DE1927973B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ent fernung nichtmetallischer Einschlüsse aus Metallschmelzen, insbesondere Alu miniumschmelzen - Google Patents

Description

Metallschmelzen entfernen, wobei sich eine Reihe Der Vcmnreinigungseffekt von Stickstoff beim zusätzlicher sehr wesentlicher Vorteile ergibt. Durch Entgasen von Aluminium ist bekannt, und auf Grund die flüssige Flußmittelschicht auf dem Granulat wird dessen hat Stickstoff als Entgasungsmittel für AIudas Granulat nicht nur durch die Metallschmelze minium nur geringe praktische Verwendung gefunbenetzt, sondern die in der Metallschmelze befind- 5 den. Die Einschlüsse, die sich bei der Behandlung liehen Einschlüsse kommen mit der zähflüssigen von Aluminium mit Stickstoff ergeben, führen zu klebrigen Flußmittelschichl in Berührung und haften einer Blasenbildung, wenn eine Probe des flüssigen an dieser fest. Folglich werden die Einschlüsse in Metalls unter niedrigem Druck, beispielsweise im dem Bett zurückgehalten und lösen sich nicht wieder, Straube-Pfeiffer-Test erstarrt, selbst dann, wenn der wenn das BeH einer Erschütterung oder einer sonsti- 10 Wasserstoffgehalt des Metalls sehr niedrig ist. Folggen Einwirkung ausgesetzt ist. Auf Grund der grob- lieh kann das Fortschreiten der Gasentfernung durch körnigen Struktur des Bettes ergeben sich Vergleichs- Stickstoff nicht ohne weiteres durch diesen Test weise weite Durchflußkanäle, so daß keine besonde- erkannt werden. Statt dessen verwendet man teurere ren Schritte erforderlich sind, die Metallschmelze Entgasungsmiltel, beispielsweise Chlor und Hexazum Hindurchströmen zu veranlassen. Außerdem 15 chloräthan.

besteht nicht die Gefahr, daß das Granulatbett ver- Es hat sich nun gezeigt, daß der Verunreinigungs-

stopft wird. Die Metallschmelze fließt durch das Bett effekt durch Stickstoff erheblich verringert werden

hindurch, ohne daß ein besonderer hydrostatischer kann, wenn gemäß der zuvor geschilderten Ausfüh-

Druck angewendet werden muß. rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor-

Vorzugsweise ist das Granulat aus Aluminium- 20 gegangen wird. Als inertes Gas kommen neben

oxid gebildet und hat zweckmäßig die Form von Stickstoff aber auch Argon, Kohlenmonoxid und

Kugeln, die einen Durchmesser in der Größenord- Kohlendioxid in Frage.

nung von 19 mm besitzen. Vorzugsweise läßt man Vorteilhaft fließt hierbei die Metallschmelze im

die Metallschmelze von oben nach unten durch das Gegenstrom zum Gas. Zweckmäßig läßt man die

Bett aus flußmittelüberzogenem Granulat strömen. 35 Metallschmelze durch wenigstens einen Teil der

Obgleich Versuche gezeigt haben, daß nur eine Flußmittelabdeckungsschicht in die Kammer strömen, geringe Tendenz besteht, daß das Flußmittel von in welcher der Auslaß des Gases angeordnet ist. der Metallschmelze bei deren Du.chgang durch das Man kann aber auch die Metallschmelze unterhalb Bett vom Granuiai entfernt wird, kanu die bdiaiidelic der FiuBniiueiabdcckuiig in die Kammer einsiröniL-ii Metallschmelze gewünschtenfalls von enthaltenem 30 lassen, in welcher der Auslaß des Gases angeordnet Chlorid dadurch befreit werden, daß man sie durch ist. Die Verfahrensführung kann hierbei so getroffen ein unüberzogenes Granulat hindurchleitet, beispiels- werden, daß man das Gas durch die Metallschmelze weise durch Aluminiumoxidkugeln, die leicht von in einem Behälter strömen läßt und die Metallauf Chloridbasis aufgebauten Flußmitteln benetzt schmelze danach in einen anderen Behälter leitet, werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die 35 in welchem das Bett aus flußmittelüberzogencm Gra-Entfernung nichtmetallischer Einschlüsse zwar sehr nulat enthalten ist. Es ist indessen aber auch möglich, wirkungsvoll, es ist jedoch weniger wirkungsvoll, das Gas in jener Kammer durch die Metallschmelze Zusammenschlüsse aus intermetallischen Teilchen, hindurchzulciten, welche auch das Bett aus flußz. B. titanreichen Teilchen, die in dem flüssigen mittelüberzogenem Granulat enthält.
Metall suspendiert sein können, zu entfernen. Zur 40 Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Entfernung dieser Teilchen läßt man gemäß einer Verfahrens geeignete Flußmittelgemische sind weiter Ausfühningsform der Erfindung die Metallschmelze unten in Tabelle I angegeben,
anschließend durch ein zweites Bett, das im wesenl- Vorzugsweise sollte das Gas, beispielsweise Sticklichen aus unüberzogenem feuerfestem Granulat stoff, in die Metallschmelze durch ein Rohr oder gebildet ist, strömen. Hierbei fallen die intermetalli- 45 einen Stein aus einem porösen, nicht kohlenstoffschen Verbindungen in den Zwischenräumen des haltigen, feuerfesten Material eingeleitet werden Die zweiten Bettes aus. Auch das Granulat: des zweiten größte Verunreinigung der Metallschmelze erhält Bettes kann aus Aluminiumoxidkugeln bestehen. man dann, wenn man das Gas durch ein poröses Diese haben zweckmäßig einen Mindestdurchmesser Graphit- oder Kohlenstoffrohr ohne eine Flußmittelvon 9,5 mm. vorzugsweise einen Durchmesser in der 50 abdeckung einleitet. Es lassen sich jedoch derartige Größenordnung von 19 mm. Vorzugsweise läßt man Kohlenstoffrohre verwenden, wenn eine Flußmitteldie Metallschmelze durch wenigstens einen Teil des abdeckung auf dem flüssigen Metall aufrechterhalten zweiten Bettes von unten nach oben strömen. Es wird und insbesondere dann, wenn das Metall ankann indessen aber auch zweckmäßig sein, daß man schließend durch eine Schicht groben feuerfesten die Metallschmelze wenigstens durch einen Teil des 55 Materials hindurchfließt, das mit einem Flußmittel zweiten Bettes in Abwärtsrichtung strömen läßt. Das überzogen ist. Selbst ein perforiertes Eisenrohr kann zweite Bett kann ji wenigstens zwei Teile unterteilt verwandt werden, jedoch ist das nicht besonders sein, wobei man die Metallschmelze durch ein Teil ratsam. Obgleich das flüssige Metall dadurch nicht in Abwärtsrichtung und durch das andere Teil in verunreinigt wird, so kann doch irgendeine Schutz-Aufwärtsrichtung strömen läßt. 60 schicht, die auf das Rohr aufgebracht ist, durch das

In einer weiteren Ausfühmngsform des erfindungs- Flußmittel benetzt werden, worauf schließlich das gemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß ein im Rohr durch das geschmolzene Aluminium angegriffen wesentlichen inertes Gas durch die Metallschmelze werden kann. Das Eisenrohr kann mit einem glasgeleitet wird, während auf der Oberfläche der Metall- artigen Emailleüberzug versehen sein, um den Angriff schmelze eine Schicht eines flüssigen Flußmittels 65 des flüssigen Aluminiums herabzusetzer.
aufrechterhalten wird, und daß man die Metall- Falls ein poröses kohlenstofffreies feuerfestes Rohr schmelze anschließend durch das Bett aus flußmittel- oder ein derartiger Stein zur Einleitung von Stickstoff überzogenem Granulat strömen läßt verwandt wird und eine Abdeckung aus einem flüssi-

gen Flußmittel auf die Obcrlläche des Metalls aufgebracht ist, tritt keine Verunreinigung des Metalls ein, ja sogar Metall, welches aus Versuchsgründen absichtlich verschmutzt wurde, beispielsweise durch Zugabe unes öligen Schleifstaubes und/oder durch eine Stickstoffbehandlung über ein Graphitrohr ohne Flußmittelabdeckung, läßt sich tatsächlich reinigen, indem man eine flüssige Flußmittelabdeckung vorsieht und das Metall mit Stickstof! begast. Je heftiger der Stickstoflstrom ist, um so größer ist die Reinigungswirkung wegen des erhöhten Kontaktes zwischen dem Metall und der Flußmittelabdeckung. Bei der konventionellen Behandlung von Aluminium vermittels Kohlcnstoffrohrcn ohne kontinuierliche Abdeckung durch ein flüssiges Flußmittel trat gerade das Gegenteil ein, nämlich je heftiger der Stickstoffstrom war, um so verunreinigter wurde das Metall. Wenn die Begasung mit Stickstof! durchgeführt wird unter Verwendung poröser, feuerfester Rohre, gibt es keine Schwierigkeiten, den Straube-Pfeiffer-Test zur Bestimmung des Fortschritts der Gasentfernung anzuwenden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines flußmittelüberzogenen groben feuerfesten Granulats und die Behandlung des Aluminiums mit Stickstoff wird eine in ein· - Stufe ablaufende Metallbehandlung ermöglicht, bei welcher auf der Eingangsseite flüssiges unbciiandeites Mciaii zugeführt wird und sich auf der Ausgangsscite eine gereinigte und entgaste Metallschmelze ergibt, die unmittelbar zur Herstellung von Barren oder Blöcken verwendet werden kann, die den anspruchsvollsten Verwendungszwecken zugeführt werden können.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgcmäßcn Verfahrens ist allgemein dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Kanälen für die hindurchströmende Metallschmelze enthält, die auf ihren Oberflächen mit einem Flußmittel überzogen sind. Die Vorrichtung ist hierbei vorteilhaft so ausgebildet, dall sie einen Behälter umfaßt, in den eine Trennwand hineinragt und den Behälter in wenigstens zwei Kammern unterteilt, daß in der ersten Kammer das Bett aus flußmittelüberzogenem Granulat enthalten ist, daß die Verbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer unterhalb des Einlasses der Metallschmelze liegt, so daß die Metallschmelze von einer Kammer zur anderen Kammer unter der Trennwand und durch das Granulat hindurchfließt. Hierbei kann in der zweiten Kammer ein Bett aus unüberzogenem feuerfestem Granulat enthalten sein.

In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist wenigstens ein weiteres Bett aus einem feuerfesten Granulat vorhanden, das im Strömungsweg der Metallschmelze nach der zweiten Kammer angeordnet ist.

Die Flußmittelabdeckung auf der Metallschmelze in der ersten Kammer ist zwischen Wänden eingeschlossen.

Die Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorkammer für die Metallschmelze vorgesehen ist, in der eine Schicht eines Flußmittels auf der Oberfläche der Metallschmelze liegt und in der Einrichtungen zur Einleitung eines inerten Gases ".tahalten sind, und daß die Vorkammer über eine Rinne mit der ersten Kammer des Behälters verbunden ist.

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen stellen dar F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Entgasung und Reinigung geschmolzenen Aluminiums gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine abgeänderte Ausgestaltungsform ähnlich der der Fig. 1,

ίο Fig. 3, 4 und 5 Abänderungen eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung,

F i g. 6 eine weitere Ausgestaltungsform der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und F i g. 7 und 8 weitere Abwandlungen der Vorrichtung.

Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 ist ein Tiegel 1 mit einer langen Gießrinne Ic vorgesehen und in welchem eine Trennwand 2 angeordnet ist, die in den Tiegel hineinragt und diesen

ao in zwei Kammern A und B unterteilt. Beide Kammern stehen am unteren Ende der Trennwand 2 miteinander in Verbindung. Ein Rohr 3 erstreckt sich in die Kammer A hinein und endet in einem porösen Stopfen 3 a aus einem kohlenstofffreien feuerfesten

as Material. Ein Brenner 4 ist außerhalb des Tiegels 1 angeordnet, um dessen Inhalt zu erhitzen. Eine Schicht aus flußmittelbeschichteten Aluminiumoxidkugcln 5 mit einem Durchmesser von etwa 19 mm ist in der Kammer A enthalten, und ein weiteres Bett unbeschichteter Aluminiumoxidkugeln von etwa 19 mm Durchmesser ist in der Kammer B enthalten. Die Schicht der unbeschichteten Kugeln 6 kann sich bis unterhalb der Trennwand 2 erstrecken. Eine Gießrinne 7 ist vorgesehen, über die das gc-

schmolzcne Aluminium aus einem Warmhaltcofen (nicht gezeigt) in die Kammer A geleitet wird. Die Gießrinne 1 α erstreckt sich von der Kammer B _uus in eine weitere Gießrinne 8.

Im Betrieb wird die oben beschriebene Vorrichtung mit einer Menge nüssigen Aluminiums beschickt und das in der Kammer A befindliche Aluminium mit einer Schicht 9 eines Flußmittels abgedeckt. Das, geschmolzene Aluminium tritt in die Kammer A aus der Gießrinne 7 ein und fällt dabei durch die Schicht 9 aus Flußmittel. Das Metall wird durch ein Gas. beispielsweise Stickstof!, welches über das Rohr 3 zugeführt wird und aus dem Stopfen 3a austritt und dabei durch das geschmolzene Aluminium in der Kammer A hindurchperlt, entgast. Da die Gießrinne 1 α unterhalb des Pegels liegt, auf welchem das geschmolzene Aluminium in der Kammer A gehalten wird, findet ein kontinuierlicher Strom von geschmolzenem Aluminium aus der Kammer A in die Kammer B statt und von dieser über die Gießrinne 1 α in die Gießrinne 8. Das geschmolzene Aluminium fließt somit aus der Gießrinne 7, fällt dabei durch die Flußmittelschicht 9 in die Kammer A, wo es durch das Stickstoffgas entgast wird, strömt nach unten durch die Schicht aus fiußmittelbeschichteten Kugeln S hindurch, in der nichtmetallische Einschlüsse entfernt werden, strömt unterhalb der Trennwand 2 hindurch und nach oben durch das Bett der unbeschichteten Kugeln 6, durch welche intermetallische Teilchen und Flußmittelreste entfernt werden und fließt dann über die Gießrinne 1 a ab, um in die Gießrinne 8 zu gelangen, wo es dann zum Gießen bereit ist.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausgestaltungsform ist

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in vieler Hinsicht der in F i g. 1 gezeigten und oben beschriebenen ähnlich. In diesem Fall ist der Tiegel 1 durch einen Behälter \b, der mit einem feuerfesten Ziegclwerk ausgestattet ist, ersetzt, und der Stopfen 3 α ist durch ein poröses Rohr 3 b aus feuerfestem, kohlenstofffreiem Material ersetzt. Die Gießrinne 7 ist zur Kammer A hin unterhalb des Pegels der Flußmittelabdeckung 9 geöffnet, die zwischen der Trennwand 2 und einer weiteren Trennwand la und den Seitenwänden des Behälters 1 b eingeschlossen ist. Die Trennwand la dient auch dazu, von der Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Haut abzustreichen, welches aus dem Ofen bzw. der Ofenöffnung 10 in die Kammer A einströmt. In diesem Falle ist der Gasbrenner 4 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 nicht erforderlich, sondern der Behälter 1 b wird durch eine Gasflamme, ehe das flüssige Aluminium und die Kugeln 5 und 6 chargiert werden, vorgewärmt. Es können auch Heizelemente in die Kammer A eingetaucht werden, um so eine bessere ao Temperaturregelung des Metalls zu erzielen. In den F i g. 3, 4 und 5 sind weitere Ausgestaltungsformen dargestellt, die zur Einleitung des flüssigen Aluminiums in die Kammer A aus der Gießrinne 7 benutzt werden können. In F i g. 3 ist die Gießrinne 7 mit einem rohrförmigen Auslaß Ία versehen, der bis unter die Flußmittelschicht 9 reicht. In F i g. 4 und 5 endet die. Gießrinne 7 in einem etwa schüsseiförmig ausgestalteten Teil, das ein perforiertes Sieb 7 a aus einem feuerfesten Material bildet, das das flüssige Metall, wenn es in die Kammer A eintritt, in einzelne Ströme unterteilt. Bei der Ausgestaltung nach F i g. 4 ist das Sieb 7/) innerhalb der Flußmittelabdeckung 9 angeordnet, und bei der Ausgestaltung nach F i g. 5 liegt es oberhalb der Flußmittelabdeckung 9. Zusatzlieh oder an Stelle der Verwendung eines feuerfesten SiebesIb kann eine Prallplatte (nicht gezeigt) verwandt werden, die in der Flußmittelabdeckung 9 liegt und die dazu dient, den Strom des flüssigen Aluminiums, wenn er in die Kammer A eintritt, zu zerteilen, wodurch die Reinigung und die Entgasung flüssigen Metalls unterstützt werden.

Bei der Ausgestaltung nach F i g, 6 schließen sich an die Kammern A und ß weitere Kammern C und D an, die durch zusätzliche Trennwände Ib und Ic gebildet sind. Die Trennwand 2 b erstreckt sich von unten nach oben und geht vom Boden des Tiegels 1 oder des Behälters 1 α aus und endet unterhalb des Pegels des flüssigen Aluminiums, während die Trennwand Ic von oben in das flüssige Aluminium hineintaucht und in eine weitere Schicht nicht beschichteter großer feuerfester Kugeln 6 a, beispielsweise aus Aluminiumoxid und einem Durchmesser von etwa 19 mm, hineinragt. Das flüssige Aluminium, welches die Kammer B verläßt, strömt sodann über die Trennwand 2 b hinweg in die Kammer C nach unten durch die Schicht unbeschichteter Kugeln 6 a und unter der Trennwand 2 c hindurch, steigt durch die Schicht unbeschichteter Kugeln 6 α nach oben und verläßt den Behälter über die Gießrinne 8. Di.iser Weg des Metalls durch die Kugelsc>.ichten 6 a ergibt eine Steigerung in der Wirksamkeit, insbesondere hinsichtlich der Befreiung des Metalls von Flußmittelresten auf Grund des Abwärtsstromes des Metalls durch die unbeschichteten Kugeln 6 a in der Kammer C. Das Flußmittel, welches leichter ist als das flüssige Aluminium, steigt in der Kammer nach oben.

Die beiden Stufen des oben beschriebenen Verfahrens, nämlich erstens die Entgasung des flüssigen Aluminiums und der Weg durch die Schicht flußmittelbeschichteter Kugeln 5 und zweitens der Strom des flüssigen Aluminiums durch die Schicht unbeschichteter Kugeln 6, können in getrennten Behältern vorgenommen werden. In einem solchen Fall kann die Kammer B fortfallen und durch die Kammern C und D ersetzt werden. Auch wo der Raum zwischen dem Warmhalteofen nicht ausreicht, eine Vorrichtung gemäß Fig. 2 aufzunehmen, könnte wenigstens eine Schicht der Kugeln S und 6 auf der Länge der Gießrinne 8 angeordnet und durch geeignete Trennwände begrenzt werden. Der Entgasungsvorgang könnte unter einer Flußmittelabdeckung im Warmhalteofen stattfinden, beispielsweise in einer besonderen Abteilung oder in einem Vorbrunnen.

Ein anderer Weg, das Verfahren in zwei praktischen Stufen durchzuführen, ist in F i g. 7 gezeigt. Dieser ist dem in F i g. 6 gezeigten sehr ähnlich, jedoch sind die Kammern A und B in einem Tiegel 1 enthalten und die Kammern C und D in einem getrennten Tiegel 11. Die beiden Tiegel sind über eine Rinne 12 miteinander verbunden. Auch hierbei fließt das flüssige Metall zunächst in die Kammer A unterhalb der Flußmittelschicht 9 ein, die durch eine Trennwand la wie im Beispiel 2 abgegrenzt ist. Das StickstofTgas wird über eine Seitenwand zugeführt und tritt aus einem porösen, feuerfesten Rohr 3 b aus.

Bei der Ausgestaltung nach F i g. 8 wird die Entgasung unter Flußmittel in einem besonderen Behälter 13 durchgeführt, der mit einer Ziegelauskleidung versehen ist. Das Metall strömt unterhalb der Flußmittelschicht, die durch eine Trennwand la begrenzt ist, ein, fließt unter der Trennwand 2 nach oben hindurch, um dann in die Rinne 12 überzuströmen, aus der es in den mit Tren-wand versehenen Tiegel 14 einfließt, der eine Schicht aus Aluminiumoxidkugeln enthält, von denen wenigstens die obere Schicht mit Flußmittel beschichtet ist. Auf der anderen Seite der Trennwand sind unbeschichtete Kugeln 6 enthalten. Wie bereits weiter oben erwähnt, brauchen aus praktischen Gründen die Kugeln 5 nicht von Anfang an mit Flußmittel beschichtet zu sein, denn nur einige Minuten Betriebszeit sind erforderlich, damit so viele der Kugeln mit dem Flußmittel beschichtet werden, daß das Verfahren ordnungsgemäß und wirkungsvoll abläuft. Wie aus F i g. 8 hervorgeht, wird das Stickstoffgas dem flüssigen Metall unterhalb der Flußmittelabdeckung über zwei poröse, feuerfeste Rohre 3 b zugeführt.

Das poröse, feuerfeste kohlenstofffreie Material, welches zur Einleitung des Gases, beispielsweise Stickstoff, in das flüssige Aluminium verwandt wird, kann von irgendeiner bekannten Art sein, beispielsweise aus einem feuerfesten Material mit einem hohen Aluminiumoxidgehalt, aus Siliziumkarbid, siliziumnitratgebundenem Siliziumkarbid und Zirkonoxid. Diese Materialien sind befriedigend, wenn sie von ausreichender Porosität sind, jedoch sollte man einen hohen Siliziumgehalt vermeiden. Stücke des feuerfesten Materials werden zu Stopfen oder Steinen geformt, mit einer Bohrung versehen und auf das Rohr aufgesetzt, über das das Gas dem Stein oder dem Stopfen zugeführt wird, oder das feuerfeste Material wird in Form eines Rohres benutzt. Die Stopfen oder die Rohre können in die Wand des

Behälters einzementiert werden oder können sogar ein Teil des Bodens bilden.

Die grobe feuerfeste Körnung, die in den Schichten 5, 6 und 6 a benutzt wird, kann aus Chromit, Korund, Forsterit, Magnesiumspinell, Magnesiumfluorid, Periklas, Siliziumkarbid oder Zirkon bestehen. Alle sind hinsichtlich geschmolzenem Aluminium als chemisch inert anzusehen. Sie können im Falle der Schichten 6 und 6 a aus porösem oder nicht porösem Graphit bestehen, jedoch ist in allen Fällen Aluminiumoxid in Kugel- oder Tablettenform vorzuziehen, so daß sich eine offene Packung und keine Blockie-

IO

rung des Durchganges crgibi und wodurch die Verwendung von mit Flußmittel beschichteten größeren Kugeln S möglich wird. Die Körnung sollte den Überlauf eines Siebes mit einer Maschenöffnung von etwa 13 mm darstellen, vorzuziehen sind aber Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 19 mm.

Die Temperatur des flüssigen Aluminiums während der Behandlung sollte im Bereich von 675 bis 300° C, vorzugsweise im Bereich von 700 bis 750° C, liegen.

Geeignete Zusammensetzungen für die Flußmittelschicht 9 und die Flußmittelbeschichtung der Kugeln 5 sind in Tabelle I enthalten.

Tabelle I

Geeignete Flußmittelzusammensetzungen (Gewichtsprozent)

	KCl	NaCl	NaF oder Kryolith	BaCIi	MgCU	CaFi
Flußmittel A	45 bis 65	33 bis 55	Obis 5			0 bis 10
B	35 bis 55	25 bis 45	5 bis 25
C	30 bis 55	20 bis 45			5 bis 30	0 bis 10
Dl	1"ϊ bis 35		Obis 5	65 bis 85		0 bis 10
D2		15 bis 35	Obis 5	65 bis 85	—	0 bis 10

Als Flußmittel zur Beschichtung der Kugeln und zur Erzeugung der Abdeckungsschicht aus flüssigem Flußmittel auf dem Metall in der Entgasungskammer werden Gemische aus KCl und NaCl mit kleinen Mengen CaF₂ bevorzugt (Flußmittel A). Zur Verringerung des Schmelzpunktes können Zugaben von NaF oder Kryolith gegeben werden (Flußmittel B), aber dann wird eine kleine Menge Natrium in das Metall eingeführt, und das kann für Aluminium-Magnesium-Legierungen, beispielsweise für nicht wärmebehandelte Mischungen aus Aluminium und 5 °/o Magnesium, schädlich sein. Für derartige Legierungen sind Flußmittel vorzuziehen, die nicht nur kein Natrium in die Legierung einführen, sondern den sehr kleinen Gehalt an Natrium, der anfänglich zugegen sein kann, als Verunreinigung im Ausgangsmetall verringern. Geeignete Flußmittel enthalten MgCl₂ (Flußmittel C). Falls gewünscht, kann ein schweres flüssiges Flußmittel zur Beschichtung der Aluminiumoxidkugeln benutzt werden, so daß die Gefahr vermieden wird, daß das Flußmittel durch das strömende flüssige Aluminiummetall von den Kugeln abgewaschen wird (Flußmittel D). Derartige Flußmittel enthalten BaQ, und sind deshalb teurer. Es gibt einen Vorteil, der für die Verwendung des Flußmittels des Typs A spricht, nämlich in dem Maße, wie der Reinigungsvorgang fortschreitet, wird Rußmittel, welches in dem Metall enthalten sein kann, auf den unbeschichteten Kugeln absorbiert, die sich dadurch mit dem Flußmittel überziehen und so die verfügbare Oberfläche, auf der Einschlüsse des Metalls haften können, vergrößern. Wenn einim·! die Chloridschicht auf den Kugeln vollständig mit nichtmetallischen Einschlüssen überzogen ist, ist die Lebensdauer des Filters noch nicht erschöpft, denn weitere Einschlüsse, beispielsweise Oxidteilchen und Oxidfilme, können auf diesen bereits auf der Flußmittelschicht haftenden Teilchen haften.

Es ist nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung, daß die Flußmittelbeschichtung am Anfang auf die Kugeln 5 in der Kammer A aufgebracht wird, da die Turbulenz, die durch das Stickstoffgas erzeugt wird, zumindest einige der Kugeln sofort mit dem Flußmittel bedeckt. Auf diese Weise braucht für die Beschichtung der Kugeln S kein besonderer Verfahrensschritt vorgesehen zu sein, ehe diese in die Kammer eingefüllt werden.

Zur Erläuterung sei auf folgendes Beispiel verwiesen. Eine Vorrichtung, wie sk. im wesentlichen in F i g. 2 dargestellt ist, wird durch abnehmbare Gasbrenner vorgeheizt. Eine etwa 15 cm tiefe Schicht vorgeheizter Aluminiumoxidkugeln von etwa 19 mm Durchmesser wird in jede Kammer eingefüllt. Daraufhin wird Metall in die Kammern eingeleitet, bis diese etwa bis zur Hälfte angefüllt sind. Daraufhin .· erden vorgewärmte Aluminiumoxidkugeln von etwa 19 mm Durchmesser in eine Schicht flüssigen Flußmittels eingetaucht und vermittels eines vorgeheizten Löffels in die Eintrittsseite (Kammer A) überführt. Eine etwa 10 cm dicke Schicht aus flußmittelbeschichteten Kugeln 5 wird auf diese Weise in der Kammer A aufgebaut. Dann stellt man eine etwa 15 cm dicke Schicht aus vorgewärmten, etwa 19 mm dicken Aluminiumoxidkugeln in der Kammer B her. Daraufhin wird eine etwa aus 10 kg Flußmittel bestehende Schicht auf das Metall in der Kammer A gegeben. Sobald das Flußmittel geschmolzen ist, wird die Stickstoffzufuhr eingeschaltet und der Stickstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,06 m³ pro Minute hindurchgeleitet. 5 t einer flüssigen Al-Mg-Si-Legierung, die weder entgast noch absetzen gelassen wurde, wurden dann durch die Vorrichtung mit einer Temperatur von etwa 725° C und einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 75 kg pro Minute hindurchgeleitet und im halbkontinuierlichen Verfahren zu zwei Blöcken mit direkter Abschreckung

gegossen, die Abmessungen von etwa 75 X 25 cm besaßen. Dem Metall, welches in die Vorrichtung eintrat, wie auch dem Metall, welches die Vorrich-

tung verließ, wurden Proben zur Bestimmung des Gasgehalts und des Gehalts an Einschlüssen entnommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle H enthalten.

Tabelle II

	Reinheitsbeurteilung	Blasenbildung	j	5 Torr)	bei Beginn	(cnrVlOO g)	am	Ende
	durch	bei Abkühlung	Straube-Pfeiffer-Test	Wasserstoffaehalt
	Bruchbetrachtung	und Erstarrung	(Erstarrung unter			in der Mitte
					0,48		0	.31
					des Gießens
			Aussehen der festen
	verunreinigt	kontinuierlich	Oberfläche		0,32
Zufließendes	bis ziemlich			0,04		0	,08
Metall	rein
			gebogene, poröse
	rein	keine	Kruste		0,06
Abfließendes
Metall
			glatte Oberfläche
		ohne Blasen und
		mittlere
	Vertiefung

Die verwendete Metallcharge bestand vollständig aus Schrott und enthielt ungefähr 1 t Späne. In diesem Versuch wurde das poröse feuerfeste Rohr, welches in F i g. 2 gezeigt ist, durch ein poröses Kohlenstoffrohr ersetzt, so daß der Versuch eine starke Belastung seines Wirkungsgrades darstellt, Einschlüsse als auch Gas zu entfernen. Es wurden Vergleichsversuche mit dem in der USA.-Patentschrift 3 039 864 beschriebenen Verfahren durchgeführt, welche eine Vorbehandlung mit Chlorgas vorsieht, aber selbst damit lagen die Wasserstoffgehalte im Bereich von 0,12 bis 0,17 cm³ pro 100 g, die, obgleich für normale Zwecke durchaus befriedigend, nicht auf jene Werte herabzubringen waren, wie sie mit der vorliegenden Erfindung, nämlich 0,04 bis 0,12 cm^:i pro 100 g, zu erreichen sind. Bei der Untersuchung der Frage, warum das erfindungsgemäße Verfahren so viel wirksamer ist, obgleich man von völlig unentgastem Metall ausgeht, ist es vielleicht wesentlich, daß eine feste Schicht erstarrten Metalls und Argon zusammen mit Oxiden, die sich durch die umgebende Luft bilden, auf der Oberfläche des Metalls in der Entgasungskammer bei einem Verfahren nach der USA.-Patentschrift 3 039 864 ansammeln, wogegen bei dem erfmdunpsgemäßen Verfahren die Metalloberfläche frei von ό <iden gehalten ist. Es ist bekannt, daß Oxidschaum auf flüssigem Aluminium sowohl die Aufnahme als auch den Austritt von Gas aus dem Metall verhindert, wogegen eine sehr dünne Flußmittelschicht auf der Metalloberfläche den Austritt als auch den Eintritt von Gas erlaubt. Die flüssige Flußmittelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert jegiiche Schaumbildung trotz der Turbulenz, und eine saubere Metalloberfläche, über die Gas leicht aus dem Metall austreten kann, wird kontinuierlich aufrechterhalten. Die Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Schicht flüssigen Flußmittels ist nicht notwendig, solange die Metalloberfläche ausreichend mit Flußmittel versorgt ist.

Falls gewünscht, kann an Stelle von Stickstoff Argon verwandt werden, aber man erhält dadurch keinen technischen Fortschritt, da Metall hoher Reinheit und niedriger Gasgehalt sich auch durch das billigere StickstofTgas erreichen läßt. Für bessere Ergebnisse sollte hochreiner, im wesentlichen sauerstofffreier Stickstoff verwandt werden, jedoch auch der gewöhnliche, handelsübliche Stickstoff liefert befriedigende Ergebnisse.

Metall, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden ist, zeigt ausgezeichnete Ergebnisse, wenn es zur Herstellung von hell anodisierten oder anderen kritischen Produkten verarbeitet wird. Die Erfindung ist sowohl auf Aluminium als auch auf andere geschmolzene Metalle anwendbar.

Obgleich die Verwendung von flußmittelbeschichteten Aluminiumoxidkugcln zur Herstellung der flußmittelbeschichteten Strömungskanäle für das flüssige Metall bevorzugt wird, kann man derartige Kanäle auch auf andere Weise erhalten, beispielsweise dadurch, daß das Metall zwischen einander überlappenden, getrennten, flußmittelbeschichteten Wänden strömt, die zusammen einen gewundenen Weg für das Metall bilden und so dieselbe Wirkung hervorbringen wie die flußmittelbeschichteten Kugeln, oder das Metall kann durch ein oder mehrere Packungen grober Stahlwolle oder Drehspäne strömen, die zunächst in flüssiges Flußmittel eingetaucht worden sind und dann in eine tiefe Rinne oder in einen Tiegel eingesetzt werden. Diese Packungen hält man vermittels geeigneter Wände oder Platten in ihren Stellungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (28)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung nichtmetallischer Einschlüsse aus Metallschmelzen, insbesondere Aluminiumschmelzen, bei welchem das schmelzflüssige Metall durch ein Bett aus feuerfestem Granulat geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man Granulat mit einer Mindestkorngröße von etwa 9,5 mm, das mit einem bei der Temperatur der Metallschmelze flüssigen Flußmittel, wie Chlorid und Fluorid der Alkali- und Erdalkalimetalle einschließlich des Magnesiums, überzogen ist, verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Granulat aus Aluminiumoxid verwendet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekt nnzeichnet, daß man kugelförmiges Granulat mit einem Durchmesser in der Größen-Ordnung von 19 mm verwendet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, 'dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze von oben nach unten durch das Bett aus flußmittelüberzogenem Granulat strömen läßt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze anschließend durch ein zweites Bett, das im wesentlichen aus unüberzogenem feuerfestem Granulat gebildet ist, strömen läßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Granulat des zweiten Bettes Aluminiumoxidkugeln verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das zweite Bett Aluminiumoxidkugeln mit einem Mindestdurchmesser von 9,5 mm, vorzugsweise einem Durchmesser in der Größenordnung von 19 mm, verwendet werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metall schmelze durch wenigstens einen Teil des zweiten Bettes von unten nach oben strömen läßt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze wenigstens durch einen Teil des zweiten Bettes in Abwärtsrichtung strömen läßt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Bett in wenigstens zwei Teile unterteilt und daß man die Metallschmelze durch einen Teil in Abwärtsrichtung und durch das andere Teil in Aufwärtsrichtung strömen läßt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen inertes Gas durch die Metallschmelze geleitet wird, während auf der Oberfläche der Metallschmelze eine Schicht eines flüssigen Flußmittels aufrechterhalten wird, und daß man die Metallschmelze anschließend durch das Bett aus flußmittelüberzogenem Granulat strömen läßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff, Argon, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid als inerte Gase verwendet werden.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze im Gegenstrom zum Gas fließen läßt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze durch wenigstens einen Teil der Flußmittelabdeckungsschicht in die Kammer strömen läßt, in welcher der Auslaß des Gases angeordnet ist.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschmelze unterhalb der Flußmittelabdtckung in die Kammer einströmen läßt, in welcher der Auslaß des Gases angeordnet ist.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas durch die Metallschmelze in einem Behälter strömen läßt und die Metallschmelze danach in einen anderen Behälter leitet, in welchem das Bett aus flußmittelüberzogenem Granulat enthalten ist.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in jener Kammer durch die Metallschmelze hindurchgeleitet wird, welche auch das Bett aus flußmittelüberzogenem Granulat enthält.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußmittel aus KCl und NaCI und nicht mehr als 10 Gewichtsprozent NaF eier Kryolith verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußmittel aus KCl, NaCl und CaF₂ verwendet wird.

20. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußmittel mit wenigstens 20 Gewichtsprozent MgCl₂ verwendet wird.

21. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Überziehen des Granulats ein Flußmittel mit wenigstens ό5 Gewichtsprozent BaCl₂ verwendet wird.

22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Kanälen für die hindurchströmende Metallschmelze enthält, die auf ihren Oberflächen mit einem Flußmittel überzogen sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Behälter (1) umfaßt, in den eine Trennwand (2, 2b, Ic) hineinragt und den Behälter (1) in wenigstens zwei Kammern (A und B) unterteilt, daß in der ersten Kammer (A) das Bett aus flußmittelüberzogenem feuerfestem Granulat (5) enthauen ist und daß die Verbindung zwischen der ersten Kammer (A) und der zweiten Kammer (B) unterhalb des Einlasses der Metallschmelze liegt, so daß die Metallschmelze von einer Kammer zur anderen Kammer unter der Trennwand und durch das Granulat (5) hindurchfließt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Kammer (B) ein Bett aus unüberzogenem feuerfestem Granulat (6) enthalten ist.

25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 22 bis

24, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett aus flußmittelüberzogenem Granulat und das zweite Bett aus unüberzogenem feuerfestem Granulat in getrennten Behältern angeordnet sind.

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 23 bis

25, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiteres Bett aus einem feuerfesten Granulat vorhanden ist, das im Strömungsweg der Metall-

schmelze nach der zweiten Kammer (B) ange- die Bildung von Nitriden in Kauf nehmen kann, ordnet ist. Chlor jedoch ist unerwünscht, weil es die Bildung

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 von Chloriden stark steigert, wodurch der Filter bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fluß- sehr bald verstopft wird. Eine Untersuchung des mittelabdeckung (9) auf der Metallschmelze in 5 Filterbettes eines solchen Filters nach der Verwender ersten Kammer (Λ) zwischen Wänden (2, 2a) dung zeigt, daß Oxide und andere nichtmetallische eingeschlossen ist. Einschlüsse in dem Material in den Zwischenräumen

28. Vorrichtung nach den Ansprüchen 23 bis zwischen dem plättchenförmigen Aluminiumoxid 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorkam- eingeschlossen sind, daß das Metall diese Plättchen mer(13) für die Metallschmelze vorgesehen ist, io aber nicht benetzt. Daraus geht hervor, daß die in der eine Schicht eines Flußmittels auf der herausgefilterten Verunreinigungen locker in dem Oberfläche der Metallschmelze liegt und in der Filterbett enthalten sind und sich leicht wieder lösen, Einrichtungen (3 b) zur Einleitung eines inerten wenn das Filter unbeabsichtigt erschüttert oder aufGases enthalten sind, und daß die Vorkammer gelockert wird, um einen schnelleren Metallstrom (13) über eine Rinne (12) mit der ersten Kam- 15 zu erzeugen. Das Filterbett ergibt somit also keine mer (A) des Behälters (14) verbunden ist. eigentliche Filterwirkung, sondern gestattet nur ein

Absetzen der Verunreinigungen aus dem flüssigen Metall, wenn dieses gleichmäßig ruhig durch die

vielen Kanäle zwischen den ^ättchen hindurchfließt.

20 Es sind besondere Maßnahmen notwendig, um das Metall zuerst dazu zu bringen, durch diese Art

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Filterbett hindurchzuströmen, dessen Mindestdicke eine Vorrichtung zur Entfernung nichtmetallischer etwa 15 cm beträgt. Eine teilweise Blockierung des Einschlüsse aus Metallschmelzen, insbesondere Alu- St omes kann während des Gebrauchs eintreten, so miniumschmelzen, bei welchem das flüssige Metall 25 daß ein beachtlicher hydrostatischer Druck erforderdurch ein Bett aus feuerfestem Granulat geleitet wird. lieh ist, um die gewünschte Strömungsgeschwindig-

Es ist bekannt, daß flüssiges Aluminium variierende keit, die für ein mehrfaches Gießen großer Blöcke Mengen von gasartigen und nichtmetallischen Ein- etwa 300 kg pro Minute beträgt, aufrechtzuerhalten. Schlüssen enthält und daß deren Anwesenheit zu Nach einem weiteren bekannten Filtrierverfahren

Fehlern im fertigen Produkt führen kann. Es :ind 30 (FOUNDRY, März 1963, S. 79) wird die Verwenverschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, diese dung eines feuerfesten Granulats als Filtermaterial Gas- und anderen Einschlüsse zu entfernen. So kann vorgeschlagen, das entweder selbst aus einem Flußz. B. der Gasgehalt auf einen akzeptablen Wert durch mittel besteht oder aber mit einem Flußmittel im-Hindurchblasen von Chlor, Stickstoff oder Argon prägniert ist. Es handelt sich hierbei um feste Flußdurch die Schmelze verringert werden, oder man 35 mittel, d. h. um solche Flußmittel, die auch bei der kann das Metall mit Hexachloräthan behandeln. Die Temperatur der Metallschmelze festbleiben. Zwar Verwendung von Chlor und Hexachloräthan läßt machen diese Flußmittel das Granulat durch die aber wieder Probleme auftreten, die beispielsweise Metallschmelze benetzbar, wodurch die Wirksamkeit Ln der Ableitung von Dämpfen liegen, was kost- des Granulatfilters verbessert wird, jedoch bleiben spielige Einrichtungen erforderlich macht, wogegen 40 die typischen Nachteile eines Filtrierverfahrens bei der Behandlung von Stickstoff das Metall durch erhalten. Hierbei werden die nichtmetallischen festen die Bildung nichtmetallischer Einschlüsse verunrei- Einschlüsse einer Aluminiumschmelze durch die nigt wird. engen Filterkanäle des aus feinkörnigem Granulat

Für die Entfernung von Einschlüssen sind auch bestehenden Bettes mechanisch ausgcfilteri, wobei verschiedene Filtrierverfahren vorgeschlagen worden 45 sich ablagernde Verunreinigungen ein rasches Zu-(z. B. britische Patentschriften 701 273 und 831 637), setzen des Filters und damit einen zunehmenden bei denen man das Metall durch Kammern hindurch- Strömungswiderstand bewirken. Ein derartiges Filterströmen läßt, in welchen sich ein Bett aus einem bett benötigt für den Durchfluß der Metallschmelze feuerfesten Granulat befindet. Diese beiden Kammern hohe hydrostatische Drücke der Metallschmelze und sind durch eine Trennwand voneinander getrennt. 50 bedarf häufiger Reinigung.

Das jevorzugte Filtermaterial eines der bekannten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Verfahren (britische Patentschrift 831 637) ist ein Entfernung nichtmetallischer Einschlüsse aus insplättchenförmiges Aluminiumoxid von 3 bis 14 besondere Aluminiumschmelzen unter Vermeidung ASTM-Maschen, welches einer Öffnungsweite von der geschilderten Nachteile wirksamer zu gestalten etwa 1,30 bis 6,35 mm entspricht. Dieses Aluminium- 55 und den Metalldurchsatz durch das Granulatbett oxid liegt auf einer Schicht eines groben Granulats ohne Anwendung eines nennenswerten hydrostati ■ mit einer Teilchengröße von etwa 6X18 mm. Gemäß sehen Drucks zu erhöhen sowie eine Verstopfung einem anderen bekannten Verfahren (USA.-Patent- des Granulatbettes durch abgeschiedene Verunreinischrift 3 039 864) wird angeregt, das Metall durch gungen auszuschließen.

eine Filterschicht fließen zu lassen und gleichzeitig 60 Die gestellte Aufgabe wird mit dem erfindungsein inertes Gas, beispielsweise Argon, durch diese gemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß das Gra-Schicht nach oben hindurchzuleiten, wobei eine nulat eine Tviindestkorngröße von etwa 9,5 mm aufgewisse Entgasung zusammen mit der Filtration ein- weist und mit einem bei der Temperatur der Metalltritt. Es ist jedoch üblich, die Entgasungsoperation, schmelze flüssigen Flußmittel, wie Chlorid und z. B. mit Chlor, in einem Warmhalteofen durchzu- 65 Fluorid der Alkali- und Erdalkalimetalle einschließführen, ehe das Metall durch das Filter hindurch- Hch des Magnesiums, überzogen ist. fließt. Dies bekannte Verfahren sieht die Verwendung Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen

von Stickstoff an Stelle von Argon vor, wenn man sich Einschlüsse außerordentlich wirkungsvoll aus