DE1941270C - Filter zur Reinigung von schmelzflüssigem Aluminium oder seinen Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Filter zur Reinigung von schisckilüssigeiQ Aluminium oder seinen Legierungen.

Für diesen Zweck hatten bereits Gasblasverfahren, Behandlung von verschiedenen Flüssigmitteln und Filterverfahren unter Verwendung von Glaswolle oder keramischen Stoffen weitgehend Anwendung gefunden.

Auch so wird nach einem bekannten Venahren. als Mittel zur Entfernung von Verunreinigungen bei der Rückgewinnung von Leichtmetallabfällen eine Schmelze von einem Gemisch von wasserfreiem Chlorcalcium mit Fluorcalcium verwendet. Ferner ist es bereits bekannt, zum Veredeln von siliciumhaltigem Aliiniiniumlegierungen zur Unterdrückung der Grohaussche.nung der primären Siliciumkristalle der Schmelze nach erstmaliger Veredelung mit einem bekömmlichen Veredelungssalzgemisch ein verdichtetes Salzgemisch mit hoher Natriumfluoridkonzentration t !Zusetzen.

Und schließlich ist es bereits bei Gußeisen bekannt, eine Einrichtung zum Reinigen des geschmolzenen Eisens von siliciumhaltiger Schlacke und den in der Schmelze enthaltenen Oxydteilchen vorzusehen, bei der die Schmelze durch einen aus kleinen Kanälen bestehenden Filter und anschließend durch ein mit kleinen feuerfesten basischen Teilchen gefülltes Rohr geführt wird.

Bei den bekannten Verfahren ν d Einrichtungen werden jedoch nicht alle im schmeizflüssigen Metall enthaltenen Verunreinigungen wie Oxyde, Seigerungen und nichtmetallische Einschlüsse sowie gasförmige Verunreinigungen wie Wasserstoff ausgeschieden, so daß es schwierig ist, schmelzflüssiges Aluminium ohne Verunreinigungen zu erhalten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial zur Reinigung von schmelzflüssigem Aluminium vorzuschlagen, mit dem alle in der Schmelze enthaltenen Verunreinigungen ausgeschieden werden können durch kontinuierliche Erzeugung eines sehr stabilen viskosen geschmolzenen Salzfilms an der Oberfläche des Filtermaterials, das durch Stöße unzerstörbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht der Filter aus einem durch Erschmeizung oder Sinterung erzeugten Verbundstoff, welcher mindestens ein Metallhalogenid und mindestens eine Verbindung von C, N, B oder Si enthält, wobei der Verbundstoff zwischen zwei porösen Wänden eines Behälters angeordnet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält der Verbundstoff verschiedene keramische Stoffe, Pulver und Massen aus feuerfesten Materialien oder Metallen, feuerfesten Fasern wie Kohlenstoffasern, Glas- oder Metallfasern.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß der Behälter mit dem Filter in dem Gefäß für das schmelzflüssige Metal! schwimmend angeordnet ist und eine Pumpe zum Absaugen der gefilterten Schmelze aus der oberen mit einem Flansch versehenen öffnung des Behälters vorgesehen ist.

Und schließlich ist in Weiterbildung der Erfindung der Filter in einem Steigrohr einer Niederdruckgießvorrichtung angeordnet.

Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Filters Km-J seine hohe loncnbindekraft, die stark erhöhte loncabindekraft im schmelzflüssigen Material, seine völlige Unzerstörbarkeit durch Stöße und der Aus-. Schluß von Bindemitteln, wie Älhanhexachlorid, zum Schmclzfurmen der Bestandteile, wie das Metallhalogenid, sowie das Erzielen von Kristallen, die stundenlang stabil, gefügeinäßig homogen und isotrop durch starkes Abkühlen des geschmolzenen Produkts sind. Dies ergibt eine sehr charakteristische mechanische Eigenschaft

Das erfindungsgemäße Filtermaterial erzeugt kontinuierlich einen sehr stabilen viskosen geschmolzenen Salzfilm an der Oberfläche des Filterroaterials.

Der FUm setzt die Grenzflächenenergie zwischen dsm geschmolzenen Metall und den Verunreinigungen herab und verringert die Grenzflächenspannung und adsorbiert ferner die Verunreinigungen durch die Benetzung. Dieser geschmolzene Salzfilm wird durch das Abnehmen der Krislailinität geringfügig ionisiert und erzeugt kontinuierlich ein gasförmiges Produkt mit einer sehr geringen Geschwindigkeit.

Dieses gasförmige Produkt beseitigt mechanisch gasförmige Verunreinigungen, wie Wasserstoff.

Das gasförmige Produkt und die freien ionisierten Atome erzeugen die Gasatmosphäre oder den dünnen Metallverbindungsfilm auf der Oberfläche des schmelzflüssiger· Metalls und verhindern den Kontakt der Atmosphäre mii dem schmeiznübsigen Metal!, v.c,-durch dessen Oxydation für Stunden vermieden und gleichzeitig der Oxydfilm zerstört wird, so daß das Metall im normalen Zustand infolge der Verringerung der Diffusion in die Oxydschicht gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Filtermaterial ist geruchlos und rauchfrei und ist für den Reinigungsvorgaiig mehr als 100 Arbeitsstunden für einen einzigen Einbau wirksam. Infolge der vorgenannten Wirkung wird ein stabiles schmelzflüssiges Metall erhalten.

Bei einem Filtermaterial dit-fci Art, welches die vorerwähnten Stoffe enthält, werden die Oberflächenkristalle der geformten Materialien allmählich aktiviert, um Ionen oder Gase freizusetzen, wobei eine Tendenz des Filtermaterials zum Schrumpfen in seinem Oberflächenbereich gesehen werden muß. Jedoch wird durch die Existenz der hitzebeständigen und feuerfesten Stoffe, die an den vorkommenden Stellen im Filtermaterial frei liegen, der Oberflächenbereich dagegen geschützt, verkleinert zu werden und die Filterungsdurchlässe gegen eine Erweiterung, so daß die Verunreinigungen qualitativ geiiltert werden können.

Ferner werden. Fasern aus den gleichen Gründen verwendet und zeigen eine charakteristische Filterwirkung. Auch sind die geformten Materialien mit Fasern in ihrer mechanischen Festigkeit verbessert, so daß es möglich wird, dünne und flache geformte Materialien zu erhalten.

Nachfolgend werden an Hand der Zeichnung einige erfindungsgemäße Ausfuhrungsbeispiele beschrieben: Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer Ausführungsform,

F i g. 2 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer zweiten Ausführungsform,

F i g. 3 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer dritten Ausführungsform,

F i g. 4 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer vierten Ausführungsform,

F i g. 5 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer fünften Ausführungsform.

In einem in F i g. 1 gezeigten Gefäß für das schmelzflüssige Metall 11 schwimmt ein mit einem Flansch versehener offener Behälter 12, der aus Graphit oder aus einem keramischen Material hergestellt ist,

wenn das Filtermaterial eine geringer s spezifisches Gewicht als das schmelzflüssige Metall hat Der Behälter 12 wird durch eines Schwimmring oder ein Luftgefäß 14 aus. Asbest schwimmend gehalten, wenn das Material ein höheres spezifisches Gewicht als das ιchmelzflüssige Metall hat

Der Teil 13 wird durch einen porösen Boden des Behälters 12 gebildet und eine poröse Abdeckplatte 15 verschließt den Behalter, der das Filtermaterial A auf der Bodenplatte gestapelt enthält Schmelzflüssiges Metall tritt durch den porösen Boden hindurch und 'wird durch das Filtermaterial A gereinigt und von der mit einem Flansch versehenen öffnung des Behälters 12 dureh die poröse Abdeckplatte 15 hindurch weggepumpt. ~

Der Behälter 12 kann durch eine Stütze oder durch einen Träger festgestellt werden.

Nm:h der zweiten Ausführungsform sind in das Schmelzgefäß 21, das in F i g. 2 gezeigt ist, eine Trennplatte 22 aus Graphit, Keramik oder Metall, eine no poröse Bodenplatte 23 und eine obere Platte 24 eingebaut. Das FiHciiiiaicriä! A ist au! der Bodenplatte 23 gestapelt und durch die obere Platte 24 abgedeckt. Das schmelzflüssige Metal! tritt durch die mit der Trennplatte verbundene poröse Bodenplatte H hindurch und wird durch das Filtermaterial gereinigt und dann durch die poröse olere Platte 24 hindurch abgesaugt.

Nach der dritten Austührungsform sind in das in F i g. 3 gezeigte Schmelzgefäß 31 ein Behälter 32 aus Keramik und zwei poröse Wände 33 eingebaut, die mit dem Boden des Behalters 32 verbunden sind und einen bestimmten Abstand voneinander haben, so daß sie einen Raum mit einem bestimmten Volumen bilden, der mit dem Filtermaterial A eefüllt ist.

Das schmelzrlüssige Metall tritt durch die poröse vordere Seitenwand hindurch und wird durch das Filtermaterial A gereinigt und dann durch die poröse hintere Seitenwand hindurch nach oben gepumpt.

Nach der vierten Ausführungsform ist das in F i g. 2 gezeigte Srhmelzgefäß 41 mit einem Auslauf 42 und mit einer porösen Wand 43 versehen. Das Filter-, material A ist in den durch die porösen Wände 43 gebildeten Raum eingepackt, wobei die Wände 43 einen bestimmten Abstand voneinander haben; das schmeizflüssige Metall tritt durch die untere poröse Wand von unten in den Raum ein und wird durch das Filtermaterial A und die obere poröse Wand am Auslauf 42 . weggepumpt.

Bei der fünften Ausführungsform ist in einer abgedichteten Niederdruck-Gießvorrichtung 51, nach F i g. 5, der untere Teil eines Steigrohres 52 mit Filtermaterial A gefüllt und mit einer porösen Platte 53 und mit einer porösen Abdeckung 54 auf dem ge-v stapelten Filtermaterial A versehen.

Die poröse Bodenplatte und die Abdeckplatte können in den iberen Teil des Rohres eingebaut werden, und ferner kann unterhalb des unteren Teils, ein Gestell angeordnet v/erden. Das schmelzflücsige. Metall tritt durch die poröse Bodenplatte hindurch, wird durch das Filtermaterial A gereinigt und unter Druck aus dem Rohr in die Form 55 nach dem Hindurchtreten durch die poröse Abdeckplatte 54 eingespritzt.

Die Wirkung, welche durch das Reinigungsverfahren erzielt wird, das auf den vorerwähnten AusführungsbeisDielen beruht, wird im folgenden beschrieben:

Die in den obigen Beispielen verwendeten Verbundstoffe haben die folgenden Zusammensetzungen:

Calctumflnorid 10 bis 40 »/_e

Borax 5bisl5%

Magncsiumfluorid 30bis6ü°/₀

keramischer Stoff 5 bis 15%

Lithiumcarbonat 5 bis 15 %

Der Metallhalogenid enthaltende Bestandteil kann sich auch wie folgt zusammensetzen:

Kalzium 10 bis 30°/₀

Natrium 5bis20°/₀

Kalium 5bis20⁰/_e

Lithiumchlorid 5 bis 20°,,,

Die obengenannten Zusammensetzungen werden zusammengestellt, bei 1200 C geschmolzen und in die gut gekühlte Form gegossen. Die Textur ist homogen und isotrop. Diese gegossenen Materialien sind in bchmelzflüssigem Aluminium aktiv und verringern die Grenzflächenspannung von schmelzflüssigem Aluminium und Verunreinigungen und adsorbieren und entfernen die Verunreinigungen durch ihre Benetzungseigenschaften.

Ferner beseitigt eine Spurenmenge Fluor- und Chlorgas, das kontinuierlich entsteht, mechanisch die Gase, beispielsweise Wasserstoff, die im schmelzflüssigen Metall enthalten sind und /ersetzen den an der Ober fläche des schmelzflüssige η Metalls erzeugten Oxydfilm, wodurch die Oxydation von schmelzflüssigem Aluminium und gleichzeitig jedoch auch das Diffundieren von Gasen, wie Wasserstoff, verhindert wird. Selbst in dem Falle, in welchem das Filtermaterial aus einem Formling einer Art Metall-Halogen-Salz besteht, zeigt es ein ähnliches Verhalten in schmelzflüssigen Metallen und übt es seine Reinigungswirkung auf die schmelzflüssigen Metalle aus.

Sodann werden die Oxydationsprodukte, die in dem schmeizilüssigen Aluminium enthalten sind, das mit dem erfindungsgemäßen Filtermaterial gereinigt worden ist und solches, das nicht gereinigt worden ist, quantitativ analysiert. Etwa 500 kg Aluminiurrdrahtabfall wurde allmählich während 110 Stunden in einem Graphitschmelztiegel geschmolzen, und Piobekörper wurden alie 10 Stunden in einer Graphitform entnommen. Unter einer unbehandelten Probe ist eine ungereinigte Probe im schmelzflüssigen Zustand zu verstehen.

Analyse-Tabelle 1

Zeit

Unmittelbar darauf
Nach 10 Stunden ..
Nach 40 Stunden ..
Nach 80 Stunden ..

Probe AIiO, (·/,) unbehpndclte Probe (⁰Z₀)

0,0010
0,0015
0,0015
0,0015

gereinigte Probe (·/,)

0,0005
0,0008
0,0008
0,0012

Unbehandcltc Probe: ohne Verwendung des Filterma'.srials

durchgerührter Versuch.

gereinigte Probe: mit Verwendung d"s Filtermaterial* durchgeführter Versuch.

Analyse-Tabelle 2

Das für die Analyse-Tabelle 1 100 Stunden verwendete Filiermedium wurde auf halbe Abmessungen zerkleinert und wiederverwendet.

Die Wirkung des Filtcrmaterials auf die Aluminiumlegierung wurde getestet und die schädliche Wirkung des Filtermaterial·} auf das Metall geprüft.

Zeit

Unmittelbar danach
Nach 10 Stunden ...

Probe

unbchandcltc Probe (·/„)

gereinigte Probe (°/o)

0,0016 0,0016

0,0007 0,0010

Analyse-Tabelle 3 (1) Material: Draht-Abfall

Zeit

Vor der Behandlung

Unmittelbar nach der Behandlung

Nach 30 Stunden

(2) Material: ll°üee Al-Si-Legierung

Analyse wert

Si
(V.)

Fc

Cu

Zeit

Vor der Behandlung ..

Nach der Behandlung ..

Si

10,98

10,99

Fe

0,69

0,69

Die ll°/_oige Al-Si-Legierung des Materials (2) in der Analysetabelle 3 wurde zweimal nach dem Reinigungsverfahren des Beispiels 1 gereinigt, und im Druckgußverfahren wurden 2290 Stücke eines Deckelgehäuses für Kraftfahrzeuge hergestellt und fertiggemacht. Es wurde nur ein fehlerhaftes Stück beobachtet im Vergleich zu dem Fehlerverhältnis von 0,4 bis 1 °/₀ bei den herkömmlichen Entgasungs- bzw. Flußmittelverfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt eine Verringerung des Fehlerverhältnisses auf weniger als 0,0004°/„.

10

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Filter zur Reinigung von schmelzflüssigem Aluminium oder seinen Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem durch «5 Erschmelzung oder Sinterung erzeugten Verbundstoff besteht, welcher mindestens ein Metallhalogenid und mindestens eine Verbindung von C, N, B oder Si enthält und zwischen zwei porösen 0 59 0 62 0 13 ί 0 77 Wänden eines Behälters angeordnet ist.

j ' ^ao

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

n _Oc _n<L, „_uS_ni, zeietoet, daß im Verbundstoff verschiedene kera-

0,86 j 0,61 0,14 j 0,34 _{mische Slof}f_c p_{ulver und Massen aus} f_euerfesten

0,57 j 0,62 0,13 j 0,31 Materialien oder Metallen, feuerfesten Fasern, wie

Kohlenstoffasern, Glasfasorn oder Metallfasern as enthalten sind.

3. Vorrichtung zum Filtern von Aluminiumschmelzen unter Verwendung des Filters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit dem Verbundstoff in dem Gefäß für das schmelzflüssige Metall schwimmend angeordnet ist und eine Pumpe zum Absaugen der gefilterten Schmelze aus der oberen mit einem Flansch versehenen öffnung des Behälters vorgesehen ist.

4. Vorrichtung zum Filtern von Aluminiumschmelzen unter Verwendung des Filters nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial in einem Steigrohr einer Niederdruck-Gießvorrichtung angeordnet ist.

Analysewert

Cu

Mg

2,50 i 0,12

Ca

(Vo) (V.)

0,002 JO₁OOl

2,60 j 0,13 0,003 j 0,001 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen