AT389477B - Anwendung eines verfahrens zum schuetzen der badoberflaeche einer metallschmelze - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft die Anwendung eines Verfahrens zum Schützen der Badoberfläche einer Metallschmelze oder einer Schmelze einer Legierung, wobei über der Schmelzbadoberfläche eine im wesentlichen aus inertem Gas bestehende Schutzgasatmosphäre errichtet wird und auf die Schmelzbadoberfläche verflüssigtes Inertgas, vorzugsweise Argon oder Stickstoff gegeben wird, auf eine Magnesiumschmelze oder eine Schmelze einer Magnesiumlegierung. 



   Geschmolzenes Magnesium nimmt wegen seiner enorm hohen Affinität zu Sauerstoff eine Sonderstellung unter den Metallschmelzen ein. Um ein Entzünden und Brennen einer Magnesiumschmelze zu verhindern, ist es notwendig, den Zutritt von Sauerstoff zur Magnesiumschmelze zu verhindern. Zu diesem Zweck sind zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden. 



   Das Verfahren, welches auf Magnesiumschmelzen angewandt werden voll, ist aus der DE-OS 25 28 427 bekannt und wird gemäss dieser Druckschrift in Verbindung mit teilchenförmigen Zusatzstoffen verwendet. Diese Zusatzstoffe würden die sofortige Entflammung einer magnesiumhältigen Metallschmelze hervorrufen und dienen hauptsächlich dazu, die Reibung beim Stranggiessen der in dieser Druckschrift genannten Metalle zu verringern. 



   Aus der DE-OS 20 18 407 geht eine Schutzatmosphäre für Magnesium und Magnesiumlegierungen hervor, die auf der Lehre beruht, dass zur wirksamen Abdeckung von Magnesiumschmelzen eine zumindest aus zwei Komponenten bestehende Gasatmosphäre notwendig ist. Mindestens eine dieser Komponenten ist gemäss dieser Druckschrift   fluor- oder fluor- und chlorhältiger   Oxydationsinhibitor. 



   Aus der DE-OS 27 58 103 ist es beim Stranggiessen von Stahl zum Schutz der flüssigen Stahloberfläche bekannt, ein Mehrphasengemisch aus flüssigem Inertgas und darin suspendierten, nach dem Ausscheiden aus dem Gemisch in Kontakt mit dem flüssigen Stahl aufschmelzenden Festkörper über der Badoberfläche aufzubringen. 



   Aus der FR-OS 21 77 452 ist es beim Stranggiessen von Metallen bekannt, flüssiges Inertgas auch auf den ausfliessenden Strahl des flüssigen Metalles zu bringen. Die Anordnung der dazu vorgesehenen Vorrichtung zeigt, dass dabei nur an Schmelzen von Metallen gedacht ist, die keine mit Magnesium vergleichbare Affinität zu Sauerstoff besitzen. 



   Es ist weiters bekannt, mit Hilfe von Abdecksalzen auf der Badoberfläche einer Magnesiumschmelze eine geschlossene Schicht zu bilden, die Schutz vor dem Zutritt der Atmosphäre gewährt. Nachteilig ist dabei jedoch, dass die Schutzschicht häufig durch Zugabe weiterer Mengen von Abdecksalz ergänzt oder erneuert werden muss. 



  Zudem sind die durch den Wärmekontakt mit der Schmelze verflüssigten Abdecksalze spezifisch schwerer als die Schmelze, sinken daher durch die Schmelze hindurch und setzen sich auf dem Tiegelboden ab. Die Gussstücke haben deshalb Salzeinschlüsse, die die Festigkeitswerte vermindern und die Korrosion beschleunigen. 



   Ausserdem können einer Magnesiumschmelze geringe Mengen (ungefähr 0, 001%) Beryllium zulegiert werden. 



  Beryllium-Zusatz vermindert die Oxidationsneigung von geschmolzenem Magnesium. Das Zulegieren von Beryllium wird jedoch wegen seiner geringen Schutzwirkung selten als alleinige Schutzmassnahme ergriffen, sondern dient meist nur als   Ergänzung.   Zudem ist das Zulegieren von Beryllium wegen der Gefahr einer Lungenberyllose äusserst gefährlich. Während einer Schicht darf der Durchschnittsgehalt an Beryllium in der eine Magnesiumgiessanlage umgebenden Atmosphäre den Wert   2. 10-6 g/m3 Luft   nicht überschreiten. 



   Schliesslich ist es bekannt, zur Vermeidung eines Brandes beim Schmelzen und Vergiessen von Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen Schutzgase wie Schwefelhexafluorid, Schwefeldioxid, Kohlendioxid, Stickstoff, Argon und Difluordichlormethan selten in der Form von Einkomponentengasen, meist in Form von Mischgasen eingesetzt werden. So ist es bekannt, dass   z. B.   in einer nur aus Kohlendioxid bestehenden Schutzgasatmosphäre kein zusammenhängender Schutzfilm an der Badoberfläche einer Magnesiumschmelze gebildet werden kann. Eine gute Schutzwirkung kann bisher mit Schwefeldioxid oder Schwefelhexafluorid erzielt werden. 



   Unter den in der Ofenatmosphäre herrschenden Bedingungen erfolgt stets entweder eine Spaltung der Schutzgase oder eine chemische Reaktion, wodurch in der Ofenatmosphäre immer giftige Gase gebildet werden. 



  Selbst die Schutzgase mit der besten Schutzwirkung (Schwefelhexafluorid und Schwefeldioxid) gewähren keinen 100%-igen Schutz vor Bränden, wie hinreichend viele Beispiele in der Praxis belegen. 



   Ein Brand muss mit Abdecksalzen gelöscht werden, wobei die Restschmelze dann zu verwerfen ist
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise die Badoberfläche von Schmelzen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen sicher vor Bränden geschützt werden können. 



   Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das eingangs definierte Verfahren auf eine Magnesiumschmelze oder eine Schmelze einer Magnesiumlegierung angewandt wird, wobei an Hand des gemessenen Sauerstoffgehaltes der Schutzgasatmosphare eine solche Menge des verflüssigten Inertgases pro Zeiteinheit der Schmelzoberfläche zugeführt wird, dass der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphare stets unter 1   Vol.-% bleibt.    



   Aufgrund der Volumenänderung während des Verdampfens - aus einem Liter Flüssigargon   z. B.   bilden sich 836 Liter Argongas bei   150C   und 1 bar - wird der in der Luft enthaltene Sauerstoff im Ofenraum ausgespült Es ist festgestellt worden, dass mit dem   erfindungsgemässen   Verfahren das Brennen einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Magnesiumlegierung wirksam verhindert werden kann. Dies ist überraschend, da man bisher der Auffassung war, mit einer z. B. ausschliesslich aus Argon bestehenden Schutzatmosphäre könne wirtschaftlich kein ausreichender Schutz über der Badoberfläche gebildet werden. Bisher wurden z. B. aus Schwefelhexafluorid gebildete Schutzatmosphären einer ausschliesslich aus Argon bestehenden Schutzgasatmosphäre vorgezogen.

   Die 

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 Praxis hat jedoch gezeigt, dass die Neigung zu Bränden beim erfindungsgemässen Verfahren geringer ist, als beispielsweise in einer Schutzatmosphäre aus reinem Schwefelhexafluorid. 



   Bei erfindungsgemässer Anwendung des Verfahrens werden die Nachteile bekannter Schutzmassnahmen vermieden : Es treten keinerlei giftige Gase auf und die Gefahr einer Lungen-Beryllose ist ausgeschlossen, so dass das vorliegende Verfahren umweltfreundlich ist. Die hergestellten Gussteile haben keine Salzeinschlüsse und sind somit korrosionsbeständiger und besitzen höhere Festigkeitswerte, als Gussstücke, die aus einer mit Abdecksalzen geschützten Magnesiumschmelze hergestellt worden sind. 



   Schliesslich konnte festgestellt werden, dass eine nach dem erfindungsgemäss angewendeten Verfahren hergestellte Schutzatmosphäre einer aus Schwefelhexafluorid bestehenden Atmosphäre nicht nur in ihrer Schutzwirkung sondern auch wirtschaftlich überlegen ist. So müssen für das Schutzgas Schwefelhexafluorid gegenwärtig die hohen Kosten von ca. 120,--DM/m3 veranschlagt werden. Vergleicht man jedoch die Kosten eines Liters Argongases oder Stickstoffgases mit denen eines Liters Schwefelhexafluorid-Gases, so verhalten sich die Kosten 1 : 40 bis 1 : 80. Zwar wird beim vorliegenden Verfahren eine grössere Menge inerten Gases verbraucht als SF6 für die Ausbildung einer Schwefelhexafluorid-Schutzatmosphäre erforderlich ist, jedoch bewirkt der günstigere Preis Kosteneinsparungen bis zu etwa 75%. 



   Wird die Vol. %-Grenze für den Sauerstoffgehalt nicht überschritten, so kann ein Brennen einer Magnesiumschmelze sicher vermieden werden. Die Menge des der Schmelzbadoberfläche zuzuführenden Flüssiggases ist von mehreren Parametern abhängig,   z. B.   vom Volumen über der Badoberfläche im Schmelzofen, von der Grösse der Badoberfläche und der Temperatur der Schmelze. Die sicherste Methode, ein Brennen der Magnesiumschmelze zu vermeiden, ist daher die, den Sauerstoffgehalt der Schutzatmosphäre unter der oben angegebenen Grenze zu halten. Wird diese Grenze überschritten, muss die auf die Schmelzbadoberfläche geleitete Menge an verflüssigtem Gas erhöht werden. Ist der Sauerstoffgehalt wieder unter die Höchstgrenze gefallen, kann die Flüssiggasmenge stufenweise reduziert werden, bis sich ein konstanter Sauerstoffpegel eingestellt hat.

   Diese Regelung hat sich für die Dauer der Aufheizphase und der Giessphase bewährt. 



   Nach Beendigung der Aufheizphase hat es sich oft als notwendig erwiesen, mit Beginn der Giessphase die der Schmelzbadoberfläche zugeführte Menge an verflüssigtem Gas für die Dauer der Giessphase gegenüber der Aufheizphase zu erhöhen. Diese Massnahme gewährleistet eine konstante Schutzwirkung auch beim Übergang von der Aufheizphase zur Giessphase, in der die Badoberfläche abgekrätzt wird. Beim Giessen selbst sinkt der Badspiegel und das Volumen oberhalb der Schmelzbadoberfläche vergrössert sich ständig, weshalb vor allem bei offenen Giesssystemen zur Gewährleistung der Sauerstoffkonzentration von kleiner als 1 Vol% die Zugabe von Flüssiggas zu erhöhen ist. 



   Beispiel :
In einem Ofen mit einem Volumen von ca. 85 Litern wurden bis zu 50 kg Magnesiumlegierung geschmolzen und anschliessend gegossen (offenes System). Während der Aufheizphase wurden 2 kg   Flüssigargon/h,   während der Giessphase 4 kg Flüssigargon/h auf die Schmelzbadoberfläche geleitet. 



   Zu keiner Zeit, ob in der Aufheizphase, während des Abkratzens der Schmelze, noch während der Giessphase, waren irgenwelche Anzeichen eines Brandes festzustellen. Sämtliche gegossenen Teile sind im Automobilbau verwendbar. 



   Zusammenfassend ist festzustellen, dass das vorliegende Verfahren, das nicht nur im Schmelzofen, sondern auch in geschlossenen oder offenen Giesseinrichtungen mit Vorteil anwendbar ist, auf wirksame Weise das Brennen einer Magnesiumschmelze verhindert und die Herstellung qualitativ hochwertiger Gussstücke unter umweltfreundlichen Bedingungen wirtschaftlich ermöglicht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anwendung eines Verfahrens zum Schützen der Badoberfläche einer Metallschmelze oder einer Schmelze einer Legierung, wobei über der Schmelzbadoberfläche eine im wesentlichen aus inertem Gas bestehende Schutzgasatmosphäre errichtet wird und auf die Schmelzbadoberfläche verflüssigtes Inertgas, vorzugsweise Argon oder Stickstoff gegeben wird, auf eine Magnesiumschmelze oder eine Schmelze einer Magnesiumlegierung, wobei an Hand des gemessenen Sauerstoffgehaltes der Schutzgasatmosphäre eine solche Menge des verflüssigten Inertgases pro Zeiteinheit der Schmelzoberfläche zugeführt wird, dass der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre stets unter 1 Vol.-% bleibt.