Natriumgehalt von handelsüblichem reinem Aluminium und einer Legierung mit 2% Magnesium. In diesen Versuchen wurden 2700 kg Metall je Stunde in der Entgasungsvorrichtung behandelt, und 2,25 kg Chlor je Stunde wurden in das geschmolzene Metall zur Herstellung von Aluminiumchlorid eingeführt. Folgende in Tabelle IV dargestellte Ergebnisse wurden erzielt.

Tabelle IV
Natriumgehalt von Metall

Behandeltes Metall

Handelsübliches

Aluminium

Aluminium mit 2 % Mg...

% Natrium

vor dem Entgasen

. 0,005 0,004

nach dem Entgasen

0,002 0,002

Versuch Nr.

, Bor

Obwohl der Natriumgehalt nicht völlig bei dem Entgasungsverfahren entfernt wurde, war die Menge beträchtlich vermindert. Eine derartige Verbindung ist in den Fällen wichtig, in denen ein Höchstnatriuimgehailt für eine bestimmte Legierung vorgeschrieben ist. Es ist auf diese Weise möglich, ein gasfreiies Metall und ein Metall mit niedrigem Natriumgehalt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erhalten.

Die Wirkung des Einfahrens von Bortrichlorid zusammen mit gasförmigem Chlor ergibt sich aus den folgenden beiden Beispielen, bei denen handelsüblicheis reines Aluminium behandelt wurde, Im ersten Falle wurde ein Gemisch von 3,5 kg Chlor und 0,85 kg Bortrichlorid je Stunde verwendet, während in dem zweiten Falle 3,5 kg Chlor und 0,94 kg Bortrichlorid je Stunde verwendet wurde. Das Metall wurde durch eine Vorrichtung hindurch mit einer Menge von 1600 kg/Std. geleitet. Der Borgehalt des fertigen Metalls ist in Tabelle V aufgeführt.

. Tabelle V
Zusatz von Bor zu Aluminium

vor dem Entgasen

0,002 0,004

nach dem Entgasen

Offensichtlich ist das mit dem Gemisch aus Bor und Bartrichlorid behandelte Metall vollkommen entgast. Außerdem setzte sich das Bortrichlorid mit dem Aluminium um, so daß eine kleine Bormenge verblieb. Eine derartige Menge ist wichtig, wenn eineKornverfeinerung des Gußstückes erwünscht ist.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zum Entgasen und Reinigen geschmoilzenen Aluminiums, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumchloriddampf enthaltende Atmosphäre einen geschlossenen Raum durchströmt, um eine dauernd sich ändernde Atmosphäre in diesem Raum zu erzeugen, und daß geschmolzenes Metall in feinverteilter Form

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in diesen geschlossenen Raum in Berührung mit der Aluminiumchloirid enthaltenden Atmosphäre gebracht wird, wodurch der Gasgehalt des Metalls vermindert und das Metall gereinigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiunichlorid enthaltende Atmosphäre im wesentlichen völlig aus Aluminiumchloriddanipf besteht.
3.. Verfahren nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das unterteilte geschmolzene Metall an der Oberseite des geschlossenen Raumes eingeführt wird und in der Alunuiniumchlorid enthaltenden Atmosphäre nach unten fällt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Metall in einem in diesem geschlossenen Raum befindlichen Sumpf gesammelt wird und daß ein Chlor enthaltendes Gas. unter die Oberfläche dieses Metallsumpfes geleitet wird, um AIuminiumcbloriddampf zu erzeugen, wobei die Einführungsmenge dieses Chlor enthaltenden Gases nur so groß ist, daß ein zusätzlicher Aluminiumchlo-riddampf erzeugt wird, um das Aluminiumchlorid zu ersetzen, das aus. diesem umgrenzten Raum abgezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlor enthaltende Gas aus gasförmigem Chlor besteht.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium aus einer Aluminiumlegierung. besteht, die Magnesium enthält, wobei sich das Magnesium mit dem Aluminiumchlorid und jedem Chlor enthaltenden Gas umsetzt, um Magnesiumchlorid zu bilden,
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennizeichnet, daß in den geschlossenen Raum auch der Dampf eines zersetzbaren Halo'-genides eines Elementes eingeführt wird, das mit dem Metall legiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zersetzbare Halogenid ein Halogenid von Bor oder Titanium ist.
9. Vorrichtung zum Entgasen und Reinigen von Aluminium nach dem Verfahren der Ansprüche ι bis 8, gekennzeichnet durch eine geschlossene Kammer, die dampfförmiges Aluminiumchlorid und geschmolzenes Aluminium aufnimmt und hält; durch einen Einlaß für das Einführen des Gases oder des Dampfes in die Kammer; durch einen Auslaß zum Auslassen von gasförmigem oder dampfförmigem Erzeugnis; durch eine Vorrichtung, die das unbehandelte geschmolzene Metall bei seinem Eintritt in die Kammer unterteilt; und durch eine Öffnung in der Kammer, die das geschmolzene Metall aus der Kammer ableitet.
10. Vorrichtung nach Anspruch, 9, dadurch gekennzeichnet, daß die UnterteiJungsvorrichtung aus einem Behälter, der die Oberseite der Kammer abschließt und der das unbehandelte geschmolzene Metall aufnimmt, und ferner aus einer im Unterteil des Behälters befindlichen gelochten Platte besteht, die Tröpfchen oder dünne Ströme aus geschmolzenem Metall erzeugt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß als Rohr eine Wand der Kammer durchsetzt und nahe dem Boden der Kammer endet, wobei das Ende des Rohres während des Arbeitens der Vorrichtung in das geschmolzene Metall eintaucht.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis

11, gekennzeichnet durch einen mit dem Auslaß verbundenen Kondensator.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis

12, gekennzeichnet durch ein Abflußbecken, das sich an dem Bodenteil der Kammer anschließt und mit der Kammer in Verbindung steht, wobei dieses Becken das behandelte geschmolzene Metall aus dieser geschlossenen Kammer aufnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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