DE490349C - Process for cleaning aluminum and aluminum alloys by applying reduced pressure to the molten metal - Google Patents

Description

Verfahren zum Reinigen von Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Anwendung verminderten Druckes auf das geschmolzene Metall Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die heute übliche Reinigung des Aluminiums und seiner Legierungen von Gasen und Tonerde unvollkommen ist und daß selbst das zur Entfernung aufgenommener Gase angewandte Verfahren des Erstarrenlassens und Wiederaufschmelzens gashaltigen Metalls nur von beschränktem Erfolg und vor allem nicht imstande ist, auch die Tonerde oder andere in der Schmelze suspendierte nichtmetallische Teilchen zu entfernen. Auch die an sich bekannte Anwendung des Vakuums führt nicht zum Ziele, da die bei der heute durchweg üblichen, eine Überhitzung des Metalls peinlich vermeidenden Schmelzweise aufgenommenen Gase vom Metall stark festgehalten werden und erst kurz vor der Erstarrung und während dieser selbst zur Ausscheidung gelangen. Hieran wird auch durch Anwendung verminderten Luftdruckes nur wenig geändert, da der Partialdruck der gelösten, in der Hauptsache aus Wasserstoff bestehenden Gase in dem in der bisher üblichen Weise erschmolzenen Metall anscheinend sehr gering ist.-Die vorliegende Erfindung beruht auf der Beobachtung, daB bei Anwendung verminderten Luftdruckes auf geschmolzenes Aluminium mit erhöhtem Gasgehalt, wie es z. B. durch überhitzen erzielt wird, eine plötzliche und praktisch vollständige Entgasung stattfindet, ohne daß das Metall auf den Erstarrungspunkt abgekühlt zu werden braucht. Da man es durch die Höhe der Überhitzung und der Abkühlungsgeschwindigkeit in der Hand hat, die Gasentbindung in bezug auf Menge und Zeitdauer zu konzentrieren, so kann man eine Wirkung-- erzielen, die derjenigen ähnlich ist, die sich z. B. bei kohlensäurehaltigem, feste Teilchen enthaltendem Wasser einstellt. Die Kohlensäurebläschen reißen die kleinen festen Partikelchen, die von gleichem oder größerem spezifischen Gewicht sind als die Flüssigkeit, an die Oberfläche, wo sie in Gestalt eines schaumigen Gebildes abgezogen werden können. In ganz ähnlicher Weise bewirkt nach der vorliegenden Erfindung die künstlich vermehrte und beschleunigte Gasentbindung eine Reinigung der Metallschmelze auch von den darin suspendierten nicht metallischen und schädlichen Verunreinigungen, wie Tonerde, Nitrid, Schlacke, Brennstoffpartikeln u. dgl.Process for cleaning aluminum and aluminum alloys by Application of Reduced Pressure to the Molten Metal The present invention is based on the knowledge that the cleaning of aluminum and its alloys of gases and alumina is imperfect and that even that for Removal of absorbed gases Applied methods of solidification and remelting gaseous metal is only of limited success and, above all, is unable to also the alumina or other non-metallic particles suspended in the melt to remove. Even the application of the vacuum, which is known per se, does not lead to the goal because the embarrassing avoidance of overheating of the metal with the nowadays common practice Gases absorbed in melting form are strongly held by the metal and only briefly before the solidification and during this itself to be excreted. This will be only slightly changed by the use of reduced air pressure, since the partial pressure of the dissolved gases, consisting mainly of hydrogen, in the one previously used usual way molten metal is apparently very little .-- The present The invention is based on the observation that when reduced air pressure is used on molten aluminum with increased gas content, as it is e.g. B. by overheating is achieved, a sudden and practically complete degassing takes place, without the metal needing to be cooled to the solidification point. Since you it by the amount of overheating and the cooling rate in the hand has to concentrate the release of gas in terms of quantity and duration, so can one can achieve an effect that is similar to the one achieved e.g. B. for carbonated, adjusts water containing solid particles. The carbonic acid bubbles tear them small solid particles of equal or greater specific gravity are called the liquid, to the surface, where they are in the form of a foamy Structure can be peeled off. Effects in a very similar way according to the present Invention of the artificially increased and accelerated release of gas a cleaning the molten metal also from the non-metallic and harmful suspended therein Impurities such as alumina, nitride, slag, fuel particles and the like.

Die Anwendung des Vakuums zur Entgasung geschmolzener Metalle ist an sich bekannt, iuid es sind auch schon Vorschläge gemacht worden, die Vakuumbehandlung in einer praktisch leicht durchführbaren Weise vorzunehmen, so daß man nicht auf das äußerst schwierige, umständliche und kostspielige Schmelzen oder Gießen im Vakuum angewiesen ist, wie es z. B. die deutsche Patentschrift 68 483 noch vorsieht. Die hier beschriebene Vorrichtung mag vielleicht für kleinere Formgußstücke aus hochwertigen Metallen ,anwendbar und wirtschaftlich sein, sie ist jedoch für den Guß von Walzbarren o. dgl. unbrauchbar, da hier der in Kokille einfließende Metallstrahl dauernd beobachtet und Kokille sowie Tiegel in ihren Neigungswinkeln genau dem jeweiligen Zufluß des Metalls und dessen Stand in der Form angepaßt werden müssen. Da man aber praktisch zur Beobachtung nicht eine Glasglocke o. dgl. über die ganze Einrichtung setzen und diese evakuieren kann, so scheidet die Vorrichtung der erwähnten Patentschrift schon wegen der Unmöglichkeit der praktischen Anwendung auf den vorliegenden Fall des Barrengusses völlig aus.The application of vacuum for degassing molten metals is known per se, and suggestions have already been made, the vacuum treatment in a practically feasible manner so that one does not have to the extremely difficult, cumbersome and expensive melting or casting in a vacuum is instructed, as z. B. the German patent specification 68 483 still provides. The device described here may be suitable for smaller castings made of high quality metals, applicable and economical, however, it is for The casting of rolling ingots or the like is unusable, since here the one flowing into the mold Metal beam constantly observed and the mold and crucible at their angles of inclination be adapted exactly to the respective influx of the metal and its level in the form have to. But since you practically do not use a glass bell or the like for observation can set the entire facility and evacuate it, the device separates of the patent mentioned because of the impossibility of practical application on the present case of ingot casting.

Ähnlich verhält es sich mit dem in der Patentschrift 110 178 beschriebenen Verfahren zur Erzielung eines gasfreien Spiegelmetalls aus einer Al-Mg-Legierung, da auch hier im Vakuum geschmolzen werden muß. Die Anwendung eines Vakuumofens zum Schmelzen größerer Metallmengen ist jedoch bekanntlich so schwierig und kostspielig, daß diese Einrichtung, wenigstens für Aluminium, überhaupt nicht in Frage kommen kann, ganz abgesehen davon, daß Vakuumöfen mit einem Fassungsvermögen von mehreren hundert oder gar tausend Kilo Leichtmetall noch nicht vorhanden sind, während Aluminiumbarren von i ooo kg Gewicht heute .nichts Ungewöhnliches mehr sind. Im übrigen ist in den beiden vorbenannten Patentschriften nichts darüber gesagt, daB vor der Vakuumbehandlung ,eine absichtliche überhitzung des Metalls zwecks vermehrter Gasaufnahme stattfinden soll; diese Überhitzung würde auch insbesondere bei dem Verfahren, wie es die deutsche Patentschrift 110 178 schildert, völlig sinnwidrig erscheinen.The situation is similar with the method described in patent specification 110 178 for obtaining a gas-free mirror metal from an Al — Mg alloy, since here too it must be melted in a vacuum. The use of a vacuum furnace for melting larger amounts of metal is known to be so difficult and expensive that this device, at least for aluminum, cannot be considered at all, quite apart from the fact that vacuum furnaces with a capacity of several hundred or even thousands of kilograms of light metal are not yet are present, while Al umini bars weighing 100 pounds are no longer unusual today. In addition, nothing is said in the two aforementioned patents about the fact that before the vacuum treatment, the metal should be intentionally overheated in order to increase gas absorption; this overheating would appear completely absurd, especially in the case of the method as described in German patent specification 110 178.

Das gleiche gilt für das Verfahren der deutschen Patentschrift 228 962, das sich aber ausschließlich auf Magnesium und seine Legierungen bezieht und wegen des grundsätzlich anderen Verhaltens dieses Metalls auf Aluminium reicht mit dem gewünschten Erfolg anwendbar sein würde. Eine Aluminiumschmelze mit normalem Gasgehalt läßt sich eben, wie die Erfahrung gezeigt hat, nicht durch längeres Aufrechterhalten einer in der Nähe des Erstarrungspunktes liegenden Temperatur von ihrem Gasgehalt befreien, auch nicht durch Anwendung des Vakuums, ganz im Gegensatz zum Magnesium, bei dem nach Angabe der genannten Patentschrift dieses Ziel durch Anwendung des dort geschilderten Verfahrens erreicht werden kann. Eine übertragung des letzteren auf Aluminium scheidet somit aus. Einen Schritt weiter in praktischer Hinsicht geht die deutsche Patentschrift 25o 999, indem sie die Anwendung des Vakuums nicht an den Schmelz- oder Gießprozeß bindet, sondern zu einem selbständigen und im Betrieb ohne Schwierigkeiten durchführbaren Arbeitsgang macht. Da aber auch hier eine Überhitzung des Metalls vor der Vakuumbehandlung nicht vorgesehen ist und der Edelstahl sich ähnlich verhält wie das vorstehend erwähnte Magnesium, so würde auch hier die Übertragung des Verfahrens auf Aluminium nicht den beabsichtigten Erfolg haben. Daß das Verfahren auch nicht mit künstlich überhitztem Metall (Edelstahl) durchgeführt werden soll, geht schon daraus hervor, daß die Tiegel, in denen der Stahl der Vakuumbehandlung unterworfen werden soll, zuvor stark vorgeheizt werden müssen, ein Zeichen, daß der zu behandelnde Stahl sich nicht allzuweit von der Gießtemperatur befindet und vor größerem Wärmeverlust geschützt werden muB. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung fällt diese Vorwärmung ,als überflüssig fort, und dadurch werden entsprechende Brennstoff- und Lohnkosten gespart.The same applies to the method of German patent specification 228 962, which, however, relates exclusively to magnesium and its alloys and, because of the fundamentally different behavior of this metal on aluminum, would be applicable with the desired success. As experience has shown, an aluminum melt with a normal gas content cannot be freed from its gas content by maintaining a temperature close to the solidification point for a longer period of time, not even by using a vacuum, in contrast to magnesium, which, according to the mentioned patent this goal can be achieved by using the method described there. A transfer of the latter to aluminum is therefore ruled out. The German patent specification No. 25o 999 goes a step further in practical terms, in that it does not bind the application of the vacuum to the melting or casting process, but rather makes it an independent operation that can be carried out without difficulty in operation. However, since the metal is not overheated before the vacuum treatment and the stainless steel behaves similarly to the magnesium mentioned above, the transfer of the process to aluminum would not have the intended success here either. The fact that the process should not be carried out with artificially overheated metal (stainless steel) is evident from the fact that the crucibles in which the steel is to be subjected to the vacuum treatment must first be strongly preheated, a sign that the steel to be treated has become is not too far from the casting temperature and must be protected from major heat loss. In the method of the present invention, this preheating is eliminated as superfluous, and corresponding fuel and labor costs are saved as a result.

Die Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung geschieht, z. B. bei der Herstellung von Walzbarren aus Aluminium, in folgender Weise: Einschmelzen des Metalls in beliebigen Ofen ,(die bisher notwendigen, meist mit ungünstigem thermischen Wirkungsgrad arbeitenden Spezialöfen sind dabei .entbehrlich), Überhitzen, so daß Gasaufnahme erfolgt, Überführen des Metalls in die Gießtiegel oder die Gießpfannen, in denen es nun der Wirkung des verminderten Luftdruckes unterworfen wird. Man kann die Ausscheidung der Gase usw. dadurch noch befördern, daß man während der Dauer der Druckverminderung oder unmittelbar vorher das Metall durchrührt. War das Metall stark überhitzt, so läßt man es unter dem verminderten Druck so lange stehen, bis es die richtige Gießtemperatur Herreicht hat. Ist alles Gas ausgeschieden und die Gießtemperatur erreicht, so stellt man die normalen Druckverhältnisse wieder her, zieht die an die Oberfläche gelangten, eine Art Schaum bildenden Verunreinigungen ab und schreitet zum Vergießen.The method according to the present invention is carried out, z. B. in the production of aluminum rolling ingots, in the following way: melting down of the metal in any furnace (those previously necessary, mostly with unfavorable thermal Efficiency working special ovens are. Dispensable), overheating, so that Gas absorption takes place, transfer of the metal into the pouring crucible or pouring ladle, in which it is now subjected to the effect of the reduced air pressure. One can the excretion of gases, etc., by the fact that one during the duration the pressure reduction or immediately beforehand the metal is stirred. Was the metal if it is severely overheated, let it stand under the reduced pressure until it has reached the right casting temperature. Is all gas eliminated and the The casting temperature is reached, the normal pressure conditions are restored, pulls the impurities that have come to the surface and form a kind of foam and proceed to the shedding.

Die Zeichnung stellt schematisch eine der möglichen Vorrichtungen zur Ausübung dies Verfahrens dar.The drawing shows schematically one of the possible devices to carry out this procedure.

Die gußeiserne Platte A ist mit einer ringförmigen Dichtungsleiste B versehen, auf die die Haube C luftdicht aufgesetzt werden kann. C besitzt zwei seitliche Zapfen D, die in den gabelförmigen Lagern des einen Armes eines zweiarmigen, um F drehbaren. Hebels E ruhen, dessen anderer Arm das Gewicht G trägt; Größe des Gewichts und Länge des Arms sind so bemessen, daß sein Drehmomen'. etwas größer ist als das des die Haube tragenden anderen Arms, so daß die gestrichelt eingezeichnete Stellung die normale ist, solange die Einrichtung nicht benutzt wird. Die Platte A hat eine Bohrung H, die mit einer Luftpumpe oder anderen Einrichtung zur Absaugung der Luft verbunden ist und trägt einen feuerfesten Untersatz J für den das zu reinigende Metall enthaltenden Tiegel I(. i-"-beidiesen wird nun durch Anheben des Gewichts G die Haube C heruntergelassen, wobei das Luftabsperrventil L, das durch den Hebet E gesteuert ist, sich öffnet. Der zum Lufteinlaß dienende und seitlich an der Glocke angebrachte Hahn M befindet sich in geschlossener Stellung, so daß die Haube C nun sogleich evakuiert wird. N ist eine durch feuerfestes Glas, Glimmer o. dgl. verschlossene Schauöffnung, die aber entbehrt werden kann. Ei)enso ist der Rührer O_, der vermittels der Stopfbüchse P luftdicht durch C hindurchgeführt ist, keineswegs zur Erreichung der beabsichtigten Wirkung notwendig. Ist die Entgasung beendet und das Metall auf Gießtemperatur abgekühlt, so öffnet man .4l, wodurch der Unterdruck in C ausgeglichen und die Haube durch die Kraft des Gewichts in die gestrichelt eingezeichnete Stellung gehoben wird; hierbei wird gleichzeitig Hahn L wieder geschlossen. Das im Tiegel befindliche Metall wird nun abgeschäumt und in bekannter Weise in die gewünschte Form vergossen.The cast iron plate A is provided with an annular sealing strip B, on which the hood C can be placed airtight. C has two lateral pins D, which are in the fork-shaped bearings of one arm of a two-armed, rotatable around F. Lever E rest, the other arm of which has the weight G wearing; The size of the weight and length of the arm are such that its torques'. is slightly larger than that of the other arm carrying the hood, so that the dashed the position shown is normal as long as the device is not in use. The plate A has a bore H that can be connected to an air pump or other device is connected to the extraction of air and carries a fireproof base J for the crucible I containing the metal to be cleaned (. i - "- these are now through Lifting the weight G lowered the hood C, leaving the air shut-off valve L, which is controlled by the lift E, opens. The one used for air intake and cock M on the side of the bell is in the closed position, so that the hood C is now evacuated immediately. N is one through refractory glass, Mica or the like closed viewing opening, which can, however, be dispensed with. Egg) enso is the stirrer O_, which by means of the stuffing box P is passed through C in an airtight manner is by no means necessary to achieve the intended effect. Is the degassing finished and the metal cooled to casting temperature, one opens .4l, whereby the negative pressure in C is balanced out by the force of the weight in the hood the position shown in dashed lines is raised; this is also Hahn L closed again. The metal in the crucible is now skimmed off and cast in a known manner in the desired shape.

Es bedarf kaum der Erwähnung, daß das Verfahren auch mit beliebigen anderen Vorrichtungen, falls sie nur den gleichen Zweck erfüllen, ausgeführt werden kann, da ja der Grundgedanke des Verfahrens durch die Art der Vakuumvorrichtung nicht berührt wird.Needless to say, the process can also be used with any other devices if they only serve the same purpose can, since the basic idea of the process is based on the type of vacuum device is not touched.

Es versteht sich ferner von selbst, daß das Verfahren unter Umständen auch auf die Herstellung von Barren aus anderen Leichtmetallen mit Vorteil angewandt werden kann, und daß es auch auf den Formgießereibetrieb anwendbar erscheint, wo es vielleicht von noch größerem Wert sein kann, da der Ausschuß durch porösen Guß eine nicht unbeträchtliche Verlustquelle solcher Betriebe darstellt und Formguß aus Aluminium und Aluminiumlegierungen immer mehr oder weniger große Tonerdemengen zu enthalten pflegt, die seine Güteziffern stark beeinflussen. Selbstverständlich beschränkt sich das Verfahren nicht auf Aluminium und seine Legierungen. sondern kann auch auf andere Leichtmetalle angewandt werden.It also goes without saying that the procedure may also applied with advantage to the production of bars from other light metals can be, and that it also appears applicable to the foundry where it may be of even greater value since the rejects are made by porous casting a not inconsiderable source of loss of such operations and molding from aluminum and aluminum alloys more or less large alumina quantities wont to contain, which strongly influence its figure of merit. Of course the process is not limited to aluminum and its alloys. but can also be applied to other light metals.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zum Reinigen von Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Anwendung verminderten Druckes auf das geschmolzene Metall, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall vor der Vakuumbehandlung zwecks Erhöhung der Gasaufnahme überhitzt wird.PATENT CLAIM Process for cleaning aluminum and aluminum alloys by applying reduced pressure to the molten metal, characterized in, that the molten metal before the vacuum treatment in order to increase the gas uptake becomes overheated.