DE2727142A1

DE2727142A1 - Verfahren zum raffinieren von schmelzfluessigem metall

Info

Publication number: DE2727142A1
Application number: DE19772727142
Authority: DE
Inventors: Andrew Geza Szekely
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1977-12-22
Also published as: AU506332B2; CA1095732A; GB1587662A; NO772138L; SE7706137L; FR2355079A1; YU148677A; CH621365A5; CS212305B2; ES459881A1; RO75207A; JPS52156105A; BR7703792A; FR2355079B1; MX146591A; IT1078941B; AU2618577A; IN146956B

Description

PATENTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN

BÜRO: βΟΟΟ MÜNCHEN M · ELiENSTRASSE »2 /.72/142

L-863O-3-G

UNION CARBIDE CORPORATION
Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A.

Verfahren zum Raffinieren von schmelzflüssigem Metall

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FERNSPRECHER.: OlU/tOllOlf · KABEL: ELECTRlCPATiNT MÜNCHEN

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Die Erfindung befaBt sich mit dem Raffinieren von schmelzflüssigem Metall und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Beseitigen von gelösten Gasen und nichtmetallischen Verunreinigungen aus schmelzflussigem Metall, ohne daß korrodierende oder umweltschädliche Gase und Dämpfe emittiert werden.

Schmelzflüssiges Metall enthält vor dem VergieSen zahlreiche Verunreinigungen, die, falls sie nicht beseitigt werden, beim Gießen zu hohen Schrottverlusten führen oder bei den aus diesen Metallen hergestellten Produkten eine mangelhafte Güte zur Folge haben. Die in erster Linie störenden Verunreinigungen sind gelöste Gase und suspendierte nichtmetallische Teilchen, beispielsweise Metalloxide und hochschmelzende Teilchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Raffinieren von Metall mit einem Raffiniergas zu schaffen, bei dem gelöste Gase und andere nichtmetallische Verunreinigungen aus dem Metall im Rahmen eines kontinuierlichen Verfahrens und bei hohen Metalldurchsatzgeschwindigkeiten beseitigt werden.

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Ein Verfahren zum Beseitigen von gelösten Gasen und nichtmetallischen Verunreinigungen aus einem schmelzflüssigen Metall aus der Magnesium, Kupfer, Zink, Zinn und Blei umfassenden Gruppe von Metallen ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Metall in eine Raffinierzone eingebracht und über der Oberflache des Schmelzbades eine Schutzgasatmosphäre mit einem höheren als dem Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, wodurch das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in diese Zone sowie ein Kontakt des schmelzflüssigen Metalls damit verhindert werden; daß in die Schmelze unterhalb deren Oberfläche ein Raffiniergas in Form von diskreten Blasen eingeleitet wird; daß das schmelzflüssige Metall in der Raffinierzone derart in Bewegung gebracht wird, daß in dem schmelzflüssigen Metall mit Bezug auf die Eintrittsstellen der Gasblasen in die Schmelze ein solcher Strömungsverlauf ausgebildet wird, daß die in die Schmelze eingebrachten Gasblasen im wesentlichen radial nach außen bezüglich der Eintrittsstellen der Gasblasen transportiert werden, wodurch die Verweildauer der Gasblasen in der Schmelze verlängert wird und die Gasblasen mit im wesentlichen der Gesamtmenge des schmelzflüssigen Metalls in der Raffinierzone in innigen Kontakt gebracht werden; daß das verbrauchte Raffiniergas und die von dem Metall freigesetzten gelösten Gase abgezogen werden, während die anderen nichtmetallischen Verunreinigungen in einer Schlackeschicht auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls gesammelt und abgetrennt

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werden, und daß das raffinierte schmelzflüssige Metall aus der Raffinierzone abgeführt wird.

Der Begriff "Raffiniergas" soll vorliegend Gase einschließen, die herkömmlicherweise beim Raffinieren von Magnesium, Kupfer, Zink, Zinn und Blei verwendet werden. Diesen Raffiniergasen ist die Eigenschaft gemeinsam, daß sie gegenüber dem zu raffinierenden schmelzflüssigen Metall inert sind. Vorzugsweise wird mit Argon und Stickstoff oder Gemischen dieser Gase gearbeitet, obwohl vorliegend auch andere Inertgase des periodischen Systems brauchbar sind. Weitere geeignete Raffiniergase sind Wasserstoff und Kohlenmonoxid oder Gemische dieser Gase miteinander oder mit den Inertgasen des periodischen Systems. Es versteht sich, daß Wasserstoff und Kohlenmonoxid in Fällen benutzt werden können, wo sie mit dem schmelzflüssigen Metall nicht reagieren, jedoch mit gasförmigen Verunreinigungen, beispielsweise Sauerstoff, in Reaktion treten. Es können auch andere reagierende Gase mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden, beispielsweise Schwefelhexafluorid, Chlor und halogenierte Kohlenwasserstoffe. Die Auswahl eines bestimmten Raffiniergases erfolgt in der Regel an Hand der Eigenschaften des im Einzelfall zu raffinierenden Metalls. Der Begriff "Metall" soll vorliegend sowohl das reine Metall als auch dessen Legierungen umfassen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher er-

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läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer vorlie

gend zu verwendenden Gaseinblasvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 im Schnitt eine schematische Darstellung

einer bevorzugten Einrichtung zum Raffinieren eines Metallstroms in einem kontinuierlichen Prozeß, sowie

Fig. 4 und 5 einen Schnitt und eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung, die sich für das Raffinieren von schmelzflüssigem Metall entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren eignet.

Die für das-erfindungsgemäße Verfahren benutzte Gaseinblasvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie in der Lage ist, Gas mit hohen Durchflußmengen in schmelzflüssiges Metall in Form von gesonderten Gasblasen einzubringen und innerhalb der Schmelze einen hohen Grad an Gasdispersion zu erreichen. Während des Betriebes der Vorrichtung werden in dem Metall in der Nähe der Einblasvorrichtung Strömungen erzeugt, die bewirken, daß die gebildeten Gasblasen entlang

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einem resultierenden Strömungsvektor transportiert werden, der radial nach außen gerichtet ist und eine mit Bezug auf die lotrechte Achse der Einblasvorrichtung nach unten gerichtete Komponente hat. Diese Strömungsverteilungen sind in mehrerlei Hinsicht von Vorteil. Zunächst wird für ein im wesentlichen lotrechtes Bewegen oder Umrühren der gesamten Schmelze gesorgt, wobei ein entlang der Einblasvorrichtung nach unten gerichteter Strom in Verbindung mit den rotierenden Flügeln die Unterteilung des Gases in kleine diskrete Gasblasen bewirkt. Dadurch, daß die Gasblasen von der Einleitstelle weg rasch in die Schmelze hineinbefördert werden, wird ferner eine Vereinigung von Blasen in der Zone verhindert, in der die Gasblasenkonzentration am höchsten ist. Des weiteren wird die Verweildauer der gut verteilten Gasblasen in der Schmelze verlängert, weil die Gasblasen nach ihrer Bildung nicht unmittelbar unter dem Einfluß der Auftriebskraft zur Badoberfläche hochsteigen.

Ein weiterer Faktor, der zur Maximierung der Unterteilung des Gases in kleine Blasen beiträgt und damit zu einer großen Grenzfläche zwischen Metall und Gas führt, ist das Vorwärmen des Gases vor seinem Eintritt in die Schmelze. Für dieses Vorwärmen wird dadurch gesorgt, daß das Gas durch einen Durchlaß hindurchgeleitet wird, der über die Länge der in das heiße Schmelzbad eingetauchten Vorrichtung verläuft. Auf diese Weise wird das anfänglich kalte Gas durch Kontakt mit den heißen, wärmeleitenden Wänden des Gasdurchlasses vor-

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erhitzt, so daß das Gas sich ausdehnt, bevor es in Gasblasen zerteilt wird. Folglich wird die Anzahl der für ein vorbestimmtes Gasvolumen erzeugten Blasen wesentlich erhöht; ein thermisches Anwachsen der kleinen Blasen innerhalb der Schmelze wird im wesentlichen verhindert.

Wird mit Hilfe der Einblasvorrichtung ein Raffiniergas in schmelzflüssiges Metall eingeblasen, führt dies zu einer überraschenden Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Raffiniervorganges. Es wird nicht nur möglich, das Metall bei einer hohen Durchsatzgeschwindigkeit zu entgasen; die mittels der Vorrichtung bewirkte heftige Rührwirkung stellt vielmehr in Verbindung mit der großen Gas/Metall-Kontaktfläche der gut verteilten Gasblasen auch eine wirksame Beseitigung von festen, teilchenförmigen Verunreinigungen sicher, die in der Schmelze suspendiert sind.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gaseinblasvorrichtung weist einen Rotor 1 auf, der mit lotrechten Flügeln 2 ausgestattet ist und mit Hilfe eines Motors, beispielsweise eines nicht veranschaulichten Preßluft- oder Elektromotors, über eine Welle 3 angetrieben wird. Die Welle 3, die während des normalen Betriebes mit der Schmelze nicht in Berührung kommt, kann aus Stahl gefertigt sein, während die übrigen Teile der Anordnung vorzugsweise aus einem feuerfesten Werkstoff aufgebaut sind, beispielsweise aus handelsüblichem Graphit oder Siliciumcarbid, d. h. Werkstoffen,

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die bei den vorkommenden Arbeitstemperaturen gegenüber dem Metall inert sind. Die Welle 3 ist gegen das schmelzflüssige Metall mittels einer Hülse 4 abgeschirmt, die an einem Stator 5 fest angebracht ist. Die aneinander anstoßenden Innenflächen 6 und 7 von Hülse 4 bzw. Stator 5 und die aneinander anschließenden Außenflächen 8 und 9 von Welle 3 bzw. Rotor 1 bilden einen ringförmigen axialen Durchlas 1O für das einzublasende Gas.

Mehrere lotrechte Kanäle 11 sind in den Stator 5 eingearbeitet. Der Stator 5 und der Rotor 1 bewirken im Betrieb eine obere und eine untere Strömung aus schme^lzflüssigem Metall im Bereich der Einblasvorrichtung, wie dies durch Pfeile und 13 angedeutet ist. Die obere Strömung 13 hat einen im wesentlichen nach unten gerichteten Hauptgeschwindigkeitsvektor, d. h. sie läuft koaxial zu der Drehachse des Rotors 1, wodurch das schmelzflussig· Metall durch die Kanäle 11 des Stators 5 hindurchgetrieben wird. Die durch die Pfeile 12 angedeutete untere, stärker lokalisierte Strömung bildet sich unterhalb des Rotors 1 aus und ist im wesentlichen nach oben und senkrecht zur Drehachse des Rotors 1 gerichtet. Die auf diese Komponenten zurückgehende resultierende Strömung ist durch Pfeile 14 angedeutet, die erkennen lassen, daß das schmelzflüssige Metall mittels der rotierenden Flügel 2 kräftig radial nach außen und nach unten vom Rotor 1 weggetrieben wird. Die resultierende Strömungsverteilung führt zu einer gut verteilten und gleichförmigen Dis-

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persion des Gases und einer durchgreifenden Bewegung des schmelzflüssigen Metalls innerhalb des Behandlungsgefäßes.

Ein durch einen Pfeil 15 angedeutetes Raffiniergas wird mit vorbestimmtem Druck und vorgegebener Durchflußmenge in den ringförmigen Durchlaß 10 eingeleitet. Das Gas füllt den glockenförmigen Raum 16 aus, der eine Fortsetzung des Durchlasses 10 bildet und den Hals 17 des Rotors 1 umgibt. Da das Gas mit einem Druck zugeführt wird, der über dem in dem schmelzflüssigen Metall in der durch den Pfeil 18 angedeuteten Höhe herrschenden Druck liegt, verhindert der Gasraum 16, daß schmelzflüssiges Metall durch den Gasdurchlaß hindurch zurückströmt und mit der metallischen Welle 3 der Gaseinblasvorrichtung in Berührung kommt. Der Hals 17 umfaßt die Welle 3 und ist aus einem gegenüber dem schmelzflüssigen Metall widerstandsfähigen Werkstoff gefertigt, um die Welle 3 gegen eine unerwünschte Beeinflussung durch das schmelzflüssige Metall zu schützen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird das Drehmoment von der Welle 3 auf den Rotor 1 über einen mit Flügeln versehenen Mitnehmer 21 übertragen, der auf die Welle 3 aufgeschraubt ist. Der Mitnehmer 21 wird bei der Montage der Vorrichtung in eine Ausnehmung 23 des Rotors 1 eingesetzt, deren Form derjenigen des Mitnehmers 21 entspricht. Danach wird die Ausnehmung 23 abgedichtet, indem der Hals 17 in ein Gewinde 24 im Rotor 1 eingeschraubt und einzementiert wird.

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Das Raffiniergas 15 braucht nicht notwendigerweise über den ringförmigen Durchlaß 1O eingeleitet zu werden. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann eine Hohlwelle vorgesehen sein, wobei ein Durchlaß 19 in axialer Richtung durch die Welle 3 hindurchreicht, die ferner mit mehreren Bohrungen 20 versehen ist, die für eine Verbindung mit dem Durchlaß 1O und dem Gasraum 16 sorgen. Das durch die Pfeile 15 und 25 angedeutete Gas kann auf diese Weise über den Durchlaß 10 oder den Durchlaß 19 oder über beide diese Durchlässe zugeführt werden.

Wesentlich ist, daß das durch die Pfeile 15 und 25 angedeutete, in die Einblasvorrichtung eintretende Gas während des Durchlaufens des Durchlasses 1O oder des Durchlasses 19 sowie des Gasraums 16 vorerhitzt wird, indem es mit der Hülse 4 und der Welle 3 in Berührung kommt, die sich im wesentlichen auf der Temperatur der Schmelze befinden. Das vorerhitzte Gas wird zwischen die Flügel des Rotors 1 getrieben, wo es durch Auftreffen auf die Flügel 2 und durch den an den Flügeln vorbeistreichenden Metallstrom in kleine diskrete Blasen zerteilt wird. Infolge der Zwangsumwälzung des Metalls im Bereich der Einblasvorrichtung werden die sich bildenden Gasblasen rasch in einer Richtung verteilt, die im wesentlichen mit dem durch die Pfeile 14 angedeuteten Hauptströmungsgeschwindigkeitsvektor zusammenfällt. Die anfängliche Bahn der Gasblasen entspricht der Richtung der Pfeile 14, bis die Auftriebskraft überwiegt und bewirkt, daß die

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Gasblasen zur Oberflache der Schmelze hochsteigen.

Zu den günstigen Wirkungen der Zwangsumwälzung des Metalls um die Einblasvorrichtung gehören, daß ein wirksamer Mechanismus für die Ausbildung von kleinen Gasblasen erhalten wird, daß die Blasen an einer gegenseitigen Vereinigung gehindert werden, weil die kleinen Gasblasen im wesentlichen im Augenblick ihrer Entstehung verteilt werden, daß eine wirkungsvolle Umwälzung des Metalls erfolgt und daß die Verweildauer der Gasblasen in der Schmelze größer als die Verweildauer ist, die erhalten würde, wenn auf die Gasblasen nur die Auftriebskraft einwirken würde..

Das beschriebene Raffinierverfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich ausgeführt werden, indem die in Fig. 3 veranschaulichte Raffiniereinrichtung verwendet wird. Die Raffiniereinrichtung weist ein gußeisernes Gefäß 31 auf, das mittels einer herkömmlichen Heizeinrichtung, die innerhalb eines Raumes 32 untergebracht sein kann, auf der Arbeitstemperatur gehalten wird und mittels eines feuerfesten Außenmantels 33 gegen Wärmeverluste geschützt ist. Die Innenseite des Gefäßes 31 ist mit einer Auskleidung 34 aus Graphit oder anderen feuerfesten Werkstoffen versehen, die gegen schmelzflüssiges Metall und nichtmetallische Verunreinigungen inert sind, mit deren Auftreten gerechnet werden muß. Das Gefäß 31 ist mit einer Abdeckung 36 ausgestattet, die auf Flanschen 39 aufsitzt. Zwischen den Flanschen

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39 und der Abdeckung 36, die aufgeschraubt oder auf andere Weise befestigt sein kann, wird für eine gasdichte Abdichtung gesorgt, so daß beim Betrieb der Einrichtung keine Luft eindringen kann. Eine Gaseinblasvorrichtung 35 beispielsweise der in Fig. 1 veranschaulichten Art ist an der Abdeckung 36 angebracht und wird von dieser gehalten.

Durch einen Pfeil 37 angedeutetes Raffiniergas wird mittels der Gaseinblasvorrichtung 35 in das schmelzflüssige Metall 38 eingeblasen. Nach Durchlaufen des Schmelzgutes sammelt sich das Gas im Kopfraum 43 an und bildet dort über der Schmelze eine Inertgasschicht. Das Gas tritt dann im Gegenstrom zu dem ankommenden Metallstrom über den Metalleinlaß 4O aus. Die freie Querschnittsfläche des Gasdurchlasses und damit der in der Anordnung herrschende Druck werden mittels einer im Einlaß 4O angeordneten Klappe 49 geregelt. Das unter einem leichten Überdruck stehende inerte Gas im Kopfraum 43 verhindert, daß Luft in das Gefäß eindringt.

Das Metall 38 wird über den Metalleinlaß 40 in die Raffiniereinrichtung eingebracht. Innerhalb des Gefäßes werden gleichförmig verteilte, kleine Blasen aus inertem Gas in das Metall 38 eingeblasen. Außerdem wird das schmelzflüssige Metall unter der Wirkung der rotierenden Gaseinblasvorrichtung 35 in Bewegung gehalten. In der Schmelze gelöste Gase diffundieren in die Inertgasblasen und werden von diesen mitgenommen, wenn die Blasen durch die Schmelze hindurch

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zur Oberfläche 42 des Schmelzbades hochsteigen. Die große Oberflache der fein dispergieren Gasblasen dient ferner als wirksames Transportmittel, das suspendierte, nichtmetallische Teilchen zu der auf der Oberfläche 42 des Schmelzbades befindlichen Schlackeschicht 48 befördert, von wo sie durch Abschlacken beseitigt werden können. Oie in dem schmelzflüssigen Metall ausgebildete Hauptströmungsverteilung ist durch Pfeile 50 schematisch angedeutet. Durch das Umwälzen des Metalls im Gefäß wird ständig frisches Metall mit den Gasblasen in Berührung gebracht, die aus dem Raum zwischen dem Rotor und dem Stator der Gaseinblasvorrichtung austreten.

Das raffinierte schmelzflüssige Metall verläßt das Raffiniergefäß über einen Auslaß 44, der unterhalb der Oberfläche 42 des Schmelzbades in der Wand 45 ausgebildet ist. Das Metall durchläuft dann einen Schacht 46 und verläßt die Anordnung über eine Abflußrinne 47, um von dort zu einer Gießstation zu gelangen. In dem Schacht 46 kann ein herkömmliches Filtermedium vorgesehen sein, beispielsweise Brocken aus Graphit oder feuerfestem Material.

Das Abschlacken der Oberfläche 42 des Schmelzbades kann durch geeigneten Aufbau des Raffiniergefäßes oder dadurch erfolgen, daß der Zustrom von Metall zu dem Raffiniergefäß unterbrochen wird, während man weiterhin inertes Gas 37 über die Gaseinblasvorrichtung 35 zuführt, so daß die

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Schlackeschicht 48 in die Einlaßrinne 40 geschoben wird, von wo sie mit Hilfe mechanischer Mittel beseitigt werden kann. Statt dessen kann die Badoberfläche 42 auch mittels eines handbetätigten Werkzeugs abgeschlackt werden, das durch die Einlaßrinne 40 oder eine nicht veranschaulichte Öffnung der Abdeckung 36 hindurch in das Gefäß 31 eingeführt wird.

Der Raffiniervorgang braucht nicht entsprechend Fig. 3 in einer einzigen Raffinierzone ausgeführt zu werden. Statt dessen kann das Gefäß mit mehreren Raffinierkammern oder -zonen ausgestattet sein, die das schme\zflüssige Metall der Reihe nach durchläuft. Die Figuren 4 und 5 zeigen eine derart abgewandelte Ausführungsform.

Das in den Figuren 4 und 5 veranschaulichte Raffiniergefäß 55 besteht aus einem feuerfesten Werkstoff, der gegenüber dem schmelzflüssigen Metall inert ist. Das Gefäß ist mit Hilfe von gut isolierenden Werkstoffen gegen Wärmeverluste geschützt. Falls erforderlich, kann das Gefäß auch mit nicht veranschaulichten elektrischen Heizelementen ausgestattet sein, um Wärmeverluste auszugleichen. Das Raffiniergefäß 55 weist eine Abdeckung 56 auf, die an dem Gefäß 55 gasdicht angebracht ist und nur eine Metalleinlaßrinne 57 freiläßt. Gaseinblasvorrichtungen 59 und 6O, die entsprechend Fig. 1 aufgebaut sind, und die zugehörigen Antriebe 61 und 62 werden von der Abdeckung 56 gehalten. Pfei-

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le 75 deuten das inerte Gas an, das in die Gaseinblasvorrichtungen 59 und 6O über die betreffenden Einlaßöffnungen eintritt.

Das Raffiniergefäß 55 ist für den Einsatz bei kontinuierlichem Betrieb bestimmt, d. h. schmelzflüssiges Metall wird über die Einlaßrinne 57 ständig in das Gefäß 55 eingeleitet, das Metall wird unter ständiger Badbewegung und Einblasen von Gas über die Einblasvorrichtungen 59 und 60 raffiniert, und das raffinierte Metall wird über die Abflußrinne 58 aus dem Gefäß ständig abgezogen. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist das Raffiniergefaß 55 mit zwei Raffinierzonen 63 und 64 versehen, die durch eine Zwischenwand 65 voneinander getrennt sind. Das Metall gelangt zunächst in die Raffinierzone 63, wo es in Bewegung versetzt und mit einem inerten Gas in Berührung gebracht wird, das über die Gaseinblasvorrichtung 59 eingeleitet wird. Das Metall verläßt die Raffinierzone 63 teilweise durch Überströmen der Oberkante der Zwischenwand 65 und teilweise durch Durchlässe 66 hindurch, die in der Zwischenwand 65 ausgebildet sind. Das Metall wird in der zweiten Raffinierzone 64 weiter raffiniert, wo es in ähnlicher Weise in Bewegung versetzt und mit inertem Gas in Kontakt gebracht wird, das mittels der Gaseinblasvorrichtung 60 eingeleitet wird. Das Metall verläßt die Raffinierzone 64, indem es über die untere Trennwand 67 hinwegströmt und in ein Auslaßrohr 68 eintritt. Das Auslaßrohr 68 ist aus einem feuerfesten Werk-

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stoff, beispielsweise Graphit oder Siliciumcarbid, gefertigt und leitet das raffinierte schmelzflüssige Metall von der Raffinierzone 64 aus zu einem Auslaßschacht 69, von wo aus es das Raffiniergefäß über die Abflußrinne 58 verläßt.

Das in die Anordnung eingeleitete Raffiniergas durchströmt das schmelzflüssige Metall, sammelt sich im Kopfraum 74 über dem Schmelzbad an und verläßt das Raffiniergefäß 55 durch die Einlaßrinne 57 hindurch oberhalb und im Gegenstrom zu dem ankommenden schmelzflüssigen Metall. Der im Raffiniergefäß 55 herrschende Druck kann durch eine in der Einlaßrinne 57 sitzende, angelenkte Klappe 73 eingestellt werden, indem die freie Querschnittsfläche des Gasdurchlasses in der Einlaßrinne 57 verändert wird. Auf diese Weise kann zusätzlich zu der von der Abdeckung 56 gebildeten statischen Abdichtung für eine dynamische Gasabdichtung des Raffiniergefäßes gesorgt werden, indem das Raffiniergefäß 55 unter einem etwas über dem Atmosphärendruck liegenden Druck gehalten wird, um den Zutritt von Luft zum Raffiniergefäß zu verhindern.

Ein entscheidender Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß leicht eine Einstellung derart erfolgen kann, daß die Raffiniergaserfordernisse für unterschiedliche Metalle erfüllt werden. Außerdem kann die Raffiniergeschwindigkeit einem weiten Bereich von Gießgeschwindigkei·- ten angepaßt werden. Der spezifische Raffiniergasbedarf, der im allgemeinen ausgedrückt wird als Gasvolumen bei Normal-

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temperatur und Normaldruck je Gewichtseinheit des zu behandelnden Metalls, ist eine Funktion der Zusammensetzung der Legierung und des geforderten Reinheitsgrades des Fertigprodukts. Die MetalldurchfluSmenge durch die Raffiniereinrichtung kann von der Gießgeschwindigkeit bestimmt werden, d. h. durch die Art der verwendeten Gießmaschinen und die Anzahl der Blöcke, die gleichzeitig aus dem raffinierten Metall gegossen werden sollen. Die folgenden Beispiele zeigen einen einfachen Weg, um die Arbeitsbedingungen der Anordnung in Abhängigkeit von der jeweils zu raffinierenden Legierung und dem gewünschten Raffinationsgrad einzustellen.

Zunächst wird die Durchflußmenge des Raffiniergases je Gaseinblasvorrichtung aus der folgenden Formel berechnet:

V-Wx C/N (1 )

V ■ Durchflußmenge des Raffiniergases durch die Vorrichtung in Ndm /min; W = Metalldurchflußmenge oder Raffiniergeschwindigkeit in kg/min;

C = spezifischer Raffiniergasbedarf in Ndm /min; N - Anzahl der Gaseinblasvorrichtungen des Systems.

Der spezifische Raffiniergasbedarf C wird experimentell bestimmt oder zunächst auf Grund der Raffiniergasmengen geschätzt, die für das Raffinieren des betreffenden Metalls

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herkömmlicherweise benutzt werden.

Nachdem die erforderliche Gasdurchflußmenge für die Einblasvorrichtung bestimmt ist, wird die Rotordrehzahl entsprechend der folgenden Formel eingestellt:

R = (762O + 673 V + 21O8 r²)/d (2)

R = Drehzahl des Rotors in U/min;

V = Gasdurchflußmenge durch die Vorrichtung, berechnet entsprechend der Formel (1), in Ndm /min;

r = Verhältnis der kleinsten Quers'chnittsabmessung der Raffinierzone im Bereich des Rotors zum Rotordurchmesser (berechnet unter Verwendung gleicher Einheiten); beispielsweise ist bei der Raffiniereinrichtung nach Fig. 5 die kleinste Querschnittsabmessung der Raffinierzone 63 die kleinere der beiden durch die Pfeile 70 und 71 angedeuteten Abmessungen;

d = Rotordurchmesser in mm.

Diese Formel ergibt einen Näherungswert für die Drehzahl des Rotors, die eine zufriedenstellende Dispersion des Raffiniergases und ein gutes Umrühren des Metallbades unter den meisten Arbeitsbedingungen sicherstellt. Die Formel läßt erkennen, daß die Rotordrehzahl mit steigenden Raffiniergasdurchflußmengen erhöht werden muß. Die Einrichtung

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kann jedoch auch mit erheblich niedrigeren Drehzahlen arbeiten als sie sich aus dieser Formel ergeben. Die optimale Drehzahl hängt in erster Linie von dem gewünschten Raffinationsgrad ab.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Raffinieren von schmelzflüssigem Metall aus der Magnesium, Kupfer, Zink, Zinn und Blei umfassenden Gruppe von Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Metall in eine Raffinierzone eingebracht und über der Oberfläche des Schmelzbades eine Schutzgasatmosphäre mit einem höheren als dem Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, wodurch ein Kontakt der Schmelze mit Luft oder atmosphärischer Feuchtigkeit verhindert wird; daß eine in das Schmelzbad eintauchende Gaseinblasvorrichtung vorgesehen wird, die eine Welle, an deren unterem Ende ein mit Flügeln versehener Rotor fest angebracht ist, eine die Welle umfassende stationäre Hülse und einen sich über die Länge der Gaseinblasvorrichtung erstreckenden Durchlaß aufweist, über den Raffiniergas geschickt und in das schmelzflüssige Metall ausgetragen wird; daß Raffiniergas unter einem für ein Einblasen in die Schmelze ausreichenden Druck in das obere Ende des Durchlasses eingeleitet wird und vor dem Unterteilen in Gasblasen durch Kontakt mit den heißen Wänden des Durchlasses vorerhitzt und so weit expandiert wird, daß ein thermisches Wachsen der Blasen in der Schmelze im wesentlichen verhindert wird; daß das vorerhitzte Raffiniergas auf die Flügel des Rotors der Gaseinblasvorrichtung ge-

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richtet und in diskrete Gasblasen unterteilt wird, indem der Flügelrotor mit ausreichender Drehzahl angetrieben wird, um in dem schmelzflüssigen Metall einen solchen Strömungsverlauf auszubilden, daß die Gasblasen im wesentlichen radial nach außen und mit einer bezüglich ihrer Eintrittsstellen in die Schmelze nach unten gerichteten Komponente in die Schmelze transportiert und unter Beseitigung von gelösten Gasen und im wesentlichen allen nichtmetallischen Verunreinigungen aus der Schmelze mit im wesentlichen der Gesamtmenge des in der Raffinierzone befindlichen schmelzflüssigen Metalls in innigen Kontakt gebracht werden; daß das verbraucht· Raffiniergas und die von dem Metall freigesetzten gelösten Gase abgezogen werden, während andere nichtmetallische Verunreinigungen in einer Schlackeschicht auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls gesammelt werden, und daß das raffinierte schmelzflüssige Metall aus der Raffinierzone abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Raffiniergas Argon verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Raffiniergas Stickstoff verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Raffiniergas ein Gemisch aus Argon und Stickstoff

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verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß von der AuSenflache der Welle und der Innenflache der stationären Hülse gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß in Axialrichtung durch die Welle hindurchverläuft .

7. Verfahren zum Raffinieren von schmelzflüssigem Metall aus der Magnesium, Kupfer, Zink, Zinp und Blei umfassenden Gruppe von Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Metall in ein mindestens eine Raffinierzone aufweisendes Raffiniergefäß eingebracht und über der Oberfläche des Schmelzbades eine Schutzgasatmosphäre mit einem höheren als dem Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, wodurch ein Kontakt der Schmelze mit Luft oder atmosphärischer Feuchtigkeit verhindert wird; daß in dem RaffiniergefäS mindestens eine in das Schmelzbad eintauchende Gaseinblasvorrichtung vorgesehen wird, die eine Welle, an deren unterem Ende ein mit Flügeln versehener Rotor fest angebracht ist, eine die Welle umfassende stationäre Hülse und einen sich über die Länge der Gaseinblasvorrichtung erstreckenden Durchlaß aufweist, über den Raffiniergas geschickt und in das schmelz-

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flüssige Metall ausgetragen wird; daß Raffiniergas unter einem für ein Einblasen in die Schmelze ausreichenden Druck in das obere Ende des Durchlasses in einer Durchflußmenge von

V=W C/N

eingeleitet wird, wobei
V = Gasdurchflußmenge durch jede Einblasvorrichtung in Ndm /min;

W = Zuflußmenge an schmelzflüssigem Metall in das Raffiniergefäß in kg/min;

C = spezifischer Raffiniergasbedarf in Ndm /kg Metall; N = Anzahl der Gaseinblasvorrichtungen in dem Raffiniergefäß;

daß das Raffiniergas in diskrete Gasblasen unterteilt wird, indem der Flügelrotor mit ausreichender Drehzahl angetrieben wird, um in dem schmelzflüssigen Metall einen solchen Strömungsverlauf auszubilden, daß die Gasblasen im wesentlichen radial nach außen und mit einer bezüglich ihrer Eintrittsstellen in die Schmelze nach unten gerichteten Komponente unter Beseitigung von gelösten Gasen und im wesentlichen allen nichtmetallischen Verunreinigungen aus der Schmelze in letztere hineintransportiert werden; daß das verbrauchte Raffiniergas und die von dem Metall freigesetzten gelösten Gase abgezogen werden, während andere nichtmetallische Verunreinigungen in einer Schlackeschicht auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls gesammelt werden, und daß

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das raffinierte schmelzflüssige Metall aus dem Raffiniergefäß abgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblasvorrichtung mit einer Drehzahl angetrieben wird, die sich näherungsweise aus der folgenden Formel ergibt:

R = (7620 + 673 V + 2108 r²)/d

wobei

R = Drehzahl des Rotors in U/min;

V = Gasdurchflußmenge in der Einblasvorrichtung in Ndm /min;

r = Verhältnis der kleinsten Querschnittsabmessung der Raffinierzone zum Durchmesser des Rotors (dimensionslos) und

d = Rotordurchmesser in mm.

9. Verfahren nach Anspruch 7', dadurch gekennzeichnet, daß als Raffiniergas Argon verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Raffiniergas Stickstoff verwendet wird.

11. Verfahren zum Raffinieren von schmelzflussigem Metall aus der Magnesium, Kupfer, Zink, Zinn und Blei umfassenden Gruppe von Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Metall in eine Raffinierzone einge-

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bracht und über der Oberfläche des Schmelzbades eine Schutzgasatmosphäre mit einem höheren als dem Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, wodurch ein Kontakt der Schmelze mit Luft oder atmosphärischer Feuchtigkeit verhindert wird; daß in die Schmelze unterhalb deren Oberfläche ein Raffiniergas eingeleitet wird, das vor dem Unterteilen in Gasblasen vorerhitzt und so weit expandiert wird, daß ein thermisches Wachsen der Blasen in der Schmelze im wesentlichen verhindert wird; daß das Raffiniergas in diskrete Gasblasen unterteilt wird und in dem schmelzflüssigen Metall ein solcher Strömungsverlauf ausgebildet wird, daß die Raffiniergasblasen im wesentlichen radial nach außen und mit einer bezüglich ihrer Eintrittsstellen in die Schmelze nach unten gerichteten Komponente in die Schmelze transportiert und unter Beseitigung von gelösten Gasen und im wesentlichen allen nichtmetallischen Verunreinigungen aus der Schmelze mit im wesentlichen der Gesamtmenge des in der Raffinierzone befindlichen schmelzflüssigen Metalls in innigen Kontakt gebracht werden; daß das verbrauchte Raffiniergas, das die von dem Metall freigesetzten gelösten Gase enthält, abgezogen wird, während andere nichtmetallische Verunreinigungen in einer Schlackeschicht auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls gesammelt werden, und daß das raffinierte schmelzflüssige Metall aus der Raffinierzone abgeführt wird.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Raffiniergas Argon, Stickstoff oder Gemische dieser beiden Gase verwendet werden.

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