NO170431B - Fremgangsmaate for behandling av smeltet aluminium for fjerning av hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for behandling av smeltet aluminium for fjerning av hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger fra smeiten.

Betegnelsen "aluminium" betyr, slik den benyttes her og i kravene, rent aluminium og alle aluminiumlegeringer. Videre innbefatter den benyttede betegnelsen "inertgass" argongass, heliumgass, kryptongass og xenongass som angitt i det Periodiske system og nitrogengass som er inert overfor aluminium.

Smeltet aluminium inneholder før støping oppløst hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger som oksyder av aluminium og magnesium, som utgjør uønskede forurensninger. Hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger kan, når de er til stede i smeltet aluminium, gi defekter i blokkene som fremstilles fra smeiten og også i produktene som fremstilles fra blokkene. Følgelig må hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger fjernes fra det smeltede metallet.

Hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger fjernes vanligvis fra smeltet aluminium ved å innføre en inertgass eller klorgass i det smeltede metallet i form av bobler. Siden atmosfæren imidlertid inneholder vann (i en mengde på opp til ca. 30 mg/l om sommeren i Osaka, Japan), reagerer aluminium og vannet i atmosfære på overflaten av det-smeltede metallet (2Å1 + 3H20 > ÅI2O3 + 3H2), dette gir opphav til det problemet at det resulterende hydrogenet trenger inn i smeiten. Overflaten av smeltet aluminium som får stå dekkes vanligvis med et kompakt aluminiumoksydbelegg, slik at vannet i atmosfæren ikke får reagere med aluminiumet. Når en behandlingsgass som en inertgass eller klorgass, imidlertid tvinges inn i smeltet aluminium vil de frigjorte boblene flyte til overflaten av smeiten og forstyrre overflaten og bryte aluminiumoksydbelegget over den smeltede overflaten, derved eksponeres smeiten mot atmosfæren i det stedet hvor belegget er oppbrutt. Vannet i atmosfæren reagerer deretter med aluminium før et nytt oksydbelegg er dannet ved den oppbrutte delen, derved produseres hydrogengass og gassen får trenge inn i smeiten.

Det er en foreslått en fremgangsmåte der en lukket behandl ingsbeholder benyttes for å holde det smeltede aluminiumet, en inertgass fylles inn i beholderen over overflaten av det smeltede aluminiumet som er plassert der, og en behandlingsgass innføres i smeiten samtidig som gassatmosfæren holdes ved et .trykk som er høyere enn atmosfæretrykket (US-PS 3 870 511). Denne fremgangsmåten krever imidlertid en stor mengde inertgass og er derfor dyr å gjennomføre.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fjerning av hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger fra smeltet aluminium ved innføring av en behandlingsgass i det smeltede aluminiumet, hvori vanninnholdet i en atmosfære over overflaten av det smeltede aluminiumet reduseres for å redusere mengden hydrogengass som oppstår ved reaksjonen mellom aluminiumet og vannet i atmosfæren, med det resultatet at det oppnås en forbedret effektivitet for fjerning av hydrogengass.

Et annet formål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en prosess som ikke-innbefatter nødvendigheten av å anvende en dyr inertgass og som derfor kan. utføres, med lave_ kostnader.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for behandling av smeltet aluminium for å fjerne hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger, og denne fremsgangsmåte karakteriseres ved at den innbefatter at det over overflaten av smeltet aluminium i en behandlingsbeholder hvor det smeltede aluminiumet er plassert, til-veiebringes en atmosfære av luft som har et duggpunkt på under —30"C, og er tilveiebragt ved kompresjon av atmosfæren og ved at den komprimerte atmosfæren føres gjennom en avfuktningsinnretning inneholdende syntetisk zeolitt og holdes slik, innføring av en behandlingsgass i det smeltede aluminium og fjerning av flytende ikke-metalliske inneslutninger og behandlingsgass inneholdende hydrogengass fra overflaten av smeiten.

Ifølge denne fremgangsmåten reduseres vanninnholdet i en atmosfære over overflaten av det smeltede aluminiumet plassert i behandlingsbeholderen, slik at vannet i betydelig grad forhindres fra å reagere med aluminiumet, derved reduseres mengden hydrogengass som oppstår fra reaksjonen, slik at det oppnås en forbedret effektivitet for fjerning av hydrogengass. I tillegg kan foreliggende oppfinnelse utføres uten anvendelse av dyre inertgasser som konvensjonelt er påkrevet.

Luft med et lavere duggpunkt enn atmosfæren som benyttes under behandlingen oppnås f.eks. ved komprimering av atmosfæren med en kompressor og at den komprimerte luften føres gjennom en avfuktningsinnretning inneholdende et tørkemiddel. Duggpunktet for den oppnådde luften er fortrinnsvis under -30°C, men denne verdien er ikke begrensende. Et hvilket som helst kjent tørkemiddel kan anvendes som tørkemiddel i avfuktningsinnrentingen. Blant andre midler er syntetisk zeolitt foretrukket. I tilfellet hvor det behandlede smeltede aluminiumet benyttes for fremstilling av magnetiske skiver, fotofølsomme tromler, kompoundtråder, roterende poligonspeil for laserstråleskrivere eller lignende instrumenter; partikkelakselrerende rør for synkrotroner; vakuumutstyr for prepareringsinnretninger for tynn film, overflateanalysatorer, kjernefusjonsapparaturer og lignende; aluminiumfolier av høy renhet; og fly eller lignende, er hydrogengassinnholdet i den behandlede smeiten fortrinnsvis, f.eks. ca. 0,10 cm<3>/100 g Al. Det er fortrinnsvis ca. 0,05 cm<3>/100 g Al, spesielt for fremstilling av partikkelakselrerende rør. I disse tilfellene er duggpunktet for atmosfæren (luften) i behandlingsbeholderen fortrinnsvis regulert til under -50°C.

Delen over overflaten av det smeltede aluminiumet i behandl ingsbeholderen utgjøres av en atmosfære av luft som har et lavere duggpunkt enn normalatmosfæren, og denne holdes uendret, f.eks. ved kontinuerlig eller med visse mellomrom å tilføre nevnte luft til atmosfæren fra yttersiden av reaktoren under behandlingsfremgangsmåten, og videre ved å øke luftdensiteten i behandlingsbeholderen slik at normalatmosfæren får slippe inn i behandlingsbeholderen i minst mulig grad.

Nyttige behandlingsgasser som kan innføres i smeltet aluminium er forskjellige gasser som inertgasser og klorgass, som vanligvis anvendes for fjerning av hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger fra smeltede metaller.

Hydrogengassen inne i det smeltede aluminiumet diffunderer gjennom boblene av behandlingsgassen og fanges deri når disse boblene beveger seg oppover gjennom smeiten til overflaten, hvorpå hydrogengassen frigis til atmosfæren. De ikke-metalliske inneslutningene i det smeltede aluminiumet føres til skumlaget over overflaten av det smeltede metallet ved hjelp av boblene av behandlingsgass. Den hydrogenholdige behandl ingsgassen frigis til atmosfæren og skumlaget som inneholder de ikke-metalliske inneslutningene fjernes ved en egnet kjent fremgangsmåte. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er tilnærmet sammenlignbar med den konvensjonelle prosessen når det gjelder effektivitet for fjerning av de ikke-metalliske inneslutningene.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i større detalj under henvisning til tegningene.

Fig. 1 er et vertikalt tverrsnitt som viser en utførelse av en apparatur for anvendelse ved foreliggende fremgangsmåte for behandling av smeltet aluminium;

fig. 2 er en grafisk fremstilling som viser resultatene oppnådd i eksemplene 1 til 4 og sammenligningseksempel 1, som viser relasjonen mellom behandlingstiden for hydrogengass-fjerning og hydrogengass-innholdet i den behandlede smeiten; og

fig. 3 er en grafisk fremstilling som viser resultatene oppnådd i eksemplene 5 til 7 og sammenligningseksempel 2, som illustrerer en tilsvarende relasjon.

Med referanse til fig. 1 som viser en utførelse av innretning for anvendelse ved behandling av smeltet aluminium ifølge foreliggende oppfinnelse er det smeltede aluminiumet 1, som skal behandles og som inneholder hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger, plassert i en behandlingsbeholder 2 i et nivå som befinner seg noe under den øvre avslutningen av beholderen 2. Beholderen 2 har en åpning i den øvre enden som er lukket med et lokk 3. Lokket 3 er utformet med et sentralt hull 4 som er lukket med en fjernbar plugg 5. Hullet 4 har en slik størrelse at det tillater at rotoren 4, som skal beskrives nedenfor, kan passere gjennom. Pluggen 5 har en sentral utboring 6, hvori gjennom en roterende aksel 7 føres. Den roterende akslingen 7 roteres ved hjelp av en motor 8. Den roterende akslingen 7 er i det indre utstyrt med en tilførselskanal 9 for behandlingsgass som strekker seg vertikalt gjennom akslingen. Den øvre enden av kanalen 9 står i kontakt med en ikke vist innretning for tilførsel av behandlingsgasser. Den roterende akslingen 7 har en nedre del som forløper nær bunnen av behandlingsbeholderen 2, hertil er rotoren 10 festet ved enden av akslingen. Rotoren 10 er utformet med et sentralt utløp 11 i bunnen for avblåsning av behandlingsgassen, som befinner seg i kontakt med behandlingsgass-tilførselskanalen 9 ved den øvre enden av denne. Rotoren 10 er utstyrt med et stort antall vertikale fordypninger 12 langs periferien i en gitt avstand fra hverandre. Den øvre enden av hver vertikal fordypning 12 er åpen inn i den øvre overflaten av rotoren 10, mens den nedre enden strekker seg inn i den nedre overflaten av sistnevnte. Den roterende akslingen 7 og rotoren 10 utgjør en innretning 13 for innføring av behandlingsgasser. På den høyre siden av hullet 4 strekker det seg et rør 14 for tilførsel av luft med duggpunkt lavere enn atmosfæren på en . fast måte gjennom lokket 3. Tilførselsrøret 14 er forbundet med avfuktningsinnretningen 16. Avfuktningsinnretningen 16 inneholder et tørkemiddel (ikke vist) innbefattende syntetisk zeolitt. På den venstre siden av hullet 4 er et ventilasjonsrør 15 ført gjennom lokket 3. Ventilasjonsrøret 15 er tilveiebrakt for å fjerne atmosfæren som opprinnelig er tilstede i behandlingsbeholderen, denne føres ut fra behandlingsbeholderen 2 ved hjelp av luften med lavere duggpunkt som tilføres i behandl ingsbeholderen 2 gjennom tilførselsrøret 14 før utførelsen av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse startes. Ventilasjonsrøret 15 tjener også til å slippe ut overskudd av luft med lavere duggpunkt som tilføres i behandlingsbeholderen 2 under behandlingsprosedyrene, såvel som overskudd av behandlingsgassen, fra behandlingsbeholdren 2. Tilførselsrøret 14 og ventilasjonsrøret 15 har begge en nedre ende som befinner seg over overflaten av det smeltede aluminiumet.

Med apparaturen som er beskrevet tilføres luft med lavere duggpunkt enn normalatmosfæren gjennom tilførselsrøret 14 fra tilførselsinnretningen 16 for luft med lavt duggpunkt til delen som befinner seg over overflaten av det smeltede aluminiumet plassert i behandlingsbeholderen, derved utgjøres atmosfæren av luft med lavere duggpunkt enn normalatmosfæren. Deretter tvinges en behandlingsgass inn i det smeltede aluminiumet 1 fra utløpet 11 mens akslingen 7 roteres aksielt ved hjelp av motoren 8 som får rotoren 10 til å rotere. Gassen tilføres fra tilførselsinnretningen for behandlingsgass til utløpet 11 gjennom kanalen 9. Gassen tilføres videre fra de nedre åpningene av utløpet 11 ved bunnen av rotoren 10. Ved hjelp av sentrifugalkraften som oppstår ved rotasjonen av rotoren 10 og virkningen av de vertikale fordypningene 12, frigjøres behandlingsgassen i form av fine bobler fra omkretsen av rotoren 10, slik at den diffunderer gjennom hele massen av det smeltede aluminiumet 1.

Eksempler 1-4 og saniTTifmi igningseksempel 1

Innretningen vist i fig. 1 ble benyttet i disse eksemplene. En mengde på 500 kg smeltet aluminium med renhet 99,99 vekt-# ble plassert i behandl ingsbeholderen 2 og holdt ved 700 til 730" C. Det ble tilført fire typer luft med forskjellige duggpunkt som angitt i tabell 1, gjennom tilførselsrøret 14 til en atmosfære over overflaten av smeiten 1 (eksempler 1-4) eller det ble ikke tilført noen luft (sammenl igningseksempel 1), Ar-gass ble tvunget inn i smeiten 1 ved en hastighet på 200 l/min., gjennom tilførselskanalen 9 og utløpet 11 fra tilførselsinnretningen for behandlingsgass mens akslingen 7 ble rotert ved hjelp av rotoren 8 med en hastighet på 700 opm. For å bestemme effektiviteten av fjerningen av hydrogengass fra smeiten 1 ble hydrogengass-innholdet i smeiten 1 målt ved hjelp av Telegas-fremgangsmåten. Fig. 2 viser relasjonen som derved ble fastslått mellom behandlings-siden for hydrogengass-fjerning og hydrogengass-innholdet i den behandlede smeiten.

Eksempler 5- 7 og sammenligningseksempel 2

Behandlingen for hydrogengassfjerning ble gjennomført på samme måte som i de ovenfor nevnte eksemplene 1-4 og sammenligningseksempel 1, bortsett fra at en mengde på 500 kg av A6063 legeringssmelte 1 ble plassert i behandlingsbeholderen 2 og den tilførte luften, og duggpunktet for atmosfæren, er gjengitt i tabell 2.

På tilsvarende måte som i eksemplene 1-4 og sammenligningseksempel 1 ble relasjonen mellom fjerningstiden for hydrogengass og hydrogengass-innholdet i den behandlede smeiten bestemt. Resultatene fremgår av fig. 3.

Det fremgår fra figurene 2 og 3 at når behandlingen utføres samtidig som det tilføres tørrluft til en atmosfære over smeiten 1 i behandlingsbeholderen 2 forbedres effektiviteten for fjerningen i betydelig grad sammenlignet med det tilfellet hvor fjerningen av- hydrogengass bevirkes i en normal atmosfære. Det skal videre understrekes at jo lavere duggpunktet for den tørre luften som tilføres er, eller jo lavere vanninnholdet i den tørre luften er, jo høyere er effektiviteten for hydrogengass-fjerning.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for behandling av smeltet aluminium for å fjerne hydrogengass og ikke-metalliske inneslutninger, karakterisert ved at den innbefatter at det over overflaten av smeltet aluminium i en behandlingsbeholder hvor det smeltede aluminiumet er plassert, til-veiebringes en atmosfære av luft som har et duggpunkt på under —30 °C, og er tilveiebragt ved kompresjon av atmosfæren og ved at den komprimerte atmosfæren føres gjennom en avfuktningsinnretning inneholdende syntetisk zeolitt og holdes slik, innføring av en behandlingsgass i det smeltede aluminium og fjerning av flytende ikke-metalliske inneslutninger og behandlingsgass inneholdende hydrogengass fra overflaten av smeiten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at luften i nevnte atmosfære har et duggpunkt på under -50°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at behandlingsgassen innføres i det smeltede aluminiumet ved hjelp av en injektor innbefattende en roterende aksling og en rotor festet til den nedre enden av den roterende akslingen, hvor den roterende akslingen er neddykket i smeltet aluminium og har en indre tilførselskanal for behandlingsgass, hvor rotoren omfatter et utløp for behandlingsgass i forbindelse med gasstilførselskanalen, og rotoren roteres samtidig som behandlingsgass. tilføres til gasstilførselskanalen for å tvinge gjenværnde behandlingsgass fra gassutløpet inn i det smeltede aluminiumet.