NO162425B - Fremgangsmaate for fremstilling av hoeyrent aluminium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av høyrent aluminium omfattende smelting av aluminium som skal renses og som inneholder både eutektiske og peritektiske urenheter for å oppnå smeltet aluminium, og å dreie et avkjølingslegeme nedsenket i det smeltede aluminium mens man innfører en kjølevæske til det indre av kjølelegemet for å krystallisere høyrent aluminium på overflaten av legemet.

I beskrivelse og krav henviser uttrykket "eutektiske urenheter" til urenheter som undergår en eutektisk reaksjon med aluminium, mens uttrykket "peritektiske urenheter" henviser til urenheter som undergår en peritektisk reaksjon med aluminium.

Når aluminium som inneholder både eutektiske urenheter og peritektiske urenheter smeltes og deretter underkastes likevekts-størkning, representerer urenhetskonsentrasjonen Cs den resulterende faste aluminiumsfraksjon teoretisk ved følgende ligning:

Cs - koCo(l - fs)<110>"<1> (1)

der ko er fordelingskoeffisienten, Co er urenhetskonsentrasjonen i det opprinnelige aluminium, og fs er forholdet av den faste fraksjon. Den ovenfor angitte ligning viser at når fordelingskoeff isienten ko er mindre enn 1, er urenhetskonsentrasjonen Cs i den faste fraksjon mindre enn urenhetskonsentrasjonen Co i det opprinnelige aluminium, og at når fordelingskoeffisienten ko er større enn 1, er urenhetskonsentrasjonen Cs i den faste fraksjon større enn urenhetskonsentrasjonen Coi i det opprinnelige aluminium. Fordi fordelingskoeffisienten for eutektiske urenheter er mindre enn 1 har, når det gjelder urenhetskonsentrasjonen, den faste fraksjon som fremstilles fra aluminium inneholdende slike urenheter, en lavere verdi enn det opprinnelige

aluminium. Mr i henhold til dette det opprinnelige aluminium fremstilles og deretter bringes til størkning, kan meget rent aluminium oppnås fordelaktig ved selektiv separering av det resulterende proeutektiske aluminium. Segregerings-størkningsprosessen basert på dette prinsipp er allerede beskrevet for eksempel i US-PS 3 671 229, 3 211 547 og andre. Imidlertid har peritektiske urenheter fordelingskoeff isienter større enn 1, slik at aluminium inneholdende slike urenheter gir en fast fraksjon med en høyere verdi enn det opprinnelige aluminium når det gjelder urenhetskonsentrasjonen. Når, i henhold til dette aluminium som inneholder både eutektiske og peritektiske urenheter behandles ved den konvensjonelle segregerings-størkningspro-sess for å oppnå selektiv proeutektisk aluminium, har den resulterende faste fraksjon en lavere konsentrasjon av eutektiske urenheter men en høyere konsentrasjon av peritektiske urenheter enn den opprinnelige aluminium.

Aluminium som inneholder både eutektiske og peritektiske urenheter behandles derfor vanligvis ved tilsetning av bor til en smelte av slik aluminium i en beholder for å bringe bor til en smelte av slik aluminium i en beholder for å bringe bor til reaksjon med Ti, V, Zr og lignende peritektiske urenheter og danne uoppløselige metallborider som T1B2, VB2. ZrB2 og så videre idet man tillater blandingen å stå lenge, for eksempel i mer enn 1 time, for å avsette metalliske borider og å bringe smeltet aluminium til en annen beholder, separert fra borid, og selektiv avtrekking av proeutektisk aluminium kun fra beholderen. Denne prosess er lite effektiv fordi avsetningen av metallborider krever lang tid.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er å overvinne de ovenfor angitte mangler, og å tilveiebringe en fremgangsmåte for behandling av aluminium som inneholder både eutektiske urenheter og peritektiske urenheter ved segregerings-størkning for å fjerne urenheter av begge typer fra dette aluminium i størst mulig grad, for således å oppnå aluminium med høyere renhet enn det opprinnelige aluminium.

Således angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og denne karakteriseres ved at man anordner det smeltede aluminium i en oppholdsbeholder og styrer temperaturen i det smeltede aluminium, tilsetter bor til det smeltede aluminium i beholderen og dreier hele legemet med en på forhånd bestemt hastighet nedsenket i det smeltede aluminium inneholdende bor og dispergerte borider av peritektiske urenheter som stammer fra bortilsetningen.

Ved denne prosess reagerer bor med peritektiske urenheter og danner metalliske borider som fjernes fra kjølelegemet og dispergeres i den flytende fase på grunn av sentrifugalkreft-ene som oppstår ved dreining av kjølelegemet. I henhold til dette, kan en aluminiumfraksjon med lavere innhold av eutektiske urenheter og peritektiske urenheter enn det opprinnelige aluminium, krystalliseres ut på overflaten av kjølelegemet, for derved å oppnå meget rent aluminium. Til forskjell fra de konvensjonelle prosesser medfører foreliggende fremgangsmåte ikke nødvendigheten av avsetning av metallborider, og kan derfor gjennomføres i løpet av kortere tid.

Når aluminium inneholdende Fe, Si, Cu, Mg og lignende eutektiske urenheter og Ti, V, Zr og lignende peritektiske urenheter smeltes og bor tilsettes til den resulterende smelte, reagerer boret med Ti, V, Zr og lignende peritektiske urenheter, og danner T1B2, VB2, ZrP2 og lignende uoppløselige metalliske borider. Mengden av bor som benyttes og som bestemmes i henhold til innholdet av Ti, V, Zr og lignende i det aluminium som skal renses, er en på forhånd bestemt mengde større enn den mengde som er nødvendig for å danne de ovenfor angitte borider. Bor kan tilsettes i form av en Al-B legering eller i form av NaBF4 eller lignende salter. Fordi bor undergår en eutektisk reaksjon med aluminium, blir overskuddet av tor annet enn den mengde bor som danner de metalliske borider med eutektiske urenheter, slik det skal beskrives nedenfor.

Når et kjølelegeme dreies i neddykket tilstand i det borholdige smeltede aluminium under tilførsel av en kjøle-væske til det indre av legemet, krystalliserer høyrent aluminium på overflaten av kjølelegemet. Mere spesifikt skilles proeutektisk aluminium med høy renhet ut først når aluminium inneholdende eutektiske urenheter smeltes og underkastes likevekts-størkning. Forholdet mellom konsentrasjonen av eutektiske urenheter i den faste fase og konsentrasjonen av eutektiske urenheter i den flytende fase på dette tidspunkt, representeres ved fordelingskoeffisienten ko. Under den virkelige størkning frigis imidlertid eutektiske urenheter til den flytende fase og danner et sjikt av konsentrerte eutektiske urenheter i den flytende fase nær grenseflaten væske/faststoff slik at urenhetskonsentrasjonen for en fast fase reguleres av den effektive fordelingskoeffisienten kg, tatt i betraktning tykkelsen av det konsentrerte sjikt (heretter kalt "diffusjonssjikt" ). Således representerer urenhetskonsentrasjonen Cs i den faste fase ved ligning (1), der kg b«;nyttes istedet for ko, for eksempel ved følgende ligning:

Det er allerede kjjent at den effektive fordelingskoeffisient kg representeres ved følgende ligning:

der R er størkningshastigheten, S er tykkelsen i diffusjonssjiktet som dannes nær væske/faststoff-grenseflaten, og D er diffusjonskoeffisienten for de eutektiske urenheter i den flytende fase. Det følger derfor at den effektive fordelingskoeffisient kg kan bringes til å nærme seg fordelingskoeffisienten ko på effektiv måte ved å redusere

strøkningshastigheten R og tykkelsen av diffusjonssjiktet, å, og å øke diffusjonskoeffesienten D. Av disse variable størrelser anses diffusjonskoeffesienten D å være en konstant som er avhengig av typen eutektiske urenheter generelt når den flytende fase har en konstant temperatur, slik at det er vanskelig å variere diffusjonskoeffesienten D. Det er derfor effektivt å redusere størkningshastigheten R og tykkelsen av diffusjonssjiktet S, for å bringe den effektive fordelingskoeffesient kg til å nærme seg fordelingskoeffesienten ko.

Når de eutektiske urenheter frigis til en flytende fase ved grenseflaten mellom flytende og fast materiale, dannes det dendritter ved grenseflaten. Det er velkjent at når slike dendritter vokser, blir urenhetene som frigis til den flytende fase i nærheten av væske/faststoff-grenseflåtene innfanget slik de er eller i form av eutektiske krystaller på noen pm, i mellomrommene i dendrittene. Dette fenomen er uønsket ved rensing av aluminium. Dendrittveksten inntrer når den virkelige temperatur i den flytende fase er lavere enn temperaturen i likevektslikvidus i nærheten av væske/- faststoff-grenseflaten. Dette fenom angis som konstitu-sjonell underkjøling. Veksten av dendritter fremmes når forskjellen (underkjølingsgraden) AT mellom temperaturen i likevektslikvidus og den virkelige fase øker. I henhold til dette, kan dendrittveksten inhiberes effektivt ved å redusere differansen AT. For å redusere AT er det et behov for å øke temperaturgradienten i smeiten nær væske/faststoff-grenseflaten. Ideelt bør temperaturgradienten være mindre enn temperaturgradienten for likevektslikvidus for å gjøre AT mindre enn 0.

Det foregående fører til de følgende 3 krav for å rense aluminium med forbedret effektivitet: a) I størst mulig grad å redusere størkningshastigheten. b) I størst mulig grad å redusere tykkelsen av diffu-sjonssj iktet i nærheten av væske/faststoff-grenseflaten. c) I størst mulig grad å øke temperaturgradienten som er involvert i den flytende fase i nærheten av grenseflaten.

Når et kjølelegeme senkes i smeltet aluminium inneholdende bor, begynner høyrent aluminium å krystallisere ut på overflaten av kjølelegemet. Størkningen skrider frem, mens eutektiske urenheter frigis til den flytende fase nær væske/faststoff-grenseflaten og danner et diffusjonssjikt. Størkningshastigheten på dette tidspunkt styres av forskjellen mellom mengde varme som fjernes fra smeltet aluminium på grunn av kjølelegemet, og mengden varme som tilføres til det smeltede aluminium på grunn av oppvarming utenfra. Således reguleres hastigheten av disse varmemengder. Når videre en øket mengde varme tilføres til det smeltede aluminium på grunn av ytre oppvarming med en øket mengde varme fjernet fra smeiten på grunn av avkjøling ved hjelp av kjølelegeme, inntrer det en større varmeoverføring mellom kjølelegemet og smeiten, og gir som konsekvens en større temperaturgradien til den flytende fase i nærheten av væske/faststoffgrense-flaten. Jo større temperaturgradienten er, jo mere effektivt inhiberes dannelse av dendritter ved grenseflaten for å forhindre at eutektiske urenheter holdes fast av dendrittene. Ideelt bør temperaturgradienten i den flytende fase nær væske/faststoff-grenseflaten være større enn den for likevektslikvidus. Dannelsen av dendritter kan da helt inhiberes. Fra et industrielt produktivitetssynspunkt er det imidlertid ønskelig å gjennomføre egnet overføring av varme fra smeltet aluminium til kjølelegeme ved fordelaktig å kontrollere den ytre oppvarming og avkjøling ved hjelp av kjølelegeme. Når videre kjølelegemet dreies, har den faste fase og den flytende fase en relativ bevegelse I forhold til hverandre, hvorved diffusjonssjiktet som dannes nær væske/- faststoff-grenseflaten effektivt omrøres og blandes med den andre hoveddelen av den flytende fase for derved å dispergere urenheter I diffusjonssjiktet ut gjennom hele den flytende fase, og som konsekvens sterkt å redusere tykkelsen i diffusjonssjIktet. På den samme tid blir grensesjiktet i temperaturfordelingen for den flytende fase gjort tynnere, noe som medfører å tillate den flytende fase å ha en øket temperaturgradient nær væske/faststoff-grenseflaten. Tykkelsen av diffusjonssjiktet og grensesjiktet i temperaturfordelingen, kan reduseres ved å øke omdreiningshastigheten for kjølelegemet, med andre ord å øke den relative hastighet mellom kjølelegemet og smeltet aluminium. Hvis imidlertid hastigheten er for stor, kan det oppstå separering av aluminium som er krystallisert på overflaten av kjølelegemet på grunn av økningen av sentrifugalkraften, noe som resulterer i redusert produktivitet. Fortrinnsvis ligger hastigheten for den relative bevegelse innen området 400-8000 mm/sek., fordi hvis hastigheten er lavere enn 4000 mm/sek. , vil diffusjonssjIktet Ikke på effektiv måte gjøres tynnere, mens den økede sentrifugalkraft, hvis hastigheten er over 8000 mm/sek., vil føre til redusert produktivitet. Når kjølelegemet foreligger i form av en sylinder, for eksempel med en diameter på 160 mm, kan legemet dreies med 50 til 1000 omdr./min., mens spesielt gode resultater oppnås ved 200 til 700 omdr./min. Ytterlig forbedrede resultater kan oppnås hvis legemets omdreiningsretning snus i egnede intervaller. Fordi bor undergår en eutektisk reaksjon med aluminium, vil overskudd av bor over den mengde bor som danner metalliske borider med de peritektiske urenheter, fjernes på samme måte som Fe, Si, Cu, Mg og lignende eutektiske urenheter.

Det høyrene aluminium som er avsatt på overflaten av kjølelegemet ved utkrystallisering gjenvinnes for eksempel ved å smelte den meget rene fraksjon eller ved å skrape den av.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en prosess som omfatter smelting av aluminium inneholdende både eutektiske urenheter og peritektiske urenheter for å oppnå smeltet aluminium, anbringe det smeltede aluminium i en oppholdsbeholder, tilsetning av bor til det smeltede aluminium i beholderen og dreiing av et kjølelegeme i neddyppet tilstand i det borholdige smeltede aluminium i beholderen mens man tilfører en kjølevæske i det indre av kjølelegemet for å krystallisere ut høyrent aluminium på legemets overflate.

I den ovenfor angitte prosess blir kjølelegemet neddyppet i det smeltede aluminium fortrinnsvis etter at man har forårsaket reaksjonen mellom bor og peritektiske urenheter, ved å tillate smeltet aluminium å stå I minst ca. 5 mnutter etter bortilsetningen. For å fremme reaksjonen, er det ønskelig å omrøre det borholdige smeltede aluminium.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte omfattende smelting av aluminium inneholdende både eutektiske urenheter og peritektiske urenheter, for å oppnå smeltet aluminium, å bringe smeltet aluminium i beholderen til et antall rensetanker fra tank til tank med utslipp fra den siste tank, tilsetning av bor til smeltet aluminium i beholderen, og dreiing av et kjølelegeme neddyppet i borholdig, smeltet aluminium i hver av tankene, mens man tilfører en kjølevæske til det indre av kjølelegemet for å utkrystallisere høyrent aluminium på overflaten av legemet. Fremgangsmåten gir en stor mengde meget rent aluminium på effektiv måte ved kontinuerlig drift.

Bortilsetningsbeholderen og rensetankene fremstilles for eksempel ved å oppdele en enkelt stor beholder i et antall avsnitt med skillevegger, hver med en kommunikasjonsåpning, idet en av seksjonene tjener som beholder og de andre som tanker. Alternativt kan et antall dyser anordnes i en rekke der hver står i forbindelse med den neste, slik at en av diglene tjener som bortilsetningsbeholder, og de andre som rensetanker.

Bor anbringes i beholderen kontinuerlig, slik at smeltet aluminium i denne har et konstant borinnhold under drift. Fortrinnsvis blir smeltet aluminium i beholderen omrørt for å aksellerere reaksjonen mellom bor og peritektiske urenheter. Kjølelegemet er neddyppet i smeltet aluminium i hver av rensetankene. Tilførsel av smelte til rensetankene justeres slik at mengden av smelte i hver tank forblir uforandret i drift.. For å tillate at like mengder aluminium krystalliserer ut på overflaten av kjølelegemene i rensetankene blir temperaturen i det smeltede aluminium, rotasjonshastigheten og kjølekapasiteten for kjølelegemene, regulert på egnet måte. Konsentrasjonen av eutektiske urenheter i det smeltede aluminium i rensetankene øker progressivt fra tank til tankk i retning fra smelteovnen. Den midlere urenhetkonsentrasjon for alle aluminiumfraksjonene som oppnås er variabelt med å variere forholdet mellom total mengde gjenvundne aluminium-fraks]oner ved hjelp av kjølelegemene, og den totale mengde tilført smelte. (Forholdet kalles "gjenvinningsforhold"). Jo mindre gjenvinningsforhold, jo lavere er den midlere urenhetskonsentrasjon. I henhold til dette, kan det oppnås aluminium med konstant renhet som er høyere enn renheten for det opprinnelige aluminium som tilmåtes fra smelteovnene for rensing, ved å gjøre gjenvinningsforholdet konstant. Ved samme gjenvinningsforhold kan videre renheten i det oppnådde aluminium økes ved å øke antall rensentanker.

Oppfinnelsen skal beskrives nedenfor i større detalj under henvisning til de ledsagende tegninger. Fig. 1 er et vertikalsnitt som viser en første utførelses-form av en apparatur for fremstilling av høyrent aluminium ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 er et vertikalriss gjennom en andre utførelsesform av en apparatur for fremstilling av høyrent aluminium ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen; Fig. 3 er et forstørret snitt av fig. 2, delvis i utsnitt; Fig. 4 ' er et diagram som viser resultatet som oppnås når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjennomføres ved bruk av den andre apparatur, idet diagrammet viser forbindelsen mellom mengde aluminium (utbytte) som krystalliseres på periferioverflaten av et kjøle-legeme i hver rensetank, og forholdet mellom

konsentrasjonen av eutektiske urenheter 1 det smeltede aluminium i tanken og konsentrasjonen av eutektiske urenheter i aluminium som skal renses; og

Fig. 5 er et diagram som viser forbindelsen mellom antall rensetanker og forholdet mellom konsentrasjonen av eutektiske urenheter i det oppnådde aluminium og den i aluminiumet som skal renses, idet forbindelsen bestemmes ved å praktisere fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved bruk av den andre apparatur.

Under henvisning til en første apparatur for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir aluminium som skal renses og som inneholder både eutektiske og peritektiske urenheter, smeltet og anbragt i en oppholdsbeholder omfattende en digel 2. Det smeltede aluminium 1 oppvarmes og holdes ved en temperatur som overskrider størkningstempera-turen. Bor tilsettes til smeltet aluminium 1 og blandingen omrøres i minst 5 minutter. Et kjølelegeme 3 blir deretter neddyppet i smeiten 1. Kjølelegemet 3 foreligger i form av en hul sylinder med lukkede motsatte ender, og kan beveges oppover og nedover. En hul rotasjonsaksel 4 strekker seg oppover fra den øvre ende av legemet 3. Det indre av denne hule rotasjonsaksel 4 står i forbindelse med det indre av kjølelegemet 3. En kjølelegemetilførselsledning 5 strekker seg gjennom akslingen 4 til kjølelegemet 3. Rotasjonsaks-lingen 4 er i den øvre ende utstyrt med en ikke vist drivinnretning ved hjelp av hvilken akslingen 4 og rotasjons-legemet 3 dreies. Toppen og bunnen av legemet 3 og den del av akslingen 4 som eksponeres til smeiten 1 er fortrinnsvis dekket med et varmelsolerende materiale 6 for Ikke å tillate at aluminium krystalliserer på disse deler.

Dette skyldes den grunn at fordi virkningen som gis av rotasjonen av legemet 3, er lavere i disse deler enn ved periferien av legemet 3 og aluminium hvis det krystalliserer i disse deler vil ha en lavere renhet enn aluminium som krystalliserer ved periferien. Avkjølingslegemet 3 dreies mens man tilfører kjølende fluid slik som luft, nitrogen eller argon fra rørledningen 5 inn i legemet 3 i en justert hastighet, slik at delen av smeiten 1 rundt legemet 3 langsomt avkjøles. Proeutektisk høyrent aluminium begynner så å krystallisere på periferien av legemet 3. Etter at spesifisert mengde aluminium er avsatt på legemet 3, blir legemet hevet og trukket ut av smeiten 1, og oppnådd høyrent aluminium samlet.

Den ovenfor angitte prosedyre gjentas i aluminiumsmelter med progressivt og høyere renheter for å oppnå aluminium med sterkt forbedret renhet.

Under henvisning til fig. 2 og 3 vises her en andre apparatur, der det er anordnet en smelteovn 11 for smelting av aluminium som skal renses og inneholdende både eutektiske og peritektiske urenheter. En stor beholder 12 i form av et horisontalt, langstrakt rektangulært parallellepiped er anbragt på høyre side av ovnen 11. Beholderen 12 er delt i 5 seksjoner ved skillevegger 13. Av disse seksjoner tjener den ene til venstre som bortilsetningsbeholder 14, de andre 4 seksjoner tjener som rensetanker 15-18. Skilleveggene 13 er i de øvre deler utstyrt med åpninger 19 gjennom hvilke beholderen 14 og tankene 15 til 18 står i forbindelse med hverandre. Beholderen 14 har et røreverk 20. Eøreverket 20 omfatter en vertikal rotasjonsaksel 21, et propellformet røreblad 22 festet til den nedre ende av akslingen 21, og ikke viste drivanordninger. Hver av tankene 15 til 18 er utstyrt med et kjølelegeme 23 som kan beveges opp og ned. Legemet 23 er i form av en nedover skrådd hul sylinder med lukkede ender, og en hul rotasjonsaksel 24 oppover fra toppen. Det indre av akslingene 24 står i forbindelse med det indre av legemet 23. Et kjølefluidmaterør 26 strekker seg gjennom akslingen 24 til legemet 23 og har et stort antall kjølefluidutløp 25 i den perifere vegg. Den perifere i øvre endedel og bunnen av kjølelegemet 23, er dekket med varmelsolasjonselementt 27 henholdsvis 28. Før smeltet aluminium 30 anbringes i tankene 14 til 18, blir kjøle-legemene 23 holdt hevet som antydet ved de stiplede linjer i fig. 2.

Aluminium som skal renses og inneholdende både eutektiske og peritektiske urenheter, smeltes i ovnen 11 og smeltet aluminium anbringes først i beholderene 14 der bor tilsettes til smeiten 30. Blandingen omrøres ved hjelp av røreverket 20. I denne beholder 14 reagerer bor med Ti, V, Zr og lignende peritektiske urenheter, og danner TiB2. VB2, ZrB2 og lignende uoppløselige metallborider. Smeltet aluminium inneholdende eutektiske urenheter, uoppløselige metalliske borider og et overskudd av bor, strømmer inn i tankene 15 til 18 gjennom forbindelsesåpnlngene 19. Etter at en på forhånd bestemt mengde aluminium 30 er anbragt i hver av tankene 15 til 18, blir kjølelegemene 23 senket og dyppet i smeiten med den øvre varmeisolasjonsdelen 27 i kontakt med smeltet 30 og med den nedre kant av delen 27 i kontakt med smeltet 30 og med den nedre kant av delen 27 anbragt 1 massen av smelte 30 i en slik posisjon at den ikke påvirkes av atmosfæretempera-turen. Den øvre perifere endedel av legemet 23 er dekket med isolasjonsdelen 27, og legemet er dyppet således i smeiten 30 at delen 27 er i kontakt med overflaten av smeiten med sin nedre kant, i en posisjon der den er fri for påvirkning av atmosfærisk temperatur, dette av følgende grunn. Den del av smeiten 30 som er nær overflaten og eksponert til atmosfæren har en lavere temperatur enn den andre del fordi den påvirkes av den atmosfæriske temperatur og har derfor en tendens til å størkne i periferien av legemet 23 i nærheten av overflaten. Som et resultat, størkner aluminium med høyere hastighet i denne del enn 1 den andre del av periferien av legemet 23 med det resultat at den aluminiumfraksjon som avsettes på denne del har en lavere renhet enn fraksjonen på den andre del, og den blir blandet med den sistnevnte fraksjon når renset aluminium fjernes fra den ytre periferi av legemet 23 for samling etter ferdig renseoperasjon. Dette resulterer i et redusert totalt renseutbytte. Videre er bunnen av kjøle-legemet 23 dekket md varmeisolasjonsdelen 28 fordi rotasjonen av legemet 23 ikke vil gi noen tilfredsstillende virkning på bunnen, slik at den aluminiumfraksjon som avsettes på bunnen av legemet 23, har en lavere renhet enn den andre fraksjon på periferien av legemet.

Kjølelegemet 23 i denne tilstand roteres mens det sprøytes inn kjølefluid i legemet gjennom innløpene 25 i tilførsels-ledningen 26. Dette forårsaker at aluminium krystalliserer på den del av den perifere overflate av legemet som er neddyppet 1 smeiten 30 og som ikke er dekket med isola-sjonsdelene 27 og 28. Fordi de metalliske borider som var inneholdt i smeiten 30 på grunn av sentrifugalkraften tvinges bort fra legemet 23 på grunn av dettes rotasjon er det aluminium som avsettes på periferien av legemet 23 fri for slike borider. Overskuddet av bor som danner et eutektikum med aluminium, fjernes på samme måte som de eutektiske urenheter. Temperaturen i det smeltede aluminium og rotasjonshastigheten og avkjølingskapasiteten for legemet 23, reguleres slik at like mengder aluminium avsettes på periferioverflaten av legemene i rensetanken 15 til 18, mens tilførsel og utslipp av smeltet aluminium reguleres slik at tankene 15 til 18 inneholder like mengder smelte, mens gjenvinningsforholdet holdes på en konstant verdi.

Antar man at smeltet aluminium som tilmåtes fra ovnen 11 har en konsentrasjon av eutektiske urenheter på CO og at smelteandelene Inneholdt i tankene 15 til 18 har konsentra-sjoner av eutektiske urenheter på Cl, C2, C3 henholdsvis C4, har man CO < Cl < C2 < C3 < C4• Videre øker forholdet mellom konsentrasjonen av eutektiske urenheter i smeiten 1 hver av tankene 15 til 18 og Co, nemlig forholdet CI/CO der N er 1 til 4, ved oppstart av driften men jevnes ut når mengden av aluminiumavsetning på periferien av kjølelegemet 23 når en verdi som vist i fig. 4. På dette tidspunkt er den totale mengde av eutektiske urenheter, Ms, i aluminium som gjenvinnes av kjølelegemet 23 pluss mengden eutektiske urenheter, Mn, i smeltet aluminium som slippes ut fra tanken 18 i den høyre ende, alltid lik mengden eutektiske urenheter Mo, i det aluminium som skal renses. Hvis i henhold til dette konsentrasjonen av eutektiske urenheter og den effektive fordelingskoeffesient av de eutektiske urenheter i det smeltede aluminium i hver av tankene 15 til 18 er kjent, kan høyrent aluminium oppnås med den ønskede konsentrasjon av eutektisk urenhet når gjenvinningsforholdet settes til en definert verdi. Jo mindre gjenvinningsforholdet er, jo lavere er konsentrasjonen av eutektiske urenheter i det smeltede aluminium i hver rensetank, slik at støpeblokken som oppnås har en høyere renhet. Renheten for det aluminium som skal oppnås, kan bestemmes ved å variere gjenvinningsforholdet. Ved et definert gjenvinningsforhold øker konsentrasjonen av den eutektiske urenhet i det smeltede aluminium som slippes ut med økning av antall rensetanker slik det fremgår i fig. 5, noe som muliggjør at man ved hjelp av kjølelegemet 23 oppnås aluminium med høyere renhet.

Når den samme operasjon som ovenfor gjentas igjen ved bruk av aluminium samlet ved hjelp av kjølelegemet 23, kan man oppnå aluminium med ennu høyere renhet. For det smeltede aluminium som stammer fra det andre trinn vanligvis har en høyere renhet enn det opprinnelige aluminium som ble benyttet som materiale for det første trinn, gir det smeltedle aluminium hvis det føres tilbake til ovnen 11 et forbedret utbytte.

Eksempel 1

Man benyttet apparaturen Ifølge flg. 1. Aluminium inneholdende 0,08 vekt-SÉ Fe, 0,05 vekt-# Si, 0,0015 vekt-56 Ti, 0,004 vekt-# V og 0,0005 vekt-# Zr ble smeltet og det smeltede aluminium 1 ble holdt ved 670°C i digelen 2. Al-3 vekt-# B masterlegering ble tilsatt til aluminiumet 1, slik at den resulterende smelte hadde en borkonsentrasjon på 0,004 vekt-#. Blandingen ble omrørt i 5 minutter etter tilsetning av legeringen. Kjølelegemet 3 med en ytre diameter på 100 mm ble neddyppet i smeiten 1, og dreiet i en hastighet på 400 omdr./min. mens man tilførte luft til legemet 3 gjennom materøret 5. Legemet 3 ble dreiet i 10 minutter og deretter trukket ut fra smeiten 1. Legemet ble funnet å ha aluminium ansatt på periferien i en mengde av 20 vekt-#, beregnet på mengden av opprinnelig aluminium. Undersøkt med henblikk på urenhetskonsentrasjonen, fant man at støpeblokken inneholdt 0,008 vekt-Sé Fe, 0,012 vekt-% Si, mindre enn 0,0001 vekt-SÉ-Ti, 0,008 vekt-SÉ V, mindre enn 0,002 vekt-# Zr og 0,0003 vekt-5é B.

Eksempel 2

Man benyttet også her en apparatur som vist" i fig. 1. Aluminium inneholdende 0,08 vekt-# Fe, 0,05 vekt-% Si, 0,002 vekt-Sé Ti, 0,008 vekt-# V og 0,001 vekt-# Zr ble smeltet, og det smeltede aluminium 1 ble holdt ved 67CC i digelen 2. Al-3 vekt-# B masterlegering ble tilsatt til dette aluminium 1 slik at den resulterende smelte hadde en borkonsentrasjon på 0,008 vekt-#. Blandingen ble omrørt i 5 minutter etter tilsetning av legeringen. Kjølelegemet 3 med en ytre diameter på 200 mm ble deretter dyppet ned i smeiten 1 og dreiet i en hastighet av 650 omdr/min. mens man tilførte luft til legemet gjennom materøret 5. Etter rotasjon av legemet 3 i 10 minutter, ble legemet 3 trukket ut fra smeiten. Legemet 3 ble funnet å ha aluminium avsatt på periferien i en mengde av 20% basert på mengden av opprinnelig aluminium. Undersøkt med henblikk på urenhetskonsentrasjonen fant man at den støpte aluminiiamblokk inneholdt 0,005 vekt-* Fe, 0,009 vekt-* Si, mindre enn 0,0001 vekt-* Ti, 0,008 vekt-* V, mindre enn 0,0002 vekt-* Zr og 0,0003 vekt-* B.

Eksempel 2

Man benyttet også her en apparatur som vist i fig. 1. Aluminium inneholdende 0,08 vekt-* Fe, 0,05 vekt-* Si, 0,002 vekt-* Ti, 0,008 vekt-* V og 0,001 vekt-* Zr ble smeltet, og det smeltede aluminium 1 ble holdt ved 670°C 1 digelen 2. Al-3 vekt-* B masterlegering ble tilsatt til dette smeltede aluminium 1 slik at den resulterende smelte hadde en borkonsentrasjon på 0,008 vekt-*. Blandingen ble omrørt i 5 minutter etter tilsetning av legeringen. Kjølelegemet 3 med en ytre diameter på 200 mm ble deretter dyppet ned i smeiten 1 og dreiet i en hastighet av 650 omdr/min. mens man tilførte luft til legemet gjennom materøret 5. Etter rotasjon av legemet 3 i 10 minutter, ble legemet 3 trukket ut fra smeiten. Legemet 3 ble funnet å ha aluminium avsatt på periferien i en mengde av 20* basert på mengden av opprinnelig aluminium. Undersøkt med henblikk på urenhetskonsentrasjonen fant mein at den støpte aluminiumblokk inneholdt 0,005 vekt-Fe, 0,009 vekt-* Si, mindre enn 0,0001 vekt-* Ti og V, mindre enn 0,0002 vekt-* Zr og 0,0005 vekt-* B.

Eksempel 3

Man benytter en apparatur som vist i fig. 2 og 3. Kjøle-legemene 23 ble holdt hevet. Aluminium inneholdende 0,08 vekt-* Fe, 0,05 vekt-* Sl, 0,002 vekt-* Tl og 0,008 vekt-* V ble smeltet 1 ovnen 11 og smeltet aluminium ble tilført til bortilførselsbeholderen 14. Bor ble tilsatt til dette aluminium slik at den resulterende smelte til enhver tid hadde en borkonsentrasjon på 01008 vekt-*. Blandingen ble omrørt ved hjelp av røreverket 20. Etter at rensetankene 15 til 18 ble fylt med smeltet aluminium som strømmet gjennom forbindelsesåpningene 19, ble hvert kjølelegeme med en diameter på 200 mm i den del som var dekket med varmeisolasjonsdelen 27 senket ned i den smeltede aluminium 30. Legemet 23 ble dreiet med 400 omdr/min. mens tilførsel av kjølefluid til det indre skjedde fra en rørledning 26. I drift ble smeltet aluminium kontinuerlig tilført fra ovnen 11 til beholderen 14 og tankene 15 til 18 for å fylle opp disse beholdere til et konstant nivå. Bor ble også kontinuerlig bragt til beholderen 14 for å holde borkonsentrasjonen på 0,008 vekt-* til enhver tid. Konsentrasjonen av eutektisk urenhet Cl, C2, C3 og C4 i smeltedelene i tankene 15 til 18 forble i forholdet Cl < C2 < C3 < C4 fra driftens start og man oppnådde stabile driftsforhold etter at mengden avsatt aluminium på legemet 23 nådde en spesifisert mengde. Når den effektive fordel ingskoef f isient for Jern var 0,01 med et gjenvinningsforhold på 0,7, jevnet forholdene for jernkon-sentrasjonene Cl, C2, C3 og C4 til jernkonsentrasjonen CO for det smeltede aluminium som ble matet til ovnen 11, nemlig CI/CO, C2/C0, C3/C0 og C4/C0, seg ut ved 1,3, 1,6, 2 henholdsvis 2,7. Driften ble fortsatt i denne tilstand. Undersøkt med henblikk på urenhetskonsentrasjonen, fant man at de resulterende støpte aluminiumblokker inneholdende 0,008 vekt-* Fe, 0,008 vekt-* Sl, 0,0001 vekt-* Ti, 0,0002 vekt-* V og 0,0006 vekt-* B i gjennomsnitt.

Eksempel 4

Driften i eksempel 3 ble gjentatt under de samme betingelser, bortsett fra at gjenvinningsforholdet var 0,4. Driften ble fortsatt under stabile forhold. Alle de oppnådde aluminiumblokker ble funnet å ha midlere urenhetskonsentrasjoner på 0,005 vekt-* Fe, 0,006 vekt-* Sl, 0,0001 vekt-* Ti, 0,0002 vekt-* V og 0,0005 vekt-* B.

Eksempel 5

Man gjentok driften i eksempel 3 under de samme betingelser som i eksempel 3, bortsett fra at 8 rensetanker ble benyttet istedet for de 4. Driften ble fortsatt under stabile driftsforhold. Aluminiumblokkene som ble oppnådd ble funnet å ha følgende midlere urenhetskonsentrasjoner: 0,0065 vekt-* Fe, 0,007 vekt-* Si, 0,0001 vekt-* Ti, 0,0002 vekt-* V, 0,0005 vekt-* B. Dette aluminium hadde en høyere renhet enn det som ble oppnådd i eksempel 3 ved bruk av 4 rensetanker, og ble fremstilt dobbelt så fort.

Foreliggende oppfinnelse kan utformes forskjellig uten å gå utenom rammen og basistrekkene av oppfinnelsene. I henhold til dette er de her gitt utførelsesformer kun illustrerende.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av høyrent aluminium omfattende smelting av aluminium som skal renses og som Inneholder både eutektiske og peritektiske urenheter for å oppnå smeltet aluminium, og å dreie et avkjølingslegeme nedsenket i det smeltede aluminium mens man innfører en kjølevæske til det indre av kjølelegmet for å krystalisere høyrent aluminium på overflaten av legemet, karakterisert ved at man anordner det smeltede aluminium i en oppholds-beholder (2) og styrer temperaturen 1 det smeltede aluminium, tilsetter bor til det smeltede aluminium i beholderen (2) og dreier hele legemet (3) med en på forhånd bestemt hastighet nedsenket i det smeltede aluminium inneholdende bor og dispergerte borider av peritektiske urenheter som stammer fra bortilsetningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hastigheten for den relative bevegelse mellom avkjølingslegemet (3) og det smeltede aluminium er 400 til 8000 mm pr. sekund når kjølelegemet dreies.^

3. Fremgangsmåte for fremstilling av høyrent aluminium omfattende smelting av aluminium som skal renses og inneholdende både eutektiske og peritektiske urenheter for derved å oppnå smeltet aluminium, og å dreie et roterende kjølelegeme nedsenket i det smeltede aluminium mens man innfører et kjølefluid i det indre av kjølelegemet for å krystalisere høyrent aluminium på legemets overflate, karakterisert ved å anordne det smeltede aluminium i en bor-tilsetningsbeholder (14) og å styre temperaturen i det smeltede aluminium, tilsetning av bor til det smeltede aluminium i beholderen (14), kontinuerlig omrøring av det borholdige smeltede aluminium, kontinuerlig å bringe det borholdige smeltede aluminium til et antall rensetanker (15-18) fra tank til tank og til utslipp fra den siste tank (18), og å dreie et kjølelegeme (23) med på forhånd bestemt hastighet nedsenket i det smeltede aluminium inneholdende bor og dispergerte borider av peritektiske urenheter fra bortilsetningen i hver av tankene (15-18).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at tilmatning og utslipp av smeltet aluminium styres slik at mengdene smeltet aluminium i rensetankene (15-18) forblir uendret under driften og at kjølelegemene (23) styres slik at like mengder høyrent aluminium krystall seres på overflaten av kjølelegemene (23).

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 3 eller 4, karakterisert ved at den relative bevegelseshastighet mellom kjølelegemet (23) og det smeltede aluminium er mellom 400 og 8000 mm pr. sekund når kjøle-legemet dreies.