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Gasabgebender fester Formkörper zur Behandlung von Metallschmelzen
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Tablettenschiedenem Schmelzpunkt besteht, wobei der eine Stoff einen unter dem Schmelzpunkt des flüssigen Metalls liegenden Schmelzpunkt aufweist und sich mit dem andern Stoff bei der Temperatur des geschmolzenenMetalls zu einer Verbindung vereinigt, deren Schmelzpunkt über demjenigen der Metallschmelze liegt, oder weil es ein Salz mit niedrigem Schmelzpunkt enthält, das sich bei der Temperatur der Metallschmelze unter Gasentwicklung zersetzt und einen Rückstand bildet, dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des flüssigen Metalls ist. Das entwickelte Gas gelangt dabei in Form von kleinen Blasen in die Schmelze.
Kleine Blasen steigen langsamer als grosse Blasen in der Metallschmelze hoch und sind infolgedessen wirksamere Behandlungsmittel, weil sie während längerer Zeit mit der Schmelze in Berührung bleiben und eine grössere Gesamtberührungsfläche mit der Schmelze ergeben.
Das feinkörnige Material kann zur Gänze aus Salzen bestehen, wenn diese beim Sintern ein zusammenhängendes Produkt ergeben. Es kann aber auch mit den Salzen ein Füllstoff verwendet werden, so dass durch Sintern dieser Füllstoff ein zusammenhängendes Produkt ergibt.
Bei diesem Verfahren bestehen verschiedene Möglichkeiten. Wenn das spezifische Gewicht des Füllstoffes so hoch ist, dass das spezifische Gewicht der Gesamtmasse grösser als das spezifische Gewicht der Metallschmelze ist, z. B. um 0, 2 oder 0, 3 grösser, sinkt die Masse von selbst in die Schmelze ein. Derartige geeignete Stoffe sind z. B. Zirkoniumsilikat und Bariumsulfat.
Wenn dagegen das spezifische Gewicht nicht so hoch ist, dass die Masse in der Schmelze niedersinkt (selbstsinkend), muss sie unter die Oberfläche der Schmelze getaucht werden.
Wenn keine selbstsinkendeMasse verlangt wird, kann ein leichter Stoff wie gemahlene Schamotte, die sehr billig ist, als Füllstoff verwendet werden. Es können aber auch andere Füllstoffe Verwendung finden, z. B. Sand, Sillimanit, Magnesit und Natriumchlorid. Der Gewichtsanteil des Füllstoffes kann in weiten Grenzen schwanken und einen wesentlichen Teil der Gesamtmasse bilden, z. B. bis zu 90, vorzugsweise 30-80 Gew.-lo. So stellt ein Gemisch aus 40-60go gemahlener Schamotte (sinternde Salze) und als Rest Hexachloräthan ein sehr wirksames und trotzdem relativ viel billigeres Entgasungsmaterial als Hexachlor- äthan allein dar.
Im allgemeinen ist es wünschenswert, einen Füllstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit zu verwenden, weil es in diesem Falle länger dauert, bis die Tablette zerfällt, da der Wärmefluss nach der Mitte der Tablette hin verzögert wird. Daher werden feuerbeständige oder wärmeisolierende Füllstoffe oft vorgezogen.
WennFe-Mn als Füllstoff verwendet wird, ist die Anwesenheit von Baryt erwünscht, um Einschlüsse und Verunreinigungen beim Legieren zu verhindern.
Die erfindungsgemässenMassen können auch andere, kein Gas abspaltende Behandlungsstoffe enthalten, z. B. kornverfeinernde Stoffe wie Kaliumborfluorid. Das Kaliumborfluorid zersetzt sich beim Schmelzen in gasförmiges Bortrifluorid (BF3) und in Kaliumfluorid, das bei diesen Temperaturen fest ist. Das feste Kaliumfluorid legt sich in schmieriger Form über die Teilchen und zementiert die Tablette zusammen. Ausserdem schützt der auf die Tablette wirkende Druck der Schmelze die Tablette vor dem Auseinanderfallen.
Die feuerbeständige Stoffe enthaltenden Massen neigen mitunter dazu, bei der Gasentwicklung zu zerfallen undhiebei je nach ihrem spezifischenGewicht entweder alsSchlamm auf denBoden der Schmelze zu sinken, oder in der Metallschmelze in Schwebe zu bleiben, oder zusammen mit der Schlacke an die Badoberfläche zu steigen. Wenn dies auch ohne Wirkung auf das Metall bleiben kann, können sich doch mitunter Einschlüsse im gegossenen Metall bilden. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden, weil die Massen mit der Entgasung gleichzeitig zu einer zusammenhängenden Form gesintert sind.
Dabei können zwei oder mehrere Salze oder Verbindungen von verschiedenem Schmelzpunkt verwendet werden, von denen die einen einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Metallschmelze besitzen und zusammen mit den ändern bei der Temperatur des flüssigen Metalls eine Verbindung mit höherem Schmelzpunkt als die
Metallschmelze bilden. Geeignete Tabletten bestehen z. B. aus Natrium-oder Kaliumborfluorid oder einer
Mischung hievon als Bestandteil mit niedrigerem Schmelzpunkt und Natriumfluorid als höher schmelzender
Bestandteil. Auch kann Borax als Bestandteil mit dem niedrigeren Schmelzpunkt und Calciumfluorid oder andere Salze oder feuerbeständige Stoffe als höher schmelzender Bestandteil gewählt werden.
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist in der den gasentwickelnden Stoff und den feuer- beständigen Stoff oder einen andern chemischen Stoff enthaltenden Masse auch ein Salz mit niedrigem
Schmelzpunkt vorhanden, das sich bei der Temperatur der Metallschmelze unter Gasentwicklung zersetzt und einen Rückstand hinterlässt, dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des Metalls ist. Als Beispiel eines solchen Salzes wird Natriumsilicofluorid genannt, das Siliziumtetrafluoridgas abspaltet und Natriumfluorid alsRückstand hinterlässt, der hochschmelzend und bei der Temperatur des geschmolzenen Aluminiums oder
Magnesiums oder deren Legierungen fest ist.
Nach einem weiterenMerkmal der Erfindung ist ein fester Körper vorgesehen, der ein Entgasungsmittel und einen feuerbeständigen oder andern chemischen Stoff enthält, wobei das Behandlungsmittel Chlor oder
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ein anderes entgasendes Gas abgibt. Infolgedessen wird der Körper leichter als das Metall, in das er eingebracht worden ist, so dass er an die Oberfläche steigt. Ein solcher fester Körper kann aus Hexachloräthan im Gemisch mit einem feuerbeständigen Stoff und den erwähnten sinternden Salzen bestehen, wobei die Menge der Bestandteile sowie der Pressgrad anfänglich so eingeregelt werden, dass nach der Zersetzung des Entgasungsmittels das spezifische Gewicht des Rückstandes zu einem Ansteigen zur Badoberfläche führt.
Wenn die Masse kein höheres spezifisches Gewicht als die Schmelze besitzt, in die sie eingebracht werden soll, muss sie unter die Badoberfläche getaucht werden. Erfindungsgemäss kanndiesbesonders vorteilhaft in der Weise geschehen, dass die Masse zu einem flachen Zylinder mit einer mittleren Öffnung geformt wird. Mittels dieser Öffnung kann die Masse dann auf eine Stange geschraubt werden, wobei Anschläge vorgesehen sind, damit sie nicht an der Stange hochklettert, wenn sie in die Metallschmelze eingetaucht wird. Gegebenenfalls kann die Stange auch in einer zylindrischen offenen Spule enden, in welcher ein aus der Masse bestehender Körper angebracht wird.
Die vorstehend genannten Stoffe und erwähnten Arbeitsverfahren ergeben grosse Vorteile. So wird infolge der Verdünnung des Behandlungsstoffes in Verbindung mit einer gesteigerten Wirkung ein bedeutender wirtschaftlicher Gewinn erzielt. Gleichzeitig wird die Menge der entwickelten Dämpfe und Schlacken verringert, was ebenfalls von wesentlicher Bedeutung ist.
Diese Stoffe und Verfahren können bei der Entgasung von Metallschmelzen verschiedener Art, z. B. von Schmelzen aus Aluminium, Magnesium, Kupfer oder Legierungenaus irgendwelchen dieser Metalle Anwendung finden.
Hexachloräthan ist das geeignete Entgasungsmittel für niedrig schmelzende Legierungen ; aber auch andere Stoffe, z. B. organische Brom - und Jodverbindungen wie Tetrabromäthylen und Polytetrafluoräthylen können ebenfalls verwendet werden und im allgemeinen ist jeder feste vollständig halogenierte Kohlenwasserstoff geeignet. Jedes dieser Entgasungsmittel aus halogenierten Kohlenwasserstoffen kann ein Oxydationsmittel enthalten, um mit dem während der Zersetzung derartiger halogenierter Kohlenwasserstoffe gebildeten Kohlenstoff in Reaktion zu treten. Geeignete Oxydationsmittel sind Chlorate, Perchlorate und Nitrate der Alkali-und Erdalkalimetalle.
Auch andere Stoffe alsEntgasungsmittel können als Behandlungsmittel Anwendung finden, z. B. Sauerstoff, Wasserdampf und Wasserstoff entwickelnde Stoffe.
Die nachstehend wiedergegebenen Beispiele, bei denen die Einzelmengen in Gewichtsprozenten angegeben sind, sollen zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes dienen.
1. Entgasungsm asse in Tablettenform :
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<tb>
<tb> Bestandteil <SEP> Bevorzugter <SEP> Bereich
<tb> Hexachloräthan <SEP> 69 <SEP> bis <SEP> 20% <SEP> 49 <SEP> bis <SEP> 25%
<tb> Kaliumnitrat <SEP> l <SEP> bis <SEP> 5% <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 5%
<tb> Natriumchlorid <SEP> 30 <SEP> bis <SEP> 801o <SEP> 50 <SEP> bis <SEP> 75tu0
<tb>
Eine typische Masse enthält folgende Bestandteile :
EMI3.2
<tb>
<tb> Hexachloräthan <SEP> 330/0
<tb> Kaliumnitrat <SEP> 2"/0
<tb> Natriumchlorid <SEP> 65%
<tb>
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2.
Entgasungsmittel von relativ hohem spezifischem Gewicht in Tablettenform-
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<tb>
<tb> Optim <SEP> albereich <SEP>
<tb> Hexachloräthan <SEP> 49 <SEP> bis <SEP> 10% <SEP> 14 <SEP> bis <SEP> 30%
<tb> Füllstoff <SEP> 50 <SEP> bis <SEP> 90% <SEP> 85 <SEP> bis <SEP> 70%
<tb> Sintersalze <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 151o <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 151a <SEP>
<tb>
Als Füllstoff dient hiebei Zirkonsand, ein schweres Metalloxyd, Kupfer oder Ferromangan.
Wenn als Füllstoff ein Metall wie Kupfer oder Ferromangan verwendet wird, kann es erwünscht sein, dem Füllstoff einen feuerbeständigen Stoff wie Bariumsulfat oder Zirkonsilikat zuzugeben, um eine Legierungsbildung oder die Bildung von Einschlüssen in der Metallschmelze zu verhindern.
Eine besonders gut geeignete Zusammensetzung ist hiebei folgende :
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<tb>
<tb> Hexachloräthan <SEP> 25%
<tb> Ferromangan <SEP> 45%
<tb> Baryt <SEP> 27%
<tb> Sintersalze <SEP> 3%
<tb>
(Gemisch von Natrium-oder Kaliumborfluorid und Natriumfluorid).
In diesem Falle ist es möglich, die Sintersalze sogar wegzulassen. Tatsächlich hängt das verbleibende Produkt auch ohne die Sintersalze fest zusammen. Hexachloräthan zerfällt in der Schmelze und eines der Zerfallprodukte ist Kohlenstoff. Teile dieses Kohlenstoffes setzen sich auf der Oberfläche der Tablette ab, was zusammen mit dem Druck der Schmelze ausreicht, um die Tablette zusammenzuhalten.
Eine Legierungsbildung zwischen geschmolzenem Aluminium und Ferromangan wird verhindert, weil das Baryt in der Tablette sehr gut verteilt und bestrebt ist, eine Schicht auf dem Ferromangan zu bilden. Da das Baryt durch das geschmolzene Aluminium bei der Schmelztemperatur nicht angegriffen wird, verhindert es auf diese Weise bis auf kleine Stellen die Berührung des geschmolzenen Metalls mit dem Ferromangan. Die Auflösung des Ferromangans im Aluminium ist daher verhindert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gasabgebender fester Formkörper zur Behandlung von Metallschmelzen, der einen bei der Temperatur des geschmolzenen Metalls Gase entwickelnden festen Stoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem verdichteten Gemisch des gasabgebenden festen Stoffes mit bis zu 90 Gew.
do, vorzugsweise 30-80 Gew.-o (bezogen auf das Gesamtgewicht) eines feinkörnigen Materials besteht, welches bei der herrschenden hohen Temperatur selbstsintemd ist, da es aus zwei Stoffen mit verschiedenem Schmelzpunkt besteht, wobei der eine Stoff einen unter dem Schmelzpunkt des flüssigen Metalls liegenden Schmelzpunkt aufweist und sich mit dem andern Stoff bei der Temperatur des geschmolzenen Metalls zu einer Verbindung vereinigt, deren Schmelzpunkt über demjenigen der Metallschmelze liegt, oder weil es ein Salz mit niedrigem Schmelzpunkt enthält, das sich bei der Temperatur der Metallschmelze unter Gasentwicklung zersetzt und einen Rückstand bildet, dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des flüssigen Metalls ist.
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Gas-emitting solid shaped body for the treatment of metal melts
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Tablets having a melting point, one substance having a melting point below the melting point of the liquid metal and combining with the other substance at the temperature of the molten metal to form a compound whose melting point is above that of the molten metal, or because it is a salt with a low melting point which decomposes at the temperature of the molten metal with evolution of gas and forms a residue whose melting point is higher than that of the liquid metal. The evolved gas enters the melt in the form of small bubbles.
Small bubbles rise more slowly than large bubbles in the molten metal and are consequently more effective treatment agents because they remain in contact with the melt for a longer period of time and result in a larger total area of contact with the melt.
The fine-grained material can consist entirely of salts if these result in a coherent product during sintering. However, a filler can also be used with the salts, so that this filler results in a coherent product through sintering.
There are several options for this procedure. If the specific gravity of the filler is so high that the specific gravity of the total mass is greater than the specific gravity of the molten metal, e.g. B. by 0, 2 or 0, 3 larger, the mass sinks by itself into the melt. Such suitable substances are, for. B. zirconium silicate and barium sulfate.
If, on the other hand, the specific weight is not so high that the mass in the melt sinks (self-sinking), it must be immersed below the surface of the melt.
If a self-sinking mass is not required, a light material such as ground chamotte, which is very cheap, can be used as the filler. However, other fillers can also be used, e.g. B. sand, sillimanite, magnesite and sodium chloride. The weight fraction of the filler can vary within wide limits and form a substantial part of the total mass, e.g. B. up to 90, preferably 30-80 wt. A mixture of 40-60 g of ground chamotte (sintering salts) and the remainder hexachloroethane is a very effective and yet relatively much cheaper degassing material than hexachloroethane alone.
In general, it is desirable to use a filler with low thermal conductivity because in this case it takes longer for the tablet to disintegrate because the flow of heat is retarded towards the center of the tablet. Therefore, fire-resistant or heat-insulating fillers are often preferred.
When Fe-Mn is used as a filler, the presence of barite is desirable to prevent inclusions and impurities in alloying.
The compositions according to the invention can also contain other non-gas-releasing treatment substances, e.g. B. grain refining substances such as potassium borofluoride. The potassium boron fluoride decomposes when it melts into gaseous boron trifluoride (BF3) and into potassium fluoride, which is solid at these temperatures. The solid potassium fluoride settles in a greasy form over the particles and cements the tablet together. In addition, the pressure of the melt acting on the tablet protects the tablet from falling apart.
The masses containing fire-resistant substances sometimes tend to disintegrate during the development of gas and, depending on their specific weight, either sink as a sludge to the bottom of the melt, or remain suspended in the metal melt, or rise to the surface of the bath together with the slag. Even if this has no effect on the metal, inclusions can sometimes form in the cast metal. This disadvantage is avoided by the invention because the masses are simultaneously sintered to a coherent shape with the degassing.
Two or more salts or compounds of different melting points can be used, one of which has a lower melting point than the molten metal and, together with the others, a compound with a higher melting point than that at the temperature of the liquid metal
Form metal melt. Suitable tablets consist e.g. B. from sodium or potassium boron fluoride or a
Mixture of these as a component with a lower melting point and sodium fluoride as a higher melting point
Component. Borax can also be selected as the constituent with the lower melting point and calcium fluoride or other salts or fire-resistant substances as the higher-melting constituent.
In a further development of the subject matter of the invention, the compound containing the gas-evolving substance and the fire-resistant substance or another chemical substance also contains a salt with a low salt
Melting point present, which decomposes at the temperature of the metal melt with evolution of gas and leaves a residue whose melting point is higher than that of the metal. An example of such a salt is sodium silicofluoride, which splits off silicon tetrafluoride gas and leaves sodium fluoride as a residue, which has a high melting point and is at the temperature of the molten aluminum or
Magnesium or its alloys is solid.
According to a further feature of the invention there is provided a solid body which contains a degassing agent and a fire-resistant or other chemical, the treating agent being chlorine or
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emits another degassing gas. As a result, the body becomes lighter than the metal into which it has been placed, so that it rises to the surface. Such a solid body can consist of hexachloroethane mixed with a fire-resistant substance and the mentioned sintering salts, the amount of the components and the degree of compression being initially regulated so that after the decomposition of the degassing agent, the specific gravity of the residue leads to an increase in the bath surface .
If the mass does not have a specific weight higher than the melt into which it is to be introduced, it must be immersed under the bath surface. According to the invention, this can be done particularly advantageously in such a way that the mass is shaped into a flat cylinder with a central opening. By means of this opening, the mass can then be screwed onto a rod, stops being provided so that it does not climb up the rod when it is immersed in the molten metal. If necessary, the rod can also end in a cylindrical open coil, in which a body made of the mass is attached.
The above-mentioned substances and working methods give great advantages. As a result of the dilution of the treatment substance in connection with an increased effect, a significant economic gain is achieved. At the same time, the amount of vapors and slags evolved is reduced, which is also essential.
These substances and processes can be used in the degassing of metal melts of various types, e.g. B. melts of aluminum, magnesium, copper or alloys of any of these metals find application.
Hexachloroethane is the suitable degassing agent for low-melting alloys; but also other substances, e.g. B. organic bromine and iodine compounds such as tetrabromoethylene and polytetrafluoroethylene can also be used and in general any solid fully halogenated hydrocarbon is suitable. Each of these halogenated hydrocarbon degassing agents may contain an oxidizer to react with the carbon formed during the decomposition of such halogenated hydrocarbons. Suitable oxidizing agents are chlorates, perchlorates and nitrates of the alkali and alkaline earth metals.
Substances other than degassing agents can also be used as treatment agents, e.g. B. Oxygen, water vapor and hydrogen evolving substances.
The examples given below, in which the individual amounts are given in percent by weight, are intended to serve to further explain the subject matter of the invention.
1. Degassing device in tablet form:
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<tb>
<tb> Part of <SEP> Preferred <SEP> area
<tb> hexachloroethane <SEP> 69 <SEP> to <SEP> 20% <SEP> 49 <SEP> to <SEP> 25%
<tb> Potassium nitrate <SEP> l <SEP> to <SEP> 5% <SEP> 1 <SEP> to <SEP> 5%
<tb> Sodium chloride <SEP> 30 <SEP> to <SEP> 801o <SEP> 50 <SEP> to <SEP> 75tu0
<tb>
A typical mass contains the following components:
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<tb>
<tb> hexachloroethane <SEP> 330/0
<tb> Potassium Nitrate <SEP> 2 "/ 0
<tb> sodium chloride <SEP> 65%
<tb>
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2.
Degassing agent of relatively high specific weight in tablet form-
EMI4.1
<tb>
<tb> Optim <SEP> al area <SEP>
<tb> Hexachloroethane <SEP> 49 <SEP> to <SEP> 10% <SEP> 14 <SEP> to <SEP> 30%
<tb> Filler <SEP> 50 <SEP> to <SEP> 90% <SEP> 85 <SEP> to <SEP> 70%
<tb> Sinter salts <SEP> 1 <SEP> to <SEP> 151o <SEP> 1 <SEP> to <SEP> 151a <SEP>
<tb>
Zircon sand, a heavy metal oxide, copper or ferromanganese are used as fillers.
If a metal such as copper or ferromanganese is used as the filler, it may be desirable to add a fire-resistant substance such as barium sulfate or zirconium silicate to the filler in order to prevent alloying or the formation of inclusions in the molten metal.
A particularly suitable composition is the following:
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<tb>
<tb> hexachloroethane <SEP> 25%
<tb> Ferromanganese <SEP> 45%
<tb> barite <SEP> 27%
<tb> sinter salts <SEP> 3%
<tb>
(Mixture of sodium or potassium borofluoride and sodium fluoride).
In this case it is possible even to omit the sintered salts. In fact, the remaining product is tightly connected even without the sintered salts. Hexachloroethane decomposes in the melt and one of the decomposition products is carbon. Parts of this carbon are deposited on the surface of the tablet, which, together with the pressure of the melt, is sufficient to hold the tablet together.
Alloy formation between molten aluminum and ferromanganese is prevented because the barite is very well distributed in the tablet and tries to form a layer on the ferromanganese. Since the barite is not attacked by the molten aluminum at the melting temperature, it prevents the molten metal from coming into contact with the ferromanganese except for small areas. The dissolution of the ferromanganese in the aluminum is therefore prevented.
PATENT CLAIMS:
1. Gas-emitting solid shaped body for the treatment of molten metal, which contains a solid substance which develops gases at the temperature of the molten metal, characterized in that it consists of a compressed mixture of the gas-emitting solid substance with up to 90 wt.
do, preferably 30-80% by weight (based on the total weight) of a fine-grained material, which is self-sintering at the high temperature, since it consists of two substances with different melting points, one of which is below the melting point of the liquid Metal has a melting point and unites with the other substance at the temperature of the molten metal to form a compound whose melting point is above that of the molten metal, or because it contains a salt with a low melting point, which decomposes at the temperature of the molten metal with evolution of gas and forms a residue whose melting point is higher than that of the liquid metal.