DE2019538A1

DE2019538A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen und Reinigen von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE2019538A1
Application number: DE19702019538
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl-Ing Dr Boehm; Dr Phil Mann Karl Ernst; Erich Riepert; Wilhelm Dipl-Ing Rosenkranz
Original assignee: FUCHS OTTO METALLWERKE; BASF SE
Current assignee: FUCHS OTTO METALLWERKE; BASF SE
Priority date: 1970-04-23
Filing date: 1970-04-23
Publication date: 1971-11-04
Also published as: FR2086293A1

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG ο γμ η c ο ο

ά. U Ί ο ο ο ο

Unser Zeichen: 0.Z. 26 739 Pl/Hi

6700 Ludwigshafen, 21. 4. 1970

Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen und Reinigen von ■

Metallschmelzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen und Reinigen von einen Behälter durchlaufenden Metallschmelzen.

Bekannt ist ein Verfahren zum Reinigen und Entgasen von Aluminiumschmelzen durch Filtrieren, wobei als Filtermasse Tonerdegranulate verwendet werden. Hierfür dient ein u-förmiges * Gefäß mit Zu- und Ablauf für die Schmelze, in dem sich das Tonerdegranulat befindet. Eine in dem Gefäß angeordnete Absperrung, die zum Teil in die Granulatschüttung hineinragt, bewirkt, daß die Schmelze mittels dieser Absperrwand umgelenkt wird und über das Granulat zum Ablauf des Gefäßes fließt (USA-Patentschrift 2 863 558).

Es hat sich gezeigt, daß sich durch den Filtriervorgang in der. Granulatschüttung Kanäle ausbilden, die eine unzureichende Filtrierung, der Schmelze zur Folge haben.

Weiterhin bekannt ist ein Verfahren zur Filtrierung und Entgasung von Leichtmetallschmelzen. In einem Tiegel sind hitzebeständige % Filterkörper aus keramischem Material vorgesehen, wobei die obere und untere Fi^terschicht aus großen Filterkörpern und die dazwischen liegende Schicht aus feinen Filterkörpern, bevorzugt aus Tonerde, besteht. Um der Schmelze ihren Wasserstoffgehalt zu entziehen und sie gleichzeitig zu reinigen, wird Argon im Bereich der unteren Filterschicht der Schmelze zugegeben. Die feine Filterkörperschicht hat dabei lediglich die Aufgabe einer Drosselstrecke für das Gas und die Schmelze (USA-Patentschrift 3 039 864).

Bekannt ist aber auch, daß sich bei vielen Metallen der Sauerstoffgehalt recht ungünstig auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften auswirkt. So verursacht z. B. der in Aluminium 207/70 - 2-

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gelöste oder gar als AIpO,-Phase vorhandene Sauerstoffgehalt beim Walzen und Verformen vielfach Kantenrisse. Ähnliche Erscheinungen sind auch bei Kupfer und Kupferlegierungen bekannt. Besonders schwierig ist die Entfernung des Sauerstoffgehaltes beim Einschmelzen von Chargen mit hohen Sch'rottgehalten, wie das heute in der Praxis oftüblich ist.

Unter Reinigen einer Schmelze wird in der Praxis das Ausspülen der schädlichen Verunreinigungen, wie z. B. Oxide, Nitride, Sulfide etc. verstanden, während das Entfernen des in der Schmelze enthaltenen Sauerstoffs und Wasserstoffs als Entgasen bezeichnet wird.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, das eine Metallschmelze reinigt, anzugeben und eine weitgehende Entgasung des in der Schmelze vorhandenen Sauerstoffs und Wasserstoffs mit einfachen Mitteln und bei geringstem Aufwand bewirkt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schmelze im Gegenstrom von einem Inertgas durchströmt wird und eine ihren Sauerstoffgehalt chemisch bindende Schüttung durchläuft. Als Schüttmaterial hat sich überraschenderweise körniger Petrolkoks bewährt, der als billiges Nebenprodukt bei petrochemischen Prozessen als sogenannter Äthylen- bzw. Acetylenkoks anfällt. Dieser Koks ist chemisch außerordentlich rein und weist bei kleinen Partikeln eine chemisch aktive Oberfläche auf. Gegenüber einer Aluminiumschmelze besteht bis zu Temperaturen von HOO⁰C keine Löslichkeit des Kokses. Ebenso weist Kupfer keinerlei Affinität gegenüber Kohlenstoff auf. Eine Kupferschmelze löst oberhalb 1150⁰C die kaum nennenswerte Menge von 0,5 ppm Kohlenstoff. Für das Entgasen von Metallschmelzen, inbesondere für die Abbindung des Sauerstoffgehaltes hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Petrolkoks eine Körnung zwischen 2-8 mm, vorzugsweise 2-6 mm, aufweist. Auch wird bei dieser Korngröße die herabsinkende Schmelze in so kleine Tropfen zerteilt, daß sie vom Inertgas vollständig durchsetzt und entgast wird. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Durchströmung des Inertgases pulsierend erfolgt. Dadurch wird eine Steigerung der Bildung von Peinstblasen erzielt und darüber hinaus der Argonverbrauch niedrig gehalten. Es besteht auch die Möglichkeit,

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dem Inertgas, ζ. B. Argon, reduzierende oder oxidierende Gase beizumischen. Beispielsweise, können Kupfer oder Kupferlegierungen

Gemisch
mit einem Argon/Wasserstoff-/oder reinem Wasserstoffgas desoxidiert werden. Außerdem können mit Argon auch andere Gase, wie z. B. Stickstoff, Chlor, Kohlenmonoxid usw. in unterschiedlichen Mengen eingeführt und entsprechende Reaktionen gezielt durchgeführt werden. Weiterhin von Vorteil ist, mit einem Inertgas Metallcarbonyle in die Schmelze einzuleiten, um legierungstechnische Effekte zu erzielen. Das gleiche gilt auch für andere, meist flüssige und leicht zersetzbare Verbindungen (wie z. B. Acetonacetate).

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Petrolkoksschüttung versehener Behälter nach oben offen ausgebildet und mit einem Zulauf für die zu behandelnde Metallschmelze versehen ist und daß er innerhalb eines weiteren nach außen hin abgedichteten und beheizten Behälters angeordnet ist und daß der innere Behälter im Bereich seines Bodens mindestens eine Ablauföffnung für die Schmelze aufweist und der Boden .mit einem oder mehreren gasdurchlässigen und feuerfesten, einen Anschluß für das Inertgas enthaltenden Steinen versehen ist. Gegenüber Nichteisenmetallschmelzen haben sich die speziell für dieses Verfahren entwickelten gasdurchlässigen und feuerfesten Steine (sog. Spülsteine) auf Bauxit-(gebrannt und ungebrannt) sowie Zirkonsilikat-Basis als resistent gezeigt. Im allgemeinen reichen je nach Größe des Behälters und der herabsinkenden Metallschmelze 1 bis 3 feuerfeste, gasdurchlässige Steine aus. Es besteht auch die Möglichkeit, das Spülen der Metallschmelze mit Argon in dem Raum zwischen dem inneren und äußeren Behälter vorzunehmen. So ist es z. B. bei Verwendung der billigen Bauxit-Spülsteine und zur Einführung von großen Argonmengen in die Schmelze zweckmäßig, den gesamten Pfannenboden mit derartigen Steinen zu belegen. Dies bietet den Vorteil, daß bei Instandsetzungsarbeiten in einem Arbeitsgang der gesamte Bode« erneuert wird. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der nach außen hin abgedichtete und beheizte äußere Behälter als Gießpfanne mit einem Abschlußdecke}, ausgebildet; ist, wobei sowohl die Gießpfanne als auch der Abschlußdeckel mit einer regelbaren Heizeinrichtung versehen sind. Als Heizeinrichtung kann eine elektrische

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Widerstandsheizung bzw. eine Induktionsspule vorgesehen werden. Als Abdichtungsmaterial werden zwischen der Gießpfanne und dem Deckel beispielsweise Asbestplatten oder Asbestschnüre, meist in mehreren Lagen übereinander angeordnet. Um die Schmelze gegen Lufteinwirkung von außen zu schützen, ist vorteilhafterweise zwischen der Oberseite des inneren Behälters und dem Abschlußdeckel eine Verteilerleitung mit mehreren Bohrungen für Inertgas vorgesehen. Eine an der Gießpfanne angeordnete Abführung dient z. B. zur Weiterleitung der Schmelze an eine Stranggußanlage. Weiterhin zweckmäßig ist, die Gießpfanne fahrbar auszubilden.

Beispiel 1

Für die Entgasung von Aluminiumschmelzen wird ein Behälter mit einem Inhalt von etwa 600 kg Metall verwendet. Die behandelte Schmelze hatte folgende chemische Zusammensetzung:

Elemente	Cu	Pe	Mg	Si	Ni	Ti	Al
Gew. %	2,5	2,0	2,5	0,2	1,2	0,05	Rest

Die Schmelze zeigte im Ofen eine Temperatur von 72O⁰C und floß durch den inneren Behälter im Rhythmus der Schmelzaufnahme in der Zuführung bzw. entsprechend den Erstarrungsbedingungen in der Stranggießkokille. Um ein gleichmäßiges Gußgefüge zu erzielen, wurde die Temperatur in der Zuführung bei 70O⁰C über eine Regelvorrichtung konstant gehalten, wobei die Meßdaten laufend registriert wurden. Im Durchschnitt wurden 25 kg Schmelze/ Minute filtriert. Es wurden beim gleichzeitigen Einblasen von 6-10 1 Argon/Minute im Gegenstrom folgende Effekte erzielt:

	Spez, Gewicht der Legierung p/cm	Wasserstoffgehalt in ppm	Sauerstoffgehalt in ppm
vor der Behandlung	2,32	1,6	60
nach dem Filtrieren und Spülen	2,78 Ί	0,1 9 ft A ί / Π 8 Λ y	31

— c: —

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überraschenderweise wurde auch der Natriumgehalt in der Schmelze um 50 % herabgesetzt.

Beispiel 2 ""/.."■

Für größere Schmelzdurchsätze empfiehlt es sich, mehrere innere Behälter in der Gießpfanne vorzusehen. Hierbei können im Durchschnitt 100 kg Schmelze pro Minute die in der Gießpfanne eingesetzten Behälter passieren. Auch die eingeblasene Argonmenge ist entsprechend größer; sie liegt zwischen 25 und 40 l/Minute. Bei zahlreichen Versuchen an AlCuSiMn-Schmelzen (Werkstoff-Nr. 3.1255) konnten die bereits tabellarisch angeführten Ergebnisse bestätigt werden.

Die inneren Behälter faßten durchschnittlich 50 kg Petrolkoks. Mit einer Schüttung können 20 Aluminiumschmelzen entgast und behandelt werden. Durch Herausheben des Behälters und einfaches Umkippen wird der gebrauchte Petrolkoks entfernt. Gasanalytische Untersuchungen an Petrolkoksproben vor dem Einsatz und nach der Entleerung des Behälters ergaben folgende Ergebnisse:

Probe	Sauerstoff in Petrolkoks Cm³ZlOO g
Anlieferungszustand vom unteren Bereich des Filters vom oberen Bereich des Filters	306 402 980

Hieraus kann die stark sauerstoffabsorbierende Wirkung des Petrolkoks erkannt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt dargestellt.

Innerhalb einer Gießpfanne 1 mit Abschlußdeckel 2 befindet sich ein nach oben offen ausgebildeter Behälter 3. Der innere Behälter 3 enthält körnigen Petrolkoks 4 und weist im Bereich seines Bodens 5 Ablauföffnungen 6 für die Metallschmelze 7, beispielsweise Aluminiumschmelze, auf. Der Boden 5 ist mit einem gas-

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dichten und feuerfesten Stein (Spülstein) 8 versehen, an dessen unterem Ende 9 ein Anschluß 10 für Inertgas, z. B. Argon, vorgesehen ist. Um die Temperaturverluste während des Abgießens der Schmelze möglichst gering zu halten, sind an dem Abschlußdeckel 2 und der Gießpfanne 1 Heizanschlüsse 11 vorgesehen, die mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten regelbaren Heizeinrichtung verbunden sind. Zwischen der Oberseite 12 des inneren Behälters 3 und dem Abschlußdeckel 2 befindet sich eine sich von außen nach innen erstreckende Verteilerleitung 13 mit Bohrungen 14 für die Zuführung von Inertgas. Eine die Gießpfanne 1 durchdringende und sich bis in den inneren Behälter 3 erstreckende Leitung 15 dient als Zuführung der Metallschmelze 7· Der Ablauf der Schmelze 7 erfolgt über eine an der Gießpfanne 1 angeordnete Verteilerrinns16 einer Stranggußanlage. Um die Gießpfanne 1 auch transportieren zu können, ist sie auf einem Fahrgestell 17 mit Rädern 18 aufgesetzt. Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die Metallschmelze 7 fließt Von einem Ofen 19 durch die Zuführung 15 der Gießpfanne 1 in den mit Petrolkoks 4 versehenen inneren Behälter 3. Gleichzeitig wird die Schmelze im inneren Behälter 3 im Gegenstrom von einem Inertgas, das durch den Anschluß 10 über den Spülstein 9 in den Behälter 3 gelangt, durchströmt. In dem Behälter 3 erfolgt dabei die Entgasung und Reinigung' der Schmelze 7. Während dieses Vorganges wird gleichzeitig, zwecks Vermeidung von Lufteinwirkung über die Verteilerleitung 13 durch die Bohrungen 14 Inertgas auf die Oberfläche der Schmelze 7 geblasen. Anschließend verläßt die gereinigte Schmelze 7 den inneren Behälter 3 durch die Ablauföffnungen 6 und gelangt somit von dem Gießpfanneninnenraum in die Verteilerrinne 16 einer Stranggußanlage.

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Claims

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1. Verfahren zum Entgasen und Reinigen von einen Behälter durchlaufenden Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze im Gegenstrom von einem Inertgas durchströmt wird und eine ihren Sauerstoffgehalt chemisch bindende Schüttung durchläuft, * ^

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als chemisch bindende Schüttung (4) körniger Petrolkoks vorgesehen ist.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die λ Durchströmung des Inertgases pulsierend erfolgt.

k. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Inertgas reduzierende oder oxidierende Gase beigegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Legierungsumbildung der Schmelze (7) dem Inertgas leicht zersetzbare Verbindungen zugegeben werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Petrolkoksschüttung (l|) versehener Behälter (3) nach oben offen ausgebildet, mit (( einem Zulauf (15) für die zu behandelnde Metallschmelze (7) versehen ist und er innerhalb eines weiteren nach außen hin abgedichteten und beheizten Behälters (1) angeordnet ist und daß der innere Behälter (3) im Bereich seines Bodens (5) mindestens eine Ablauföffnung (6) für die Schmelze (7) aufweist, und der Boden (5) mit einem oder mehreren gasdurchlässigen und feuerfesten, einen Anschluß (10) für das Inertgas enthaltenden Steinen (8) versehen ist. -

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nach außen hin abgedichtete und beheizte äußere Behälter (1) als Gießpfanne mit einem Abschlußdeckel (2) ausgebildet ist, wobei sowohl die Gießpfanne (1) als auch der Abschlußdeckel (2)

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mit einer regelbaren Heizeinrichtung versehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet» daß zwischen der Oberseite (12) des inneren Behälters (3) und dem Abschlußdeckel (2) eine Verteilerleitung (13) mit mehreren Bohrungen (1*1) für Inertgas angeordnet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet« daß die Gießpfanne (1) fahrbar ausgebildet ist.

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Zeichn.

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