CH626653A5

CH626653A5 - Appliance and use thereof for the simultaneous, continuous degassing and filtration of molten metal

Info

Publication number: CH626653A5
Application number: CH85577A
Authority: CH
Inventors: John C Yarwood; James E Dore; Robert K Preuss
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1981-11-30
Also published as: ZA77480B; IT1067961B; FR2339676A1; GB1569779A; ATA65677A; CA1090587A; NO770320L; JPS52113304A; AT360236B; BE850998A; JPS5437081B2; DE2704301A1; BR7700588A; NL7701085A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das gleichzeitige, kontinuierliche Entgasen und Filtrieren von geschmolzenem Metall, insbesondere auf die Behandlung dieses Metalls mit einem strömenden Gas.

In der Praxis enthält geschmolzenes Metall, insbesondere geschmolzenes Aluminium, im allgemeinen mitgeschleppte und gelöste Verunreinigungen in gasförmiger und fester Form, welche sich auf das gegossene Endprodukt nachteilig auswirken. Diese Verunreinigungen können das gegossene Endprodukt nach dem Erstarren des geschmolzenen Metalls derart beeinflussen, dass die Verarbeitung behindert wird oder das Endprodukt weniger dehnbar sein kann. Schliesslich kann dieses Endprodukt auch eine schlechte Nachbear-beitbarkeit und schlechte Anodisierungseigenschaften haben.

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Die Verunreinigungen können verschiedenen Ursprungs sein. Beispielsweise können diese metallische Verunreinigungen, wie Alkali- und Erdalkalimetalle, einschliessen, sowie okkludierten gasförmigen Wasserstoff und gelöste Filme von Oberflächenoxiden, welche aufgebrochen und vom geschmolzenen Metall mitgeschleppt worden sind, umfassen. Im weiteren können die Einschlüsse von unlöslichen Verunreinigungen, wie beispielsweise Carbiden, Boriden usw. oder erodierten feuerfesten Materialien aus Öfen und Zuführungsrinnen, herrühren.

Es ist natürlich höchst wünschenswert, das Entgasen und das Filtrieren von geschmolzenem Metall derart zu verbessern, dass solche Verunreinigungen im gegossenen Endprodukt entfernt oder stark herabgemindert sind. Dies ist insbesondere bei geschmolzenem Aluminium der Fall, z.B. wenn das entgaste und filtrierte Metall als dekoratives Produkt, wie als dekorative Verkleidung oder dekoratives Blech, oder als spezielle Eigenschaften aufweisendes Produkt, wie als Schmiedstück oder Strangpressfolie in der Flugzeugindustrie, oder als dünne Folienbahn eingesetzt wird. Die beschriebenen Verunreinigungen bewirken einen Verlust an Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Korrosionswiderstand der erstarrten Legierung, und führen zu einer Verminderung des Verfahrenswirkungsgrades und einem Verlust an Eigenschaften des Endproduktes. Eine Kategorie von Endbearbeitungsfehlern, welche sich bei dekorativen Verkleidungen oder Blechen besonders markant auswirkt, ist beispielsweise der als linearer Fehler («linear defect») bekannte Längsversteifungsfehler («stringer defect»).

In üblicher Weise durchgeführte Verfahren mit strömendem Gas, wie das allgemeine Begasen des Schmelzraumes, haben die Einführung des fliessenden Gases in die eine geschmolzene Metallmenge enthaltenden Schmelz- oder Warmhalteofen zum Gegenstand gehabt. Dieses Verfahren machte erforderlich, dass der Ofen während der Behandlung mit strömendem Gas vorübergehend stillgesetzt werden musste, damit das behandelte Metall konstant gehalten und die Behandlung stattfinden konnte. Dieses Vorgehen hatte manche Nachteile, unter anderem sowohl einen verminderten Wirkungsgrad, eine Folge der längeren Unbenutztheit des Ofens während der Gasbehandlung, als auch einer Verminderung der Wirksamkeit infolge des niedrigen Verhältnisses Oberfläche zu Volumen zwischen dem Gasfluss und dem geschmolzenen Metall. Weitere nachteilige Faktoren waren sowohl die Beschränkung dieser Gasbehandlung auf den Schmelzofen selbst, was ein Wiederauftreten von Verunreinigungen in der Schmelze vor dem Giessen ermöglichte, als auch die hohen Emissionen, welche von der benötigten hohen Gasmenge und dem Ort derer Zirkulation herrührten.

Als Alternative zu den wie oben beschrieben verwendeten, diskontinuierlichen Durchflussverfahren werden gewisse Durchflussverfahren in kontinuierlicher Weise angewendet; d.h. die Behandlung und die dazugehörende Vorrichtung wurden ausserhalb des Schmelz- oder Halteofens durchgeführt bzw. angeordnet, oft entweder zwischen dem Schmelzofen und dem Warmhalteofen oder zwischen dem Warmhalteofen und der Giessmaschine. Dies half, die durch das vorübergehende Ausserbetriebsetzen des Ofens verursachte Unwirt-schaftlichkeit zu mildern, konnte aber den Wirkungsgrad des eigentlichen Verfahrens nicht erfolgversprechend verbessern, weil oft untragbar hohe Mengen von strömendem Gas pro Einheit geschmolzenes Metall erforderlich waren, was kostspielig und der Reinheit der Luft abträglich war. Einige dieser Verfahren verwendeten in Verbindung damit übliche Filtermedien, wie grobmaschige Glasgewebesiebe und Schichtfilter, die beispielsweise aus tafelförmigem Aluminiumoxid bestanden, aber beide den hauptsächlichen Nachteil haben, dass keine gleichmässige Porengrösse aufrechterhalten werden kann.

Poröse keramische Schaummaterialien sind bekannt, z.B. aus den US-PS 3 090 094 und 3 097 930. Diese porösen keramischen Schaummaterialien sind als besonders nützlich beim Filtrieren von geschmolzenem Metall bekannt und sind in der US-PS 3 893 917 und der DE-OS 26 13 023 beschrieben. Ebenso wird in der DE-OS 26 13 023 eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Filtrieren von geschmolzenem Metall beschrieben, bei welchem aus porösem keramischem Material hergestellte Filterplatten verwendet werden.

Paröse keramische Schaummaterialien sind wegen einer Reihe von Gründen besonders nützlich für das Filtrieren von geschmolzenem Metall, unter anderem wegen ihrem,

dank der gleichmässigen und kontrollierbaren Porengrösse vorzüglichen Filtrierwirkungsgrad, ihren niedrigen Kosten, sowie ihrer Problemlosigkeit der Anwendung und der Ersetzbarkeit. Die Tatsache, dass diese keramischen Filter handlich und kostengünstig herzustellen und zu gebrauchen sind, hat die Entwicklung von Mitteln für die leichte und handliche Verwendung dieser porösen keramischen Filter für geschmolzene Metalle in einer gleichzeitig und kontinuierlich einsetzbaren Entgasungs- und Filtriereinheit, welche eine hochwirksame Anordnung darstellt, angeregt.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und deren Verwendung für das Entgasen und Filtrieren von geschmolzenem Metall zu schaffen, welche sehr leistungsfähig sind und den Einsatz von handlichen und kostengünstig herzustellenden und zu gebrauchenden Filtermedien von gleichmässiger Porosität erlauben.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und durch die Verwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch 2 gelöst.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden als Filtermedien Filterplatten eingesetzt, zweckmässig in Form poröser Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur, gebildet durch eine Vielzahl von mit einem Netzwerk aus Keramik umgebenen, miteinander verbundenen Hohlräumen.

Das Filtermedium kann in bezug auf die Porengrösse und die Durchlässigkeit unterschiedlich sein, d.h. das erste Medium hat eine verhältnismässig gröberporige Struktur, eine grössere Durchlässigkeit und einen grösseren verfügbaren Fliessquerschnitt als das zweite Medium.

Die Filterplatten können nach unten zusammenlaufende äussere Seitenflächen haben, die an die ebenfalls nach unten zusammenlaufenden Wandoberflächen der Filterkammer an-gepasst sind.

Zweckmässig ist auf jeder schrägen Seitenfläche der Filterplatten ein elastisches Dichtungsmittel vorgesehen, welches gegen das geschmolzene Metall beständig ist und welches die nach unten zusammenlaufenden Wandoberflächen der Filterkammer bei der Installation dichtend mit den Filterplatten in Eingriff bringt.

Die erfindungsgemässe Verwendung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Metall durch eine Filterkammer, in welcher das Metall durch mindestens zwei nacheinander angeordnete, räumlich getrennte Filtermedien geführt und während dem Durchqueren des ersten der Filtermedien mit einem im Gegenstrom fliessenden Gas in Berührung gebracht wird, das aus mindestens einem in der Filterkammer unter dem ersten und vor dem zweiten Filtermedium angeordneten Gaseinlass austritt, fein verteilt durch das erste der Filtermedien strömt und dabei mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt.

Während diesem Verfahren wird die Oberfläche des ersten Filtermediums unter dem Schmelzspiegel gehalten. Für das Verfahren kann ein strömendes Gas, wie ein Inertgas,

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das vorzugsweise eine kleine Menge einer aktiven gasförmigen Komponente, wie Chlor oder eine vollständig haloge-nierte Kohlenstoffkomponente mitführt, verwendet werden. Wahlweise kann eine Alkali- und Erdalkalichloride sowie Fluoride enthaltende Deckschicht auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls, oberhalb des ersten der Filtermedien, liegen.

Die Verwendung des Filtermediums der vorliegenden Erfindung in der obenstehenden Vorrichtung ermöglicht, dass der Gasstrom eine feinere Verteilung über die Schmelze erreicht, wodurch der Kontakt von grösseren Gasoberflächen pro Einheit von geschmolzenem Metall ermöglicht wird. Die der vorliegenden Erfindung zuzuschreibende bessere Kinetik trägt zu ihrer verbesserten Wirksamkeit bei.

Im weiteren erlaubt die gute Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung, dass die Entgasung mit einer wesentlich kleineren Gasmenge durchgeführt werden kann, wodurch sich auch die Abgasmenge stark vermindert.

Die vorliegende Vorrichtung und deren Verwendung ergeben eine beträchtliche Erhöhung der Produktivität in be-zug auf das Entgasen von geschmolzenem Metall, weil das Entgasen ohne Abschalten des Schmelzofens durchgeführt werden kann. Weiter erlaubt die Gestaltung der Vorrichtung deren Anordnung in der Nähe der Giessmaschine, wodurch die Möglichkeit von weiteren, nachträglich in die Schmelze gelangenden Verunreinigungen im wesentlichen ausgeschaltet wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Durchführung eines Durchströmungs- und Filterverfahrens, welches erlaubt, die Menge der bei Verfahren dieser Art erzeugten Abgase markant zu reduzieren.

Durch die Verwendung von bequem entfernbaren Filtermedien, welche eine sorgfältig kontrollierte Abstufung von Filtereigenschaften haben, ermöglicht die Vorrichtung und die Verwendung vorliegender Erfindung, Grade von Schmelzereinheiten zu erreichen, die bisher nur mit äusserst streng und genau durchgeführten Verfahren möglich waren. Ebenso verlängert die Verwendung eines verhältnismässig grobporigen ersten Filtermediums, welches grössere mitgeschleppte nichtmetallische Teilchen entfernt, bevor die Schmelze den zweiten feineren Filter erreicht, die Lebensdauer dieses letzteren Filters in bedeutendem Ausmasse. Schliesslich muss betont werden, dass diese hohen Reinheitsgrade unter Verwendung von kostengünstig hergestellten Filtermedien erreicht werden.

Die Erfindung wird anhand der schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der Vorrichtung im Schnitt, mit horizontalen, übereinander angeordneten Filterplatten.

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht einer Filterplatte.

Fig. 3 eine Ansicht einer alternativen Ausführung der Vorrichtung im Schnitt, mit auf derselben Ebene angeordneten, Seite an Seite liegenden Filterplatten.

Fig. 1 zeigt eine Filterkammer, wie sie in Umguss-Syste-men, die Giesstiegel, Giessbehälter, Transportrinnen, Metallbearbeitungsabteile und dergleichen umfassen, eingesetzt werden können. Wie später noch im Detail dargelegt wird, können die Vorrichtung und die Verwendung der vorliegenden Erfindung an zahlreichen, zwischen dem Schmelzofen und der Giessvorrichtung liegenden Stellen des Metallbearbeitungssystems verwendet werden. So zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung 10, die unmittelbar nach der Austrittsöffnung 11 eines Warmhalteofens 12 angeordnet ist. Die aus dem Warmhalteofen 12 ausfliessende Metallmenge kann durch ein Regelorgan kontrolliert werden, welches einen Arretierstab

13 umfasst. Das Metall fliesst über einen kurzen Durchgang

14 in die Apparatur 10 und weiter zur Filterkammer 15, worin die Entgasungs- und Filtriervorgänge nach der vorliegenden Erfindung stattfinden. Durch die Kontrolle des Metallflusses in den Übergang 14 mittels der Einstellung des Arretierstabes 13 wird der Schmelzspiegel 16 auf dem Niveau oberhalb des ersten Filtermediums aufrechterhalten, wobei die Höhe des Schmelzspiegels in Fig. 1 zu Illustrationszwecken willkürlich gewählt worden ist.

Die Filterkammer 15 wird als im wesentlichen napfför-mig dargestellt und ist mit ihrem eingebuchteten Boden unterhalb des Spiegels des Durchganges 14 angeordnet, so dass das die Filterkammer durchquerende Metall durch die Filtermedien nach unten fliesst. Die Ausbildung der Filterkammer 15 ist durch die Ausbildung einer ersten, rundumlaufenden abgeschrägten Fläche 17 und einer zweiten, rundumlaufenden abgeschrägten Fläche 18 gekennzeichnet. Die erste, rundumlaufende abgeschrägte Fläche 17 liegt im oberen Teil der Filterkammer 15 und beginnt nach Fig. 1 auf der Höhe des Bodens des Durchganges 14. Die zweite, rundumlaufende abgeschrägte Fläche 18 liegt, wie Fig. 1 zeigt, derart in der Filterkammer 15, dass diese in zwei Unterkammern 19 und 20 getrennt wird. Die rundumlaufenden abgeschrägten Flächen 17 und 18 laufen nach unten zusammen, was ein schnelles Einsetzen und Auswechseln von entsprechend geformten Filtermedien ermöglicht. Die rundumlaufende abgeschrägte Fläche 18 ist kleiner als die rundumlaufende abgeschrägte Fläche 17, was eine ungehinderte Handhabung der darin eingesetzten Filtermedien ermöglicht. Obwohl 17 und 18 als rundumlaufende abgeschrägte Flächen dargestellt sind, können im Rahmen der Erfindung, wie später noch ausgeführt wird, auch andere Mittel zur Auflage und Befestigung der Filtermedien verwendet werden.

Die Unterkammer 19 umfasst den zwischen dem ersten Filtermedium 21 und dem zweiten Filtermedium 22 liegenden Bereich. Wie dargestellt, können die Filtermedien 21 und 22 gleichfalls nach unten zusammenlaufende Seitenflächen 23, welche an die entsprechend geformten rundumlaufenden abgeschrägten Flächen 17 und 18 der Filterkammer ange-passt sind, besitzen. Die nach unten zusammenlaufenden Seitenflächen 23 werden mit elastischen Dichtungsmitteln 24 versehen, welche gegen geschmolzenes Metall beständig sind; die jeweiligen, mit Dichtungsmitteln 24 versehenen Filtermedien 21 und 22 werden der Reihe nach in die Filterkammer 15 eingesetzt, so dass sie über das Dichtungsmittel 24 jederzeit mit den entsprechenden rundumlaufenden abgeschrägten Flächen 17 und 18 in Eingriff stehen.

Wie früher erwähnt, teilt die Anordnung von rundumlaufenden abgeschrägten Flächen 17 und 18, welche die jeweiligen Filtermedien 21 und 22 stützen, die Filterkammer 15 vollständig in die Unterkammern 19 und 20. Wie in Fig. 1 dargestellt und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, ist die Unterkammer 19 mit mindestens einem Ein-lass 25 versehen, der die Öffnung oder die Öffnungen eines oder mehrerer Gaszuleitungen 26 umfasst und durch welchen ein von einer äusseren, nicht gezeigten Quelle zugeführtes Gas in die Schmelze eingeführt werden kann. In der vorliegenden Vorrichtung und bei deren Verwendung kann eine grosse Auswahl von bekannten Gasen eingesetzt werden, wie Chlor oder andere halogenhaltige Verbindungen, im weiteren sowohl Kohlenmonoxid als auch Inertgase, beispielsweise Stickstoff oder Stickstoff enthaltende Mischungen, Argon oder Argon enthaltende Mischungen und Helium oder Helium enthaltende Mischungen. Eine bevorzugte Gasmischung besteht aus Stickstoff mit ungefähr 0,1-5 Vol.% Di-chlorodifluoromethan, wobei als Inertgaskomponente auch Helium, Argon oder Mischungen angewendet werden können. Dichlorodifluoromethan kann ganz oder teilweise durch Chlor oder vollständig chlorierte oder chlorofluorierte Kohlenwasserstoffe, die weniger als sechs Kohlenstoffatome im

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Molekül aufweisen, ersetzt werden. In Verbindung mit dieser Gasmischung kann auf der Oberfläche der Schmelze, im Bereich des Durchganges 14, eine geschmolzene Salzmischung verwendet werden. Diese wahlweise eingesetzte Salzmischung kann Mischungen von Alkali- und Erdalkalichloriden und ein Fluorid enthalten. Eine spezifische Zusammensetzung kann beispielsweise 40-50% NaCl, 45-55% KCl und 5% Na3AlF6 enthalten. Diese und weitere an sich bekannte Flussmittel sind in der US-PS 3 854 934 näher beschrieben, ohne jedoch die einzig möglichen Ausführungsformen darzustellen.

Eines der erfindungswesentlichen Merkmale besteht in der Anordnung des Gaseinlasses, der in Fig. 1 durch die Öffnung 25 dargestellt wird, in bezug auf das erste Filtermedium, die Filterplatte 21. Genauer ausgedrückt ist die Öffnung 25 so angeordnet, dass das daraus austretende Gas durch das in der Unterkammer 19 enthaltene schmelzflüssige Metall zu dem ersten Filtermedium 21 aufsteigen und durch dieses hindurchströmen kann, nachdem das Gas sich regelmässig verteilt hat, so dass ein Gegenstromkontakt mit dem geschmolzenen Metall entsteht, welches in Gegenrichtung durch das erste Filtermedium strömt. An dieser Stelle im Filter 21 findet die unerwartet wirksame Entfernung von Verunreinigungen statt, wobei verhältnismässig grobe, unerwünschte, partikelförmige Einschlüsse, unerwünschte Gase und gewisse gelöste metallische Elemente aus der Schmelze ausgeschieden werden und dann durch die Gegenstromwir-kung des strömenden Gases zur Oberfläche der Schmelze aufsteigen, wo das partikelförmige Material anschliessend durch übliche Oberflächenbehandlungsmethoden, wie Abschöpfen oder dergleichen, entfernt werden kann, falls dies gewünscht wird. Die Wirkungsweise des strömenden Gases wird in Fig. 1 schematisch dargestellt, in welcher das Gas als eine grosse Zahl von Blasen 27 eingezeichnet ist, welche aus der Einlassöffnung 25 austreten und durch das Filtermedium

21 zur Oberfläche 16 der Schmelze aufsteigen. Im weiteren kann sich auf der Oberfläche 16 des geschmolzenen Metalls eine in Fig. 1 nicht eingezeichnete, schon früher erwähnte geschmolzene Salzmischung befinden, welche zusammen mit dem strömenden Gas eine besonders wirksame Ausführungsform darstellt.

Nachdem es beim Durchqueren des Filtermediums 21 in Berührung mit dem aufsteigenden Gas gekommen ist, fliesst das geschmolzene Metall durch Unterkammer 19 und weiter durch Filtermedium 22, welches nach Fig. 1 eine Filterplatte mit relativ feiner Porengrösse ist. Während der Hauptzweck des ersten Filtermediums 21 darin besteht, dass das strömende Gas zur Gewährleistung eines innigen und ausgedehnten Kontaktes mit der Schmelze aufgeteilt und fein verteilt wird, besteht der Zweck des zweiten Filtermediums

22 darin, dass irgendwelche restlichen, nichtmetallischen Partikel der Schmelze zurückgehalten werden, wenn diese durch das Filter fliesst. So ist das aus dem Filtermedium 22 in die zweite Unterkammer 20 fliessende geschmolzene Metall gereinigt und bereit, durch die Auslassrinne 28 entweder zu einer Giessmaschine oder, falls erwünscht, zu einer weiteren Bearbeitung überführt zu werden.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Filtermedien von einheitlicher, enger Toleranz sind und mit markanter Kostenreduktion hergestellt werden können. Demgemäss besteht das filterartige Medium der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus einer Filterplatte, wie sie in Fig. 2 dargestellt wird. Die Filterplatte 29 besitzt eine offenzellige Struktur, welche durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen gebildet wird, so dass das geschmolzene Metall zur Entfernung oder Verminderung von mitgeschleppten Festpartikeln aus dem gegossenen Endprodukt oder zur Erleichterung des Austausches von Verunreinigungen zwischen Schmelze und einem im Gegenstrom aufsteigenden Gas durchfliessen kann. Ein solches Filter kann beispielsweise durch eine feste Filterplatte gebildet werden, welche aus einem gesinterten Ke-5 ramikaggregat oder aus einer porösen Kohlenstoffplatte hergestellt werden kann.

In der bevorzugten Ausführungsform wird ein keramisches Filter schaumartiger Struktur verwendet, wie es in der oben erwähnten DE-OS 26 13 023 beschrieben wird. In Über-io einstimmung mit der Lehre dieser früheren Anmeldung können keramische Filter hergestellt werden, welche eine offen-zellige Struktur haben, die durch eine Vielzahl von mit einem Netzwerk aus keramischem Material umgebenen, miteinander verbundenen Hohlräumen gebildet werden. Die Keramikfilter 15 haben eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 400-8000 X 10~7 cm2, vorzugsweise von 400-2500 X 10~7, eine Porosität oder einen Hohlraumanteil von 0,80 bis 0,95 und eine Porenzahl von 2 bis 18, vorzugsweise von 8 bis 18, je 1 cm Länge. Die Werte für die Luftdurchlässigkeit lassen sich nach J. M. 20 Dallevalle, Micromeritics, publiziert von Pitman 1948, Seite 263, berechnen. Die Werte für die Porosität sind zu ermitteln nach W. D. Kingery, Introduction to Ceramics, publiziert von John Wiley, 1960, Seite 416.

Die Fliessgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls 25 durch das Filter kann im Bereich von 13 bis 130 cm3/cm2 Filterfläche und pro Minute liegen. Das keramische Schaumfilter, das in der erwähnten DE-OS 26 13 023 beschrieben wird, ist für die vorliegende Erfindung besonders geeignet,

weil es mit niedrigen Kosten hergestellt und daher leicht auf 30 Wegwerfbasis verwendet werden kann. Überdies ist dieses Filter beim Filtrieren von geschmolzenem Metall überraschend gut wirksam, insbesondere bei Aluminium, und es ist, was insbesondere bei einem preisgünstigen Filtrieren mit hohem Wirkungsgrad erstaunlich ist, leicht den Erfordernissen 35 der Praxis anzupassen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das erste Filtermedium 21 mit einer verhältnismässig groben Porengrösse hergestellt werden, die im Bereich von 2 bis 18 Poren je cm Länge liegt, was einer 40 Luftdurchlässigkeit im Bereich von 2500 bis 8000 X IO"1 cm2 entspricht, während das zweite Filtermedium 22 ein verhältnismässig feinporiges Filter umfassen kann, welches eine Porenzahl von 8 bis 18 je 1 cm Länge und eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 X 10-7 cm2 aufweist. Natürlich 45 können sowohl die Luftdurchlässigkeit als auch die Porengrösse des betreffenden Filtermediums, wie bereits erwähnt, je nach dem besonderen, zu filtrierenden Material verändert werden und deshalb auch ausserhalb der angegebenen Bereiche liegen.

so Das keramische Filter schaumartiger Struktur kann in Übereinstimmung mit der US-PS 3 893 917 und US-PS 3 962 081 zu entnehmenden, allgemeinen Verfahren hergestellt werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt wird, kann die Filterplatte 29 der 55 vorliegenden Erfindung nach unten zusammenlaufende Seitenflächen 30 haben, welche an die entsprechenden, rundumlaufenden Flächen der Filterkammer angepasst sind, wie dies in den Figuren 1 und 3 dargestellt wird. Natürlich liegt es im Rahmen der Erfindung, anstelle der in den Figuren 60 dargestellten Ausführungsformen eine grosse Anzahl von Variationen der geometrischen Konfiguration vorzunehmen.

Wenn die Filterplatte der vorliegenden Erfindung als Wegwerfartikel konzipiert wird, ist es wesentlich, ein wirkungsvolles Dichtungsmittel für die Seitenflächen der Filter-65 platten vorzusehen, welches leicht anzubringen, abzubauen und von den Seitenflächen der Filterplatte zu entfernen ist. Die Filterkammer selbst ist normalerweise ein zur Zuführungsrinne, zur Giesspfanne, zur Giesswanne usw. gehörender

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Teil und sollte aus feuerfesten Materialien hergestellt sein, welche gegen geschmolzenes Metall ähnlich widerstandsfähig sind, wie dies für übliche Anfertigungen von Zuführungsrinnen der Fall ist. Es ist bevorzugt, die Filterplatte mit einem elastischen Dichtungsmittel oder einer Dichtungsmanschette an ihrem vorgesehenen Ort anzubringen, wie dies früher gezeigt und besprochen worden ist. Das elastische Dichtungsmittel oder die Dichtungsmanschette begrenzen die Filterplatte an deren äusseren, nach unten zulaufenden Schrägflächen. Die manschettenförmigen Dichtungen gewährleisten eine pannenfreie Installation und bilden ebenso ein tatsächliches Trennmedium, was für ein leichtes Auseinandernehmen wesentlich ist. Zusätzlich verhindern Manschetten oder Dichtungsmittel das Eindringen von Metall zu den Dichtungsflächen der Filterträgereinheiten, ihr Gebrauch erleichtert das Reinigen beträchtlich und verlängert die Lebensdauer der Filtereinheit wirkungsvoll, indem die Probleme betreffend den Angriff von Metall ausgeschaltet werden. Überdies kann die Manschette bzw. das Dichtungsmittel dank ihrer Elastizität genügend Reibungskraft aufbringen, um den Filterkörper am vorgesehenen Ort in der Filterkammer halten zu können, ohne dass zu anderen, zusätzlichen Ausführungsformen von Haltevorrichtungen Zuflucht genommen werden muss. Das Dichtungsmittel sollte gegenüber dem zu filtrierenden geschmolzenen Metall nicht-benetzend sein, dessen chemischem Angriff widerstehen und feuerfest genug sein, um auch hohen Verfahrenstemperaturen zu widerstehen.

Die plattenförmigen Filtereinheiten der vorliegenden Erfindung können durch Manschetten um ihre Seitenflächen und/oder nur an deren oberen und unteren äusseren Umfang abgedichtet werden. Die plattenförmigen Filtereinheiten der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise durch eine randförmige, entlang der Seitenfläche der Filterplatte ver-leufende Manschette abgedichtet, wodurch ein fester Dich-tungsabschluss gewährleistet ist und das Filter, im Zusammenwirken mit der Dichtungsmanschette, an Ort und Stelle festgehalten wird. Falls ein einfacher Presssitz nicht ausreicht, um das Filter an Ort und Stelle festzuhalten, können natürlich eine grosse Zahl von mechanischen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Keile oder Niederhaltegewichte, verwendet werden. Nach einer anderen, nicht dargestellten Anordnung, kann die Vorrichtung 10 von Fig. 1 bei den rundumlaufenden, abgeschrägten Flächen 17 und 18 geteilt werden, so dass der zum Festhalten der Filterplatten notwendige Druck beim Schliessen der aufgespaltenen Einheit durch die klemmende Wirkungsweise des Verschliessens ausgeübt werden kann. Der nach unten zusammenlaufende Winkel der abgeschrägten Flächen der Filterkammer und der entsprechend nach unten zusammenlaufende Winkel der Seitenflächen der Filterplatte sind geeignet, eine feste Abdichtung zu bilden und das Filter gegen darauf einwirkende Hubkräfte an Ort und Stelle zu halten. Natürlich sollte die Dichtungsmanschette oder das Dichtungsmittel, wie oben erwähnt, gegen das verwendete, geschmolzene Metall beständig sei. Typische Dichtungsmaterialien, die bei der Behandlung von geschmolzenem Aluminium verwendet werden, umfassen faserförmige, feuerfeste Abdichtungen, die mannigfache Zusammensetzungen haben können. Als Beispiele für solche Dichtungsmaterialien seien erwähnt:

— ungefähr 45% Aluminiumoxid, 52% Siliziumoxid,

1,3% Eisenoxid und 1,7% Titanoxid;

— ungefähr 55% Siliziumoxid, 40,5% Aluminiumoxid,

4% Chromoxid und 0,5% Eisenoxid;

— ungefähr 53% Siliziumoxid, 46% Aluminiumoxid und

1% Eisenoxid.

In Fig. 3 wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei welcher die Vorrichtung

31 einen Durchgang 32 umfasst, welcher zu einer kontinuierlichen Filterkammer 33 führt. Die Filterkammer 33 unterscheidet sich von der Filterkammer 15 von Fig. 1 dadurch, dass sie nicht in zwei vollständig getrennte Unterkammern aufgeteilt ist. In Fig. 3 ist das grobporige Filtermedium 21' im wesentlichen Seitenfläche an Seitenfläche mit dem feinporigen Filtermedium 22' angeordnet. Die beiden Filtermedien werden durch eine Trennwand 34, welche am Durchgang 32 und an der Abflussrinne 35 befestigt ist und dieselbe Höhe wie diese aufweist, getrennt. Wie in der Vorrichtung von Fig. 1 ist in der Filterkammer 33, nahe unter dem grobporigen Filtermedium 21', eine Einlassöffnung 25' für das Gas angeordnet, welches in ähnlicher Weise durch die Rohrleitung 26' zugeführt wird. So kann das aus der Einlassöffnung 25' strömende Gas durch das Filtermedium 21' strömen und im Gegenstrom den gewünschten Kontakt und Austausch mit der abwärtsfliessenden Schmelze erreichen. Der Unterschied in der Anordnung der Filterkammer 33 macht erforderlich, dass die Schmelze vorerst abwärts, dann um die Trennwand 34 und auf ihrem Weg zur Abflussrinne 35 schliesslich aufwärts durch das Filtermedium 22' fliesst, wo sie abschliessend filtriert wird. Wie die Vorrichtung 10 nach Fig. 1, ist auch die Vorrichtung 31 mit rundumlaufenden, nach unten zusammenlaufenden Schrägflächen versehen, damit die entsprechenden Filtermedien angeordnet und gestützt werden können. Entsprechend der Ausführung nach Fig. 1 sind die Seitenflächen der Filtermedien mit elastischen Dichtungsmitteln versehen, um die gewünschte Befestigung der Filter in den rundumlaufenden, abgeschrägten Flächen der Filterkammer zu erzielen.

Es gibt eine grosse Anzahl von Gelegenheiten, bei welchen die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung in allen oben erwähnten Ausführungsformen angewendet werden können. Insbesondere beim Beispiel des Stranggiessens kann ein Paar von solchen Filterkammern in paralleler Anordnung verwendet werden. Bei einem solchen Verfahren kann angesichts der langen Verfahrensdauer und der damit verbundenen grossen Menge von geschmolzenem Metall ein häufiger Wechsel des Filtermediums während dem Verfahren erforderlich sein. Solche Wechsel können durch die Verwendung von parallelen Fliesskanälen, von welchen jeder eine Filterkammer enthält, erleichtert werden, zusammen mit einem Mittel für die Umlenkung des fliessenden Metalls von einem Kanal zum anderen, wie Ventilen, Stauanlagen und dergleichen. Der Fluss kann so während einer bestimmten Zeit auf eine Filterkammer beschränkt werden und könnte auf einem anderen Kanal umgelenkt werden, sobald das Druckgefälle über die erste Filterkammer zu gross würde. Es ist leicht einzusehen, dass eine solche Umschaltmöglichkeit die Versorgung einer Stranggussanlage mit einem endlosen Strom von filtriertem Metall gewährleistet.

Überdies können an der vorliegenden Vorrichtung und dem Verfahren einige Modifikationen zur Anpassung an Variationen im Behandlungsverfahren des geschmolzenen Metalls vorgenommen werden. Wenn beispielsweise kleine, individuelle Serien von geschmolzenem Metall hergestellt und vergossen werden, ist es wünschenswert, dass das Filtermedium für mehrere Serien betriebsfähig bleibt. Zu diesem Zweck kann das Filtermedium gegenüber den Bodenflächen des Durchganges und der Abflussrinne etwas vertieft sein, wodurch nach dem Aufhören des Metallflusses ein Schmelzrückstand zurückbleibt, welcher die Filterkammer füllt und beide Filter bedeckt. In Verbindung mit dieser Modifikation kann mindestens eine Abdeckeinheit verwendet werden, welche über dem Schmelzrückstand liegt und mit Heizmitteln, wie beispielsweise einer Vielzahl von die Schmelze in ihrem flüssigen Zustand haltenden Strahlungsheizern versehen sein würde. Bei der Anwendung einer solchen Modi5

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fikation im Zusammenhang mit der Vorrichtung von Fig. 1 würde die rundumlaufende, abgeschrägte Fläche 17 gegenüber den Bodenflächen des Durchganges 14 und der Abflussrinne 28 vertieft ausgestaltet und das in Fig. 1 nicht eingezeichnete Deckorgan würde darüberliegend angeordnet. Gleichfalls würde der Boden der Abflussrinne 28 nach dem Boden des Durchganges 14 berechnet und ein ähnliches Deckorgan würde dort angebracht, wo die Unterkammer 20 in die Abflussrinne 28 mündet. Bei der Anordnung nach Fig. 3 könnten die Filtermedien 21' und 22' einfach gegenüber dem Boden von Durchgang und Abflussrinne vertieft ausgestaltet werden, was erlauben würde, dass beim Aufhören des Metallstromes eine Restschmelze über den Filtermedien bleibt und darüber könnten entsprechend geformte Deckorgane angeordnet werden.

Andere, im Bereich der Erfindung liegende Modifikationen bestehen darin, dass eine Mehrzahl von Gaseintrittsöffnungen rund um die entsprechende Kammer herum, unmittelbar unter dem betreffenden ersten Filtermedium, angeord-5 net ist. Weiter können die Eintrittsöffnungen für das Gas durch die Verlängerung der entsprechenden Gaszuleitungen gegen das Zentrum der betreffenden Kammer verschoben werden, wodurch das ausströmende Gas von einem in der Mitte der Kammer liegenden Ort in die Schmelze eingeleitet io werden kann. Sowohl die Anordnung einer Mehrzahl von Eintrittsöffnungen für das strömende Gas, als auch gegen das Zentrum der Filterkammer verschobene Eintrittsöffnungen, welche in den Figuren nicht dargestellt sind, umfassen Modifikationen, welche an sich lediglich Änderungen der Gestal-15 tung (Design) betreffen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zum gleichzeitigen, kontinuierlichen Entgasen und Filtrieren von geschmolzenem Metall, dadurch gekennzeichnet, dass sie

— eine Filterkammer mit Einlass und Auslass für das flüssige Metall,

— mindestens je ein erstes und zweites auswechselbares Filtermedium,

— für den Eingriff der räumlich getrennt nacheinander angeordneten ersten und zweiten Filtermedien angepasste Wandoberflächen in der Filterkammer und

— einen Gaszuleiter mit mindestens einer derart nach dem ersten und vor dem zweiten Filtermedium angeordneten Gaseinleitöffnung, dass das aus der Einlassöffnung fliessende Gas fein verteilt durch das erste Filtermedium strömt, umfasst.

2. Verwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 zum Entgasen und Filtrieren von flüssigem Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Metall durch eine Filterkammer, in welcher das Metall durch mindestens zwei nacheinander angeordnete, räumlich getrennte Filtermedien geführt und während dem Durchqueren des ersten der Filtermedien mit einem im Gegenstrom fliessenden Gas in Berührung gebracht wird, das aus mindestens einem in der Filterkammer unter dem ersten und vor dem zweiten Filtermedium angeordneten Gaseinlass austritt, fein verteilt durch das erste der Filtermedien strömt und dabei mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermedien Filterplatten sind, zweckmässig in Form poröser Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur, gebildet durch eine Vielzahl von mit einem Netzwerk aus keramischem Material umgebenen, miteinander verbundenen Hohlräumen.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatten eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 8000 X 10-7 cm2, eine Porosität von 0,80 bis 0,95, eine Porenzahl von 2 bis 18 je 1 cm Länge und eine Dicke von 10 bis 100 mm aufweisen.

5. Vorrichtung nach Patentansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermedium eine verhältnismässig grobporige Filterplatte und das zweite Filtermedium eine feinporige Filterplatte ist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die grobporige Filterplatte eine Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 8000 X ~7 cm2 und eine Porenzahl von 2 bis 8 je 1 cm Länge, und die feinporige Filterplatte eine Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 X 10~7 cm2 und eine Porenzahl von 8 bis 18 je 1 cm Länge aufweist.

7. Vorrichtung nach Patentansprüchen 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammer durch die parallele, übereinanderliegende Anordnung der Filtermedien in mindestens zwei Teilkammern aufgeteilt ist.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammer durch eine oben angeordnete grobporige Filterplatte und durch eine unten angeordnete feinporige Filterplatte in zwei Teilkammern aufgeteilt ist.

9. Vorrichtung nach Patentansprüchen 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammer durch eine ventikale Trennwand teilweise getrennt ist und dass die Filtermedien, Seitenfläche an Seitenfläche, beidseits dieser Trennwand angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die grobporige und die feinporige Filterplatte beidseits der Trennwand auf derselben Ebene angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Patentansprüchen 1 und 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass. die Wandoberflächen in der

Filterkammer und die Seitenflächen der Filterplatten auf-einanderpassende Oberflächen bilden und nach unten zusammenlaufende Schrägflächen sind.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderpassenden Oberflächen Schrägflächen mit weitgehend gleichem Winkel sind.

13. Vorrichtung nach Patentansprüchen 1 und 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den aufeinanderpassenden Oberflächen von Wand und Filterplatten gegenüber dem flüssigen Metall beständige, elastische Dichtungsmittel angeordnet sind.

14. Verwendung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Gas aus einem Halogengas, einem Gas der Gruppe halogenierter Kohlenwasserstoffe, einem inerten Gas oder Mischungen davon besteht.

15. Verwendung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschmolzene Salzmischung direkt auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls, oberhalb des ersten der Filtermedien, liegt.

16. Verwendung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermedien auswechselbare Filterplatten mit an die entsprechenden Wandoberflächen der Filterkammer angepassten äusseren Seitenflächen eingesetzt sind.

17. Verwendung nach Patentansprüchen 2 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Filterkammer, zwischen den aufeinanderpassenden Oberflächen der Wand und den Seitenflächen der Filterplatten, gegenüber dem flüssigen Metall beständige elastische Dichtungsmittel angeordnet sind.

18. Verwendung nach Patentansprüchen 2, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Filterplatten poröse Keramikfilter mit offenzelliger Schaumstruktur, gebildet durch eine Vielzahl von mit einem Netzwerk aus Keramik umgebenen, miteinander verbundenen Hohlräumen, eingesetzt sind.

19. Verwendung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Filtermedium eine verhältnismässig grobporige Filterplatte und als zweites Medium eine verhältnismässig feinporige Filterplatte verwendet wird und dass das fliessende Gas die grobporige Filterplatte durchströmt.

20. Verwendung nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine grobporige Filterplatte mit einer Luftdurchlässigkeit von 2500 bis 800 X 10~7 cm2 und einer Porenzahl von 2 bis 8 je cm Länge und eine feinporige Filterplatte mit einer Luftdurchlässigkeit von 400 bis 2500 X 10~7 cm2 und einer Porenzahl von 8 bis 18 je cm Länge eingesetzt sind.

21. Verwendung nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als elastische Dichtungsmittel keramische Manschetten verwendet sind.