NO158105B - Fremgangsmaate og apparat for utgassing og filtrering av smeltet metall. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår utgassing av smeltet metall. Smeltet metall, særlig smeltet aluminium, inneholder vanligvis

i praksis medforte og opploste forurensninger både i gassform og i fast form, og disse forurensninger er skadelige for det stopte sluttprodukt. Disse forurensninger kan påvirke det stopte sluttprodukt etter at det smeltede metall er storknet, således at materialbehandlingen vanskeliggjores eller slutt-produktet blir mindre formbart eller har dårligere polerings- og anodiserings-egenskaper. Forurensningene kan skrive seg fra flere kilder. De kan f.eks. omfatte metalliske forurensninger, slik som alkalimetaller og jordalkalimetaller samt opplost hydrogengass og overflatefilmer av oksyd som er brudt opp og fort med det smeltede metall. Videre kan det forekomme inneslutninger i form av uloselige forurensninger, slik som karbider, borider o.l. eller eroderte tungtsmeltelige materialer fra smelteovn og digel.

En fremgangsmåte for fjerning av forurensninger i gassform fra smeltede metaller er utgassing. Denne fysiske prosess omfatter innsprøytning av en flussgass inn i smeiten. Opplost hydrogen trenger inn i de rensende gassbobler ved diffusjon gjennom smeiten til boblene, hvor det hefter seg til bobleoverflaten og etterhvert absorberes inn i selve boblen.

Hydrogen fores på denne måte ut av smeiten ved hjelp av boblene.

Det er naturligvis i hby grad onskelig å oppnå forbedret utgassing av smeltet metall for å fjerne eller nedsette forurensninger i gassform i det stopte sluttprodukt, særlig i forbindelse med smeltet aluminium og særlig når det resulterende metall f.eks. er beregnet på å anvendes for dekoreringsformål, slik som en pyntegjenstand, eller produkter som det stilles hbye kvalitetskrav til, slik som f.eks. smidde og ekstruderte gjenstander for luftfartøyer og tynne folier. Som ovenfor nevnt vil forurensninger medfare tap av verdifulle materialegenskaper, slik som f.eks. strekkfasthet og korrosjonsbestandighet, i det ferdigstopte produkt.

Omsorgsfullt utforte behandlingsprosesser, slik som f.eks. gass-rensning eller smeltefiltrering, har imidlertid nedsatt forekomsten av sådanne materialfeil. Skjont sådanne behandlinger vanligvis har fort til at forekomsten av sådanne materialfeil senkes til tilfredsstillende nivåer, er de likevel funnet å være lite effektive og/eller uokonomiske. Flussgass-prosesser utfort på vanlig måte, slik som f.eks. alminnelige herd-strøraning av flussgass har omfattet tilforsel av sådan gass til en holde-

ovn som inneholder en viss mengde smeltet metall. Denne prosess går ut på at det smeltede metall holdes i ovnen en bestemt tid, mens flussgassen sirkuleres, således at den metallmengde som behandles holdes konstant og effektiv behandling kan finne sted. En sådan prosess har mange ulemper, blant annet nedsatt effektivitet og bkede omkostninger på grunn av den langvarige stillstand i holdeovnen under flussprosessen, samt fremfor alt flussbehandlingens dårlige effektivitet på grunn av dårlig flussgassdekning av det smeltede metall på grunn av stor boblestorrelse og dårlig boblespredning i smeiten. Ytterligere faktorer omfatter begrensning av behandlingsstedet til holdeovnen, hvilket gjor det mulig for forurensninger på nytt å trenge inn i smeiten for stopningen, samt den hbye gassgjennom-strbmning som er en folge av både den påkrevede hbye flussmengde og flussgassens sirkuleringsområde.

Som et alternativ for denne porsjonsvise flussgassgjennomstrbmning som er angitt ovenfor, har det vært anvendt visse flussprosesser i selve metallets fremfbringsbaner, hvilket vil si at flussprosessen og den tilhbrende apparatur er anbragt utenfor smelte- eller holdeovnen og ofte mellom smelteovnen og holdeovnen, eller eventuelt mellom holdeovnen og stopestedet. En sådan utforelse har bidratt til å overvinne den dårlige effektivitet og de hbye omkostninger som var et resultat av ubenyttet smelteovn under den porsjonsvise fluss-behandling, men har ikke vært vellykket med hensyn til forbedring av selve utgassingsprosessens effektivitet, idet behandlings-enhetenes store omfang og de lite onskelige store påkrevede mengder flussgass pr. enhet smeltet metall, både var kostnads-krevende og skadelige for luftens renhet.

En sådan typisk flussteknikk utfort i produksjonslinjen er omhandlet i US patentskrift nr. 3.737.304. I henhold til dette patentskrift er et leie av "sten" anbragt i et hus som det smeltede metall vil passere gjennom. En flussgass innfores på undersiden av nevnte leie og strommer opp gjennom mellomrommene mellom stenene ved motstromning i forhold til stromningsretningen for det smeltede metall. Anvendelse av et leie av porose "Stener" har imidlertid en iboende ulempe. Det forhold at stenenes porer ligger så tett forer til at de gassbobler som passerer gjennom stenene vil slå seg sammen på stenenes overflater, således at det frembringes et forholdsvis lite antall store bobler i stedet for et stort antall små bobler. Den resulterende virkning av at boblene slår seg sammen er at boblenes samlede overflateareal, som kan tjene til adsorbsjon av hydrogen, i vesentlig grad nedsettes således at utgassingens effektivitet blir lav.

En forbedret fremgangsmåte og tilsvarende apparat for utgassing

og filtrering av smeltet metall i en fremstillingslinje er omhandlet i US patentskrift nr. 4.052.198. Dette skrift viser en forbedret utgassing og filtrering av smeltet metall ved anvendelse av et apparat som benytter seg av et par utskiftbare elementer av filtertyper plassert etter hverandre, samt minst et flussgassinnlop anordnet mellom elementene. Flussgassen innfores i smeiten gjennom sitt innlop og strommer gjennom den forste av nevnte filterplater i motstrbmskontakt med smeiten. Denne filterplate tjener til å splitte opp flussgassen i fint fordelte stromninger for å sikre utstrakt kontakt med metall-

smeiten. De anvendte filterplater er utfort i porbse keramiske skummaterialer som har vist seg effektive ved filtrering av smeltet metall av mange grunner, blant annet deres fremragende filtreringsegenskaper som er en folge av deres jevne og regulerbare porestorrelse, lave omkostninger, såvel som enkel anvendelse og utskiftbarhet. Sådanne keramiske skumfiltre er lette og billige å fremstille samt egner seg godt for anvendelse i en enhet for utgassing og filtrering i en fremstillingslinje.

Skjont det ovenfor angitte US patentskrift nr. 4.052.198 angir vesentlige forbedringer fremfor tidligere kjente flussgass-prosesser innenfor en fremstillingslinje, foreligger det likevel et antall uloste problemer. For å oppnå okonomiske fordeler og oket produktivitet er det onskelig å ha tilgang til utgassings-og filtrerings-systemer som kan behandle smeltet metall kontinuerlig og i en behandlingstakt som er i samsvar med praktisk stopeteknikk. Anvendelse av kjente utgassingsenheter i produksjonslinje, slik som beskrevet i det ovenfor angitte US patentskrift nr. 3.737.304, med det formål å oppnå kontinuerlig utgassing og filtrering, har imidlertid vist seg å være lite effektivt i drift, således at det vil være påkrevet med et stort antall behandlingskamre for å oppnå tilstrekkelig behandling av sådanne smeltede metallmengder som er påkrevet for kontinuerlige stbpeprosesser. Som en folge av behandlingsenhete-nes store omfang, er det påkrevet med ytterligere oppvarming for å hindre stbrkning av det smeltede metall som befinner seg under behandling. Skjont visse forbedringer med hensyn til den metallmengde som kan behandles har blitt oppnådd ved anvendelse av et mindre behandlingssystem, slik som det beskrevede system i US patentskrift nr. 4.052.198, som foreskriver anvendelse av

keramiske filtre og motstrbmmende gass, har likevel et sådant system funnet å ha begrenset effektivitet med hensyn til den metallmengde som kan behandles, hovedsakelig som folge av de store trykkfall som foreligger ved samtidig motstrbmning av henhv. gass og metall gjennom et filterlegeme. Som en folge av dette store trykkfall, utvikles det en hby drivende metallsbyle oppstrbms for filterelementet, således at det er påkrevet med enten en bkning av fbringskanalens stbrrelse oppstrbms for filterelementet eller en nedsatt tilfbrsel av smeltet metall til

behandlingsenheten.

Det er følgelig et hovedformål for foreliggende oppfinnelse å angi en forbedret fremgangsmåte og frembringe et forbedret apparat for utgassing og filtrering av smeltet metall ved anvendelse av filterplater som er slik utført at det oppnås en vesentlig nedsettelse av det trykkfall som oppstår ved samtidig strømning av gass og metall gjennom filterplatene i innbyrdes motsatt strømningsretning.

Det er et ytterligere formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe forbedringer som angitt ovenfor samt er enkle og lette å utnytte i praksis, samt fører til meget effektiv utgassing og filtrering av metall.

Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte for utgassing og filtrering av smeltet metall ved å føre metallet gjennom minst en filterplate samt ved å bringe en flussgass til å strømme gjennom det smeltede metall mot metallsmeltens strømningsret-ning, idet flussgassinnløp plasseres slik at avgitt flussgass fra innløpet passerer gjennom filterplaten.

Fremgangsmåtens særtrekk i henhold til oppfinnelsen er da at flussgassen bringes til å strømme gjennom hull som er boret gjennom filterplaten og danner foretrukkede strømningsbaner for gassen.

Oppfinnelsen gjelder også et apparat for utgassing og filtrering av smeltet metall og som omfatter minst et kammer med innløp og utløp for metallet samt utstyrt med minst en filterplate, mens minst et gassinnløp for flussgass er anordnet på sådan måte i forhold til filterplaten at den avgitte gass fra innløpet passerer gjennom filterplaten, idet apparatets særtrekk i henhold til oppfinnelsen ligger i at filterplaten har gjennomgående utborede hull som utgjør foretrukkede strøm-ningsbaner for flussgassen gjennom filterplaten.

I en foretrukket utførelse er det anvendt flere filtermedia som omfatter en åpen cellestruktur som utgjøres av et stort antall innbyrdes forbundne hulrom samt fortrinnsvis er fremstilt av keramisk skummaterial hvor nevnte hulrom er omgitt av keramisk material. Disse filtermedia kan omfatte plater med avskrånende sideflater utfort for å passe inn i tilsvarende avskrånende åpninger i nevnte kammervegger. Ettergivende tetnings -material som er bestandig overfor det smeltede metall er tettende anordnet på de avskrånede veggflater for nevnte kammer ved montering av filterplatene.

I samsvar med en foretrukket utforelse av apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan de forskjellige filtermedia ha samme porestorrelse og gjennomtrengbarhet eller ha forskjellig porestorrelse og gjennomtrengbarhet, hvorunder det forste medium har en forholdsvis grovere porestruktur, hoyere gjennomtrengbarhet og storre tilgjengelig stromningsflate enn det annet medium. For å oppnå de tilsiktede forbedringer i henhold til foreliggende oppfinnelse er det forste filtermedium utstyrt med en rekke hull som er vesentlig storre enn porestorrelsen for filtermediet i seg selv, for derved å frembringe foretrukket stromningsbane for gassen gjennom det forste filtermedium. Flussgassen innfores på undersiden av det forste filtermedium gjennom en fordelingsplate anbragt i kammeret. Denne fordelingsplate er utstyrt med et stort antall åpninger av en viss storrelse og med en viss fordeling for derved å nedsette diffusjonsavstanden for de foreliggende forurensninger i gassform, samtidig som innbyrdes forening av de flussgassbobler som avgis fra platen hovedsakelig forhindres.

I henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte finner utgassing og filtrering av smeltet metall sted ved å fore smeiten gjennom et kammer hvori det smeltede metall passerer gjennom minst to innbyrdes adskilte filtermedia, idet smeiten bringes i motstroms-kontakt med en flussgass mens den befinner seg inne i og på oversiden av det forste filtermedium, og flussgassen fores gjennom dette forste filtermedium via en foretrukket stromningsbane for derved å begrense uonsket trykkfall over det forste filtermedium, således at det oppnås mer effektiv gassbehandling av det smeltede metall. Flussgassen tilfores fra minst en innlopsåpning anordnet inne i kammeret mellom det forste og annet filtermedium, hvoretter gassen fordeles og stiger opp i kontakt med metallsmelten inne i det forste filtermedium.

Oppfinnelsens fremgangsmåte kan benytte seg av en flussgass i form av en inert gass, som fortrinnsvis omfatter en liten andel aktiv gass, slik som klor eller en halogenmettet karbonforbindelse. Den anvendte gass kan utgjores av hvilken som helst hensiktsmessig gass eller gassblanding, slik som nitrogen, argon, klor, karbonmonoksyd, freon 12 etc, som er kjent for å gi godtagbar utgassing.

I den foretrukkede utfbrelse for utgassing av smeltet aluirinium anvendes fortrinnsvis blandinger av nitrogen og freon 12 eller argon og freon 12. I tillegg kan et overliggende saltlag av alkali- og jordalkaliklorider samt en fluorid være påfort overflaten av metallsmelten som en hjelp under avgassings-prosessen ved å hindre at frigjorte forurensninger i gassform atter tas opp av smeltens overflate. Typiske salt som kan anvendes er smeltede halider, slik som natriumklorid, kalium-klorid, magnesiumklorid eller blandinger av disse forbindelser, idet de anvendte salter bor velges slik at erosjon av utgassings-kammerets varmebestandige foring nedsettes til et minimum. Alternativt kan det anvendes dekkskikt i gassform, f.eks. av argon, nitrogen etc, som et beskyttelsesskikt over det smeltede metall med det formål å nedsette tilbakefbring av utskilte gassforurensninger til smeltens overflate.

Foreliggende apparat og fremgangsmåte medfbrer en betraktelig produksjonsbkning ved utgassing av smeltet metall, idet utgassingen finner sted uten avbrytelse av smelteovnens drift. Apparatets konstruksjon gjor det videre mulig å plassere det nær stbpestedet, således at mulighetene for ytterligere forurensninger å trenge inn i smeiten i vesentlig grad er nedsatt.

Anvendelse av det nevnte forste filtermedium i henhold til foreliggende oppfinnelse i det ovenfor beskrevede apparat gjor det mulig å anordne en foretrukket strbmningsbane for gassen gjennom filtermediet, således at trykkfallet over mediet nedsettes og derved bidrar til at apparatet får storre effektivitet. Anvendelse av en fordelingsplate i henhold til foreliggende oppfinnelse i den ovenfor beskrevede apparatur•nedsetter rense-gassens boblestorrelse og oker samtidig tettheten av gassbobler således at boblenes effektive adsorbsjonsoverflate tiltar for oket utgassing av det smeltede metall.

Den okede utgassingseffektivitet i henhold til foreliggende oppfinnelse gjor det videre mulig å utfore den onskede utgassing med mindre mengde flussmaterial, således at gass-utslippet som folge av flussprosessen i hoy grad nedsettes.

Foreliggende apparat og fremgangsmåte medforer betraktelig oket produktivitet ved utgassing av smeltet metall, idet utgassingen finner sted uten avbrytelse av legerings- og smelteprosesser. Videre tillater apparatets konstruksjon at det plasseres nær stopestedet. Foreliggende oppfinnelse muliggjor utforelse av en utgassings- og filtrerings-prosess som medforer vesentlig nedsettelse av gassutslipp av enhver art i forhold til det som normalt foreligger ved.prosesser av denne art.

Som en folge av at det anvendes lett utskiftbare filtermedier med omsorgsfullt avpassede filteregenskaper, vil det ved hjelp av oppfinnelsens fremgangsmåte og apparat være mulig å oppnå sådanne renhetsgrader for metallsmelter som det hittil bare har vært mulig å oppnå ved de mest omfattende rensetiltak. Også anvendelse av et relativt grovt forste filtermedium for å skille ut storre medforte ikke-metalliske partikler for metallsmelten når frem til det annet finere filter, bidrar i hoy grad til å oke den effektive levetid for det sistnevnte filter. Videre oppnås disse hoye renhetsnivåer ved anvendelse av filtermedia som krever små tilvirkningsomkostninger.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av de vedfoyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser i snitt en apparatutforelse i henhold til foreliggende oppfinnelse sett fra siden og hvori forste og annet filtermedium er anordnet hovedsakelig side ved side. Fig. 2 viser den fordelingsplate som anvendes i apparatet i fig. 1, sett ovenfra. Fig. 3 er en perspektivskisse av det forste filtermedium med en avbrudt del, for å anskueliggjøre foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er en grafisk fremstilling som viser den forbedrede strbmningsmengde pr. tidsenhet som oppnås i samsvar med fremgangsmåten og apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 viser sett fra siden en alternativ apparatutfbrelse i henhold til foreliggende oppfinnelse og hvori nevnte filtermedium er anordnet hovedsakelig horisontalt.

I fig. 1 er det vist et apparat anordnet i et overføringssystem for smeltet metall og som kan omfatte utlbpspanner, utlbpsrenner, overfbringsrenner, metallbehandlingsdigler og lignende. Apparatet og fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes på mange forskjellige steder i over-føringssystemet mellom smeltestedet og stbpestedet i metall-behandlingsanlegget. Fig. 1 viser således et varmebestandig utgassings- og filtrerings-apparat 10 som av en skillevegg 12 er oppdelt i kamre 14 og 16. Det smeltede metall kommer inn i kammeret 14 gjennom innlbpsrennen 18, passerer under skilleveggen 12 inn i kammeret 16 og derfra videre gjennom utlbpet 20 for ytterligere behandling. Apparatet 10 kan eventuelt være utstyrt med en innlbpsskjerm 22 som tjener til avgrensning av et eventuelt foreliggende saltlag 24 på overflaten av metallsmelten i kammeret 14 for å hindre at dette saltlag strommer bakover langs rennen 18.

I samsvar med en foretrukket utfbrelse av foreliggende oppfinnelse er hver av kamrene 14 og 16 utstyrt med minst en omkretskant, henhv. 26 og 28, som hovedsakelig er anordnet ved siden av hverandre og i nivå med bunnen av henhv. innlbps- og utlbpsrennen 18 og 20. Den forste omkretskant 26 og den annen omkretskant 28 er vist i fig. 1 som en nedoverrettet konvergerende skråflate som tillater lett og hensiktsmessig

montering og utskiftning av tilsvarende utformede filtermedia.

. Skjont kantene 26 og 28 er vist med skråflater, er oppfinnelsen ikke begrenset til denne utforelse, da det også kan anvendes holdekanter med andre midler for å holde filtermedia i henhold til foreliggende oppfinnelse på plass, slik som det vil bli angitt i det fdlgende.

Filtermedia 30 og 32 er anordnet henhv. i kammeret 14 og kammeret 16, og kan være utfort med avskrånede sidekanter 34 utfort for å passe sammen med de tilsvarende utformede omkretskanter 26 og 28. De avskrånede sidekanter 34 er utstyrt med ettergivende tetningsmidler 36 som er bestandige overfor smeltet metall, og de respektive filtermedia 30 og 32 sammen med tetningsmidlene 36 er henhv. anbragt i kammeret 14 og 16, på sådan måte at tetningsmidlene 36 i begge tilfeller ligger an mot de respektive skråflater langs kantene 26 og 28.

Bunnen av det varmebestandige utgassings- og filtreringsapparat 10 er i kammeret 14 utstyrt med en stopt keramisk fordelingss-plate 38 som er utstyrt med et stort antall åpninger 40 for innforing av en flussgass fra en ytre kilde, som ikke er vist, således at gassen strommer fra gassinnlopet 32 og samlekammeret 44 inn i det smeltede metall mens dette passerer gjennom kammeret 14.

I den foretrukkede utforelse av foreliggende oppfinnelse har anvendelse av en stopt keramisk fordelingsplate en klar fordel fremfor de vanlige fremgangsmåter og anordninger som anvendes for innforing av flussgass i smeltet metall. For å oppnå storst mulig effektivitet ved utgassingsprosessen i henhold til oppfinnelsen, hvilket vil si at de kinetiske forhold ved

. adsorbsjonsreaksjonen gjores mest mulig virksomme, bor innforing-en av flussgass i smeiten utfores slik at det oppnås minst mulig boblestorrelse og storst mulig bobletetthet, samtidig som innbyrdes sammenstromning av boblene unngås. Middelavstanden mellom åpningene i avstandsplaten bor derfor omsorgsfullt avpasses således at sammenstromning av flussgassbobler forhindres mens den diffusjonsavstand som gassforurensningene må vandre

gjennom smeiten for å nå frem til en boble, nedsettes til et minimum. Maksimal adsorbsjonseffektivitet oppnås ved anvendelse av en fordelingsplate som vist i fig. 2. Anvendelse av innbyrdes adskilte åpninger 40 i fordelingsplaten gjor at boble-opphopning unngås og muliggjor regulering av boblenes storrelse og fordeling. Stbrrelsen av de enkelte åpninger 40 bestemmer boblestorrelsen. For å oppnå storst mulig samlet overflate for den tilsiktede adsorbsjonsreaksjon gjores folgelig åpningene så små som mulig uten at åpningene plugges igjen av metall selv etter flere gangers anvendelse. I samsvar med foreliggende oppfinnelse har det vært anvendt åpningsstbrrelser i området 0,125 til 1.25 mm, fortrinnsvis 0,25 til O75O mm,for utgassing av smeltet aluminium og aluminiumlegeringer. Avstanden A mellom åpningene, som er vist i fig. 2, er kritisk for å oppnå maksimal spredning av boblene samtidig som det holdes tilstrekkelig avstand mellom disse til å hindre at boblene slår seg sammen til storre bobler. Åpningsavstander i området 6,25 til 125 mm, fortrinnsvis 18,75 til 50 mm, er funnet å være optimale verdier ved utgassing av smeltet aluminium og aluminiumlegeringer.

De flussgasser som kan anvendes i forbindelse med foreliggende apparat og fremgangsmåte omfatter mange forskjellige velkjente gasskomponenter, innbefattet klorgass og andre halogenholdige gasser, karbonmonooksyd såvel som visse inerte gassblandinger på basis av og omfattende nitrogen, argon, helium og lignende. En foretrukket gassblanding for anvendelse i samsvar med foreliggende oppfinnelse ved utgassing av smeltet aluminium og aluminiumlegeringer omfatter en blanding av nitrogen eller argon med diklordifluormetan fra omkring 2 til omkring 20 volum%, fortrinnsvis 5 til 15 volum%. Sammen med denne gassblanding kan det anvendes en smeltet saltblanding 24 på overflaten av den smelte som befinner seg inne i kammeret 14, idet denne saltblanding kan omfatte halider slik som natriumklorid, kaliumklorLd, magnesiumklorid og blandinger av disse forbindelser. Det bor bemerkes at den smeltede saltblanding kan velges slik at det oppnås nedsatt erosjon av flusskammerets varmebestandige foring. Videre kan en beskyttende gassatmosfære av argon, nitrogen eller lignende anbringes over det smeltede metall for derved å nedsette muligheten for fornyet adsorbsjon av de frigjorte gassforurensninger på smelteoverflaten, på lignende måte som ved det smeltede salt. De ovenfor angitte materialsammensetninger er angitt for anskuelighetens skyld og utgjor ingen material-begrensning i forbindelse med foreliggende oppfinnelse.

En foretrukket utforelse av foreliggende oppfinnelse omfatter filtermedia med jevn, fin toleranse ved vesentlig reduserte omkostninger. Filtermediet omfatter folgelig en filterplate av den art som er vist i fig. 3. Denne filterplate 46 har en åpen cellestruktur som er kjennetegnet ved et stort antall innbyrdes forbundne hulrom, slik at det smeltede metall kan passere gjennom disse og herunder smeltens innhold av medforte faste partikler fjernes eller reduseres fra det stopte sluttprodukt, eller utveksling av gassforurensninger lettes mellom smeiten og en flussgass. Et sådant filter kan f.eks. omfatte en fast filterplate utfort i sintret keramikkaggregat eller en poros karbonplate. I den foretrukkede utforelse anvendes et filter av keramisk skummaterial av den art som er beskrevet i US patentskrift nr. 3.962.081. I samsvar med dette US patentskrift kan . det fremstilles filtere av keramisk skumstoff med en åpen cellestruktur med det særtrekk at et stort antall innbyrdes sammen-koblede hulrom er omgitt av et nettverk av nevnte keramiske material. Filteret av keramisk skummaterial som er beskrevet i det ovenfor nevnte US patentskrift er særlig egnet for anvendelse i henhold til foreliggende oppfinnelse, da det er prisbillig og lett kan anvendes som gjennomlopsfilter. Dette filter er videre effektivt ved filtrering av smeltet metall, særlig aluminium, idet det ved lave omkostninger oppnås god filtreringsevne under vesentlige forskjellige ytre omstendig-heter. I samsvar med den foretrukkede utforelse kan et forste filtermedium 30 være fremstilt med forholdsvis grov porestorrelse med 2 til 8 porer pr. cm, og som har en luftgjennom--7 2

trengelighet fra 2.500 til 8.000 x 10 cm , mens det annet filtermedium kan omfatte et forholdsvis finporet filter med et poreantall fra 8 til 18 porer pr. cm og en luftgjennomtrengelighet

-7 2

fra 400 til 2.900 x 10 cm . Stromningstakten av det flytende metall gjennom filteret kan ha en verdi fra 12,5 til 125 cm 3pr.

cm 2 filterflate pr. min. Som på.pekt tidligere, kan naturligvis både gjennomtrengbarhet og porestorrelse for de respektive filtermedia varieres i samsvar med det spesielle material som filtreres, og foreliggende oppfinnelse er således på ingen måte begrenset til de verdiområder som bare er angitt som eksempler ovenfor.

Det filter av keramisk skummaterial som fortrinnsvis' anvendes ved utforelse av foreliggende oppfinnelse er fremstilt av et boyelig skummaterial med åpen cellestruktur som utgjores av et stort antall innbyrdes forbundne hulrom omgitt av et nettverk av nevnte fleksible skummaterial, slik som f.eks. polyuretan-

skum eller cellulosematerialer i skumform. Filteret av keramisk skummaterial kan fremstilles i samsvar med den generelle prosess som er angitt i US patentskrift nr. 3.893.917, idet en vandig keramisk oppslemming fremstilles og vedkommende skummaterial impregneres med dette således at skummaterialets indre nettverk belegges med den keramiske oppslemming og hulrommene hovedsakelig fylles med dette material. Det impregnerte material sammenpresses deretter slik at en del av oppslemmingen drives ut av skummaterialet og den gjenværende del fordeles jevnt over det indre av skummaterialet. Det således belagte skummaterial torkes så og oppvarmes for forst å brenne ut det fleksible organiske skummaterial og derpå å sintre det keramiske belegg, således at det oppnås et innbrent keramisk skummaterial med et stort antall innbyrdes forbundne hulrom omgitt av et nettverk av sintret keramikk i samme materialform som det opprinnelige fleksible skummaterial; Mange forskjellige keramiske materialer kan naturligvis velges avhengig av det spesielle metall som skal filtreres. Fortrinnsvis anvendes en blanding av aluminiumoksyd og kromoksyd, men disse materialer kan naturligvis også anvendes hver for seg eller i kombinasjon med andre keramiske materialer. Andre typiske keramiske materialer som kan anvendes, omfatter zirkoniumoksyd, magnesium-oksyd, titandioksyd, silisiumoksyd og blandinger av disse materialer. Vanligvis inneholder det oppslemmede keramikk-material fra 10 til 40% vann, samt en eller flere reologiske tilsatser, bindemidler eller luftherdemidler.

Som vist i fig. 3 , kan filterplaten 46 i henhold til den foretrukkede utforelse ha en avskrånet omkretsflate 48 utfort for å passe sammen med tilsvarende avskrånede kanter i filter-kammerets vegg, slik som vist i fig. 1 og 4. Utfdrelses-varianter kan naturligvis anvendes innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse, og et stort variasjonsområde av anvendbare geometriske former kan således tenkes innenfor konstruksjonsrammen av det foreliggende apparat, som er vist i fig. 2, men ikke er ment som noen begrensning av oppfinnelsens rammeområde.

I det tilfelle filterplaten i henhold til foreliggende oppfinnelse er utfort for å kastes etter en gangs anvendelse, er det viktig å frembringe effektive midler for tettende montering av filterplaten i sin holder på en måte som tillater lett montering, demontering og opprensning. Holderen eller filterkammeret i seg selv utgjor normalt en integrerende del av en renne, utlopspanne eller digel etc, og bor være utfort i tungtsmeltelige materialer som er bestandig overfor det smeltede metall og av samme art som anvendt i vanlige rennekonstruksjoner av foreliggende art. Det er i hoy grad å foretrekke at filteret monteres tettende i arbeidsstilling ved anvendelse av ettergivende tetningsmidler eller pakninger som vist og omtalt tidligere, og som omgir filterplatens omkrets langs dens avbkrånede flater. Tetninger av pakningstype sikrer lekkasjefri montering og sorger også for at filtermediet lett kan tas ut, hvilket er av vesentlig betydning for enkel demontering. I tillegg, hindrer disse tetningsmidler eller pakninger tilgang av metall til holderenhetens tetningsflater, vil bruk av sådanne midler i vesentlig grad lette opprensing av holderenheten og effektivt forlenge dens levetid ved at metallangrep forhindres. På grunn av dens ettergivenhet kan pakningen også gi tilstrekkelig friksjonskraft for å holde filterlegemet på plass i holderen eller filterkammeret uten at det er nbdvendig å anvende andre typer av fastholdingsmidler. De ettergivende tetningsmidler bor ikke kunne vætes av det foreliggende smeltede metall, kunne motstå kjemiske angrep fra dette og være tilstrekkelig varmebestandig til å motstå dé hoye drifts-

temperaturer.

Filterenheter av plateform i henhold til foreliggende oppfinnelse kan avtettes ved hjelp av pakninger rundt sine sidekanter og/eller langs omkretsen av sine storre sideflater. Filterplateenhetene i henhold til foreliggende oppfinnelse tettes fortrinnsvis ved hjelp av en kanttetning langs filterplatens omkrets, således at det opprettes en positiv tetning og ved anvendelse av en pakning en mekanisk virkning som holder filteret på plass. I det tilfelle en enkel presspasning er utilstrekkelig for å holde filteret på plass, kan naturligvis forskjellige mekaniske innretninger, slik som kiler og holde-vekter, anvendes for dette formål.

Alternativt kan apparatet 10 i fig. 1 være utfort for å deles ved kantene 26 og 28, på en måte som ikke er vist, således at trykk kan påfbres tetningene ved skruestikkevirkning når de adskilte enheter forenes. Skråvinkelen for tetningsflaten i filterkammeret og den tilsvarende skråvinkel for filterplaten vil ha en tendens til å danne en positivt tetning og holde filteret på plass mot de oppdriftskrefter som virker på filteret. Som antydet ovenfor, bor naturligvis den anvendte pakning eller tetning være bestandig overfor det anvendte smeltede metall. Typiske tetningsmaterialer som er anvendt ved behandling av aluminium omfatter varmebestandige tetninger av fibertype og mange forskjellige sammensetninger, slik som de fblgende anskueliggjbrende tetningstyper: (1) en tetning som omfatter omkring 45% aluminiumoksyd, 52% silisiumoksyd, 1,3% ferrioksyd og 1,7% titanoksyd; (2) en tetning som inneholder omkring 55% silisiumoksyd, 45% aluminiumoksyd, 4% kromoksyd og 0,5% ferrioksyd; samt (3) en tetning som omfatter omkring 53% silisiumoksyd, 46% aluminiumoksyd og 1% ferrioksyd.

Som angitt i fig. 1 er det et hovedtrekk ved foreliggende oppfinnelse at det er anordnet et forste filtermedium 30 med en rekke hull 50 som er vesentlig storre enn porestorreIsen for selve filteret. Det er observert at det foreligger store trykk-forskjeller mellom behandlingssonen for flussgassbehandling nedstrbms for det forste filtermedium og det tilsvarende område oppstroms for dette filtermedium, ved anvendelse av fremgangsmåte og apparat som angitt i tidligere nevnte US patentskrift nr. 4.052.198. Denne store trykkforskjell skrev seg fra en oppbygning av flussgass på undersiden av filterplaten. Denne forskjell utgjor en fysiskgrense for den mengde flussgass som kan fores i motstrom gjennom stromningen av smeltet metall, således at det også foreligger en grense for den mengde smeltet metall som kan behandles kontinuerlig og effektivt. I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det funnet at denne trykkforskjell kan effektivt reguleres og reduseres ved å utstyre filterplaten med en rekke hull som er vesentlig storre enn storrelsen av filterets enkelte porer, således at det opprettes en foretrukket stromningsbane for flussgassen gjennom filterplaten mens hovedsakelig alt smeltet metall passerer gjennom filterlegemet. Den nedsatte drivtrykk-forskjell som oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse muliggjor en okning av den mengde flussgass som kan innfores i smeiten, hvorved det også oppnås en okning av den mengde smeltet metall som kan effektivt behandles sammenlignet med den tilsvarende mengde for kjente systemer. Folgende utforelses-eksempel vil nærmere anskueliggjøre foreliggende oppfinnelse. Et antall filtermedia av keramisk skumtype ble fremstilt i samsvar med den prosess som er beskrevet i US patentskrift nr. 3.893.917 for anvendelse som det forste filtermedium i en prove-enhet i nedsatt målestokk tilsvarende det apparat som er vist i fig. 1. Hvert filter var av storrelse 12,5 x 12,5 x 2,5 cm og var utfort for å ha en luftgjennomtrengbarhet på 1750 x 10 —7 cm 2, en porositet på 0,90 og en porestorrelse tilsvarende 12 porer pr. cm. 25 hull av samme storrelse ble boret i hver av filterene. Det bor bemerkes at i stedet for å lage hullene i det ferdige filterprodukt ved boring eller lignende, kan hullene dannes i det fleksible skummaterial for den fremstillingsprosess som er beskrevet i nevnte US patentskrift nr. 3.893.917. Det er å foretrekke at hullene er like store og jevnt fordelt over filterplatens overflate, således at flussgassen vil bli jevnt fordelt over platen. Hullstorrelsene i filteret ble variert fra 2,5 til 11,25 mm i trinn på 0,25 mm. Filterne ble innbygget i proveenheten i nedsatt målestokk med det formål å studere stromningsegenskapene for gass og væske i motstrom under en filtrerings- og utgassingsprosess. Flytende metall ble innfort i filtrerings- og utgassingskammeret i stromningsmengder på henhv. 15.150, 22.730 og 30.300 cm 3 pr. min. Gass-stromningen ble innstilt slik at det ble opprettet et trykkfall tilsvarende en nivåforskjell på 1,27 cm mellom innlops- og utlops-rennen, slik som vist ved bokstaven B i fig. 1. De oppnådde resultater er grafisk anskueliggjort i fig. 4.

Som det vil fremgå av fig. 4 tillater rekkene av borehull gjennom filtermediet i henhold til oppfinnelsen innforing av en storre mengde flussgass i metallsmelten, således at det oppnås et mer virksomt filtrerings- og utgassings-apparat enn det som er tidligere kjent.

Ved å anordne foretrukket stromningsbane for flussgassen gjennom filterplaten, nedsettes trykkforskjellen over platen således at det oppnås en tilsvarende senkning av nivåforskjellen mellom apparatets innlop og utlop, hvilket i sin tur muliggjor anvendelse av tilsvarende mindre apparatenheter samtidig som utgassingens effektivitet oker. Det er funnet at hullstorrelser opp til ll,25mm kan effektivt anvendes uten at filterplatens filtreringsvirkning nedsettes i vesentlig grad.

Fig. 5 viser en alternativ apparatutforelse i henhold til oppfinnelsen, hvori filterplatene er anordnet hovedsakelig horisontalt. Apparatet 50 er utstyrt med en innlopsrenne 52 som forer til det kammer 54 hvor filtreringen og utgassingen finner sted. Kammeret 54 er vist å ha hovedsakelig skålform og er anordnet med sin bunnuttagning under nivået av innlopsrennen 52, således at det smeltede metall som tilfores vil stromme nedover gjennom filtermediet. Kammeret 54 har som særtrekk at det er utstyrt med minst to omkretskanter 56 og 58. Den forste omkretskant 56 er anbragt i den ovre del av kammeret 54 og er anordnet på samme måte som i fig. 1 i nivå med bunnen av innlopsrennen 52. Den annen omkretskant 58 er som angitt i fig. 5 plassert på sådan måte inne i kammeret 54 at den effektivt deler kammeret i to deler 60 og 62. Likesom den forste omkretskant 56, er den annen omkretskant 58 i fig. vist med nedoverrettede konvergerende skråflater som muliggjor lett og enkel installasjon og utskifting av hensiktsmessig utformede filtermedia. Skjont kantene 56 og 58 er vist med skråflater, er foreliggende oppfinnelse på ingen måte begrenset til denne utforelse, idet kanter utstyrt med andre midler for å holde filtermediet på plass også kan anvendes innenfor oppfinnelsens ramme, slik det vil bli nærmere beskrevet i det folgende. Kanten 58 er vist å ha nedsatt omfang i forhold til den forste omkretskant 56 for å tillate uhindret håndtering av filtermediet innenfor denne omkretskant.

Det forste delkammer 60 omfatter området mellom forste og annet filtermedium, som henhv. er betegnet med 64 og 66. Som vist i figuren kan de nevnte filtermedier 64 og 66 likeledes oppvise avskrånede omkretsflater 68 som er utfort for å passe sammen med de tilsvarende utformede omkretskanter 56 og 58. De avskrånede omkretsflater 68 er i montert stilling utstyrt med ettergivende tetningsmidler 70 som er bestandige overfor smeltet metall, og de respektive filtermedia 64 og 66 med påfort tetningsmidler 70 innfores i rekkefolge i det indre av kammeret 54, således at tetningsmidlene 70 i hvert tilfelle kommer til anlegg mot de respektive avskrånede omkretskanter 56 og 58.

Som angitt ovenforj deler omkretskantene 56 og 58 ved under-stottelse av sine respektive filtermedier 64 og 66 kammeret 54

i delkammeret 60 og 62. Det skal nå atter henvises til fig. 5 hvor det er vist at delkammeret 60 i samsvar med foreliggende oppfinnelse er utstyrt med minst en innlopsåpning 72 som utgjor en eller flere munninger for en stromningskanal 74 eller manifold for tilforsel av en flussgass til smeiten fra en ytre kilde som ikke er vist.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det forste filtermedium 64 utstyrt med en rekke hull 76 for derved å danne foretrukket strbmningsbane for flussgassen. Det bbr forstås at flussgassen kan tilfores gjennom en fordelingsplate av den art som er vist og beskrevet under henvisning til fig. 1.

Det foreligger mange forskjellige tilfeller hvor oppfinnelsens fremgangsmåte og apparat kan anvendes i alle de forskjellige utforelsesvarianter som er antydet ovenfor. Spesielt ved en kontinuerlig stopeprosess kan et par flussfiltreringskammere hensiktsmessig anvendes i parallell. Ved en sådan prosess kan anleggets store lengdeutstrekning og den tilsvarende totale metallstromning kreve at filtermedia bor utskiftes i drift. Sådanne utskiftninger kan lettes ved anvendelse av parallelle stromningskanaler som hver inneholder et filtreringskammer, sammen med midler for overforing av metallstrømningen fra den ene kanal til den annen, f.eks. ved hjelp av ventiler, skjermer eller lignende. Metallstrbmningen vil således være begrenset til ett filtreringskammer av gangen, og avledes til den annen kanal så snart nivåfallet over det forste filtreringskammer oker over en viss verdi. Det vil innsees at en sådan omkoblingsprosess vil sikre tilfbrsel av en endelbs strbm av filtrert metall til en kontinuerlig stopeprosess. 1 tillegg til det som er angitt ovenfor, vil foreliggende apparat og fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen kunne modifiseres på mange forskjellige måter innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse for tilpasning til forskjellige driftsprosesser. I det tilfelle hvor små, enkeltporsjoner av smeltet metall skal behandles og stbpes, er det f.eks. bnskelig at de forskjellige filtermedia kan holdes i drift for flere sådanne enkeltporsjoner. For dette formål kan filtermediene være trukket noe nedover fra nivåene for gjennom-lbpspassasjen og utlbpsrennen, således at gjenværende smelte vil fylle kammeret og dekke begge filtre etter at smeltestrbmmen har opphbrt. I samsvar med denne modifiserte utforelse kan det anvendes minst en dekselenhet som kan anbringes på oversiden av den gjenværende smelte og er utstyrt med varmekilder slik som et antall varmestrålende elementer for å holde smeiten i flytende tilstand.

Andre modifikasjoner kan også tenkes innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse, innbefattet anordning av et antall innlbpsåpninger rundt omkretsen av de forskjellige kammere umiddelbart under de respektive forste filtermedia. I tillegg og uten at det er vist her, kan innlbpsmunningene forlenges til midtområdet av nevnte kamre med forlengelse av de respektive tilførselskanaler, således at flussgassen kan trenge inn i smeiten fra et punkt midt inne i kammeret. Både anordning av en manifold av flussgassinnløp og en eller flere innløpsåp-ninger anordnet inne i kammeret omfatter modifikasjoner som i seg selv kan være gjenstand for varierende konstruksjoner, og oppfinnelsen er således ikke begrenset til spesielle utførel-

ser i denne forbindelse.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for utgassing og filtrering av smeltet metall ved å føre metallet gjennom minst en filterplate (3 0,

3 2) samt ved å bringe en flussgass til å strømme gjennom det smeltede metall mot metallsmeltens strømningsretning, idet flussgassinnløp (3 8, 40, 44) plasseres slik at avgitt flussgass fra innløpet passerer gjennom filterplaten (3 0), karakterisert ved at flussgassen bringes til å strømme gjennom hull (50) som er boret gjennom filterplaten (3 0) og danner foretrukkede strømningsbaner for gassen.

2. Apparat for utgassing og filtrering av smeltet metall og som omfatter minst et kammer (14, 16) med innløp (18) og utløp (20) for metallet samt utstyrt med minst en filterplate (3 0,

3 2), mens minst et gassinnløp (3 8, 40, 44) for flussgass er anordnet på sådan måte i forhold til filterplaten at den avgitte gass fra innløpet passerer gjennom filterplaten, karakterisert ved at filterplaten (3 0) har gjennomgående utborede hull (50) som utgjør foretrukkede strømningsbaner for flussgassen gjennom filterplaten (30).

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at hullene (50) har samme diameter som er vesentlig større enn filterplatens pore-størrelse.

4. Apparat som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at nevnte hull (50) har diameter i området fra 2,5 til 11,25 mm.

5. Apparat som angitt i krav 2-4, karakterisert ved at flussgassinnløpet (42) omfatter en fordelingsplate (3 8) som er utstyrt med et antall åpninger (40) med således avpasset størrelse og innbyrdes avstand at størrelsen og spredningen av flussgassbobler som avgis gjennom åpningene (40) hovedsakelig er i samsvar med bore-hullenes (50) størrelse og fordeling i filterplaten (30).

6. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert ved at åpningenes (40) diameter ligger i området 0,125 til 1,25 mm, fortrinnsvis i området 0,25 til 0,50 mm.

7. Apparat som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at avstanden mellom åpningene (40) ligger i området 6,25 til 125 mm, fortrinnsvis i området fra 18,75 til 50 mm.

8. Apparat som angitt i krav 2-7, karakterisert ved at filterplaten (3 0) er av keramisk material med åpen cellestruktur og et stort antall innbyrdes forbundne hulrom samt gjennomboret av nevnte hull (50) for å danne foretrukkede strømningsbaner gjennom platen.

9. Apparat som angitt i krav 8, karakterisert ved at filterplaten har en luftgjennomtrengelighet i området 400 til 8.000 x IO<-7> cm2 , en porøsitet på 0,80 til 0,95 samt en porestørrelse tilsvarende 8 til 18 porer pr. cm.