Verfahren zum Schmelzen von Leichtmetallen. Von dem Futter von zum Schmelzen von Metallen und Legierungen dienenden Öfen wird nebst bestimmten andern Eigenschaften auch verlangt, dass dessen Bestandteile mit dem zu schmelzenden Metall keine Verbin dungen eingehen und dieses nicht verunrei nigen. Da z. B. für Induktionsöfen fast regelmässig Auskleidungen verwendet werden, die erst während dies Schmelzens -des Metalles gebrannt und, gesintert werden, müssen an Stelle der als Futterbaustoff an sieh beson ders geeigneten, aber erst, bei höheren Tempe raturen sinternden Oxyde, wie Tonerde und Magnesia, Gemische derselben mit.
Kieselsäure als Ofenfutter verwendet werden, die bereits im Bereich der üblichen Schmelztemperaturen der Metalle sintern.
Aber auch sowohl wegen ihrer guten me chanischen und wärmeisolierenden Eigen schaften als auch wegen ihrer guten Halt barkeit. werden hochkieselsäurehaltige Steine, z. B. Schamotte, in grossem Umfange zur Aus mauerung von Öfen verwendet., in denen z. B. Aluminium und seine Legierungen um gesehmolzen werden sollen. Aus diesen Grün den hat man es bisher in Kauf genommen, dass durch eine Umsetzung zwischen dem ge schmolzenen Metall und der Kieselsäure des Futters eine allmähliche Umwandlung des Mauerwerkes stattfindet und das im Ofen ein geschmolzene Metall, z. B. Aluminium bzw.
seine Legierungen, durch das infolge der Re- < Itiktion gebildete 'Silizium verunreinigt wird. So erfolgt z. B. beim Schmelzen von Alumi- nium und seinen Legierungen im Laufe der Zeit ein Austausch des Kieselsäuregehaltes des Futters zu immer tieferen Schichtendes selben durch die bei der Reduktion der Kie selsäure nach .der Gleichung 4A1+3Si02=2.A120@+ 3 Si gleichzeitig .entstehende Tonerde.
Besonders störend macht sich diese Um setzung dann bemerkbar, wenn eine Anreiche rung des Siliziums - selbst in kleinsten Gren zen - aus besonderen Gründen nicht. er- , wünscht ist. Das ist z. B. beim -Guss von als Werkstoff für elektrische Leiter verwendetem Aluminium der Fäll, bei dem der ;Silizium- geh-alt den Betrag von 0;15 bzw. 0,201/a, nicht überschreiten :darf.
Die erwähnte Anreiche rung zwang nun bisher dazu, den Einsatz an Hütt;enrohaluminium so zu wählen, dass eine Erhöhung des Siliziumgehaltes um etwa 0,021/o, noch nicht die Brauchbarkeit der Schmelze für bestimmte Zwecke beeinträch tigte. 'Trotz dieser Vorsichtsmassnahme muss ten jedoch beim Vergiessen von Aluminium aus einem 8-to-Ofen etwa 600 kg Restmetall wegen zu starker Anreicherung an Silizium während der Zeit des Vergiessens dieser Me tallmenge abgegossen werden.
Von noch grösserer Schädlichkeit ist .die Umsetzung zwischen Aluminium und Kiesel säure insbesondere dann, wenn hochreines, bei der 3@Schichten-Elektrolyse gewonnenes Aluminium mit Reinheitsgraden vom über 99,991/o und Siliziumgehalten von etwa 0,001 bis 0,0021/o umgeschmolzen werden soll.
Der durch die SiO2-Reduktion in das Metall ge langende Siliziumanteil übersteigt dabei bei weitem den ursprünglich im Raffinademetall vorhandenen Anteil.
Abgesehen von der Verunreinigung des M etalles durch Silizium besitzt die erwähnte Umsetzung noch folgende schwerwiegende Nachteile: Infolge Porosität. der meisten kie selsäurehaltigen Steine dringt das Metall in die Poren des Mauerwerkes ein und setzt sich dort. mit dem Kieselsäureanteil um. Es tritt dadurch eine innige Verzahnung des Metalles und seiner Oxyde mit, dem Mauerwerk ein. Diese oxydische Decke ist nur ausserordent lich schwer :durch die Bedienungsmannschaft zu entfernen.
Airs diesen Gründen ist man daher viel fach dazu übergegangen, Umschmelzöfen aus Magnesitsteinen aufzumauern. Wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und ihrer im Ver gleich zu Schamotte geringeren T'emperatur- wechselbeständigkeit hat. aber die Verwendung dieser Steine beachtliche Nachteile.
Es wurde nun gefunden, dass sich die Re duktion der Kieselsäure des Mauerwerkes me tallurgischer Öfen durch das schmelzflüssige Leichtmetall dadurch vermeiden lässt, dass vor dem Schmelzen des Leichtmetalls in dem Ofen Salze eingesehmölzen werden, die mit der Kie selsäure des Ofenfutters durch das Schmelz gut nicht reduzierbare und bei -der Tempera tur des geschmolzenen Leichtmetalls nicht schmelzende Verbindungen bilden. So kommen z. B. für Öfen, in denen Aluminium oder des sen Legierungen geschmolzen werden, die Salze der Alkali- bzw. Erdalkalimetalle in Betracht. Besonders eignet sich hierfür ein Gemisch von Natrium- bzw. Kaliumchlorid und Aluminiumfluoriden:, z.
B. Kryolith. Schmilzt man dieses oder ähnliche .Salz gemische in den Ofen ein, so dringt. die Salz schmelze infolge ihrer geringen Oberflächen spannung in. die feinsten Poren des Mauer werkes bzw. der keramischen Masse ein. Da durch, dass sich die Salzschmelze mit den Bau stoffen des Futters an dessen heissesten Stel len unter Bildung einer Schlacke -umsetzt, erfolgt eine völlige Abdichtung des Ofenfut ters gegenüber der Metallschmelze.
Sollen neuzugestellte Öfen z. B. dem Um schmelzen von Reinstaluminüim dienen, so wird in den Öfen vor dem ersten U mschmel- zen des Metalles das Salz bzw. das Salz gemisch eingeschmolzen und diese Schmelze nach erfolgter Schlackenbildung aus dem Ofen abgegossen. Das Umschmelzen des Reinstaluminiums kann dann ohne Gefahr einer Siliziumaufnahme des Metalles statt finden.
Nach den Versuchsergebnissen der An- melderin kann. die Behandlung des Ofen mauerwerkes mit den Salzen aber auch erst dann vorgenommen werden, wenn in dem Ofen bereits durch längere Zeit Metalle oder Legierungen geschmolzen worden sind, bei denen eine Siliziumaufnahme aus dein Mauer werk keine Rolle spielt, und in dem Ofen nunmehr Metalle oder Legierungen geschmol zen werden sollen, bei denen eine Silizium- aufna.hme nicht stattfinden darf.
Zufolge des Einschmelzens der Salze in dem Ofen lässt sich das in die Poren und Kanäle eingedrun gene, siliziumhaltige Metall der früheren Schmelzungen, z. B. siliziumhaltiges Alumi nium, aus diesen verdrängen, wodurch der Salzschmelze die Möglichkeit gegeben ist, schlackebildend auf das Mauerwerk ein zuwirken.
Das Einschmelzen dieser Salze wird am besten bei solchen Temperaturen vorgenom- rnen, bei denen die Bildung einer zähflüssigen Schlacke eintritt. So wird das Einschmelzen von Salzender Alkali- bzw. Erdalkalimetalle in zum Schmelzen von Aluminium oder Alu miniumlegierungen dienenden Öfen zweckmä ssig bei über der üblichen Arbeitstemperatur des Ofens liegenden Temperaturen, am besten bei 750 bis 850 , vorgenommen.
In einem erfindungsgemäss behandelten und sich bereits zwei Monate im Betrieb be findenden Ofen eingeschmolzenes Aluminium zeigte keinerlei Anreicherung an Silizium. Der Ansatz von oxydischen Krusten an der Ofenwandung war ausserordentlich gering. s Diese letzte Eigenschaft ist von beson derer Bedeutung für den Aufbau von Schmelzrinnen bei Induktionsöfen. Bekannt lich verursacht die geringe Haltbarkeit dieser Schmelzrinnen von Niederfrequenz-Induk- tionsöfen immer noch aussergewöhnliche Schwierigkeiten beim Abgiessen des Metalles. Die Rinnen neigen häufig zum Reissen und setzen sieh im Laufe der Zeit zu.
Die Ursache dieses sogenannt.en Wachsems ist- zweifels ohne die erwähnte Umsetzung des bisher aus schliesslich aus kieselsäurehaltigen Massen be stehenden R.innenmaterials. Werden diese Sehmelzrinnen: in der vorstehend geschilderten Weise mit einem Salzgemisch behandelt., so kann mit deren bedeutend höheren Lebens- (lauer gerechnet. werden.
Um die Poren des keramischen Futters von Tiegeln zum Schmelzen von Nichteisen metallen durch Ausbildung einer Kreiste auf der Innenseite des Tiegels zu schliessen, bat man der feuerfesten Grundmasse eine grosse Menge gepulverten Glases einverleibt, um den Futterbaustoff zähflüssig zu machen. Eine Umsetzung der Kieselsäure des Futters mit dem Metall wird aber dadurch nicht ver mieden., sondern infolge der bei diesem Ver fahren erfolgten Anreicherung des Futter baustoffes an Kieselsäure wird im Gegenteil diese L?msetzung noch begünstigt-.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren. wird aber nicht nur eine Dichtung der beim Brennendes Fut ters entstandenen Risse erreicht, sondern auch die Umsetzung zwischen dem einzu schmelzenden !Metall und der Kieselsäure des Futters vermieden.
Schliesslich wurde für Tiegel zum Scbmel.- zen von Aluminium und seine Legierungen eine Auskleidungsmasse bekannt, die annä hernd dasselbe spezifische Gewicht wie das Aluminium haben soll und bei der Tempera tur der geschmolzenen Masse in dien zähflüs sigen Zustand übergeht. Diese Auskleidungs- masse soll an die Innenseite des Tiegels ge strichen werden, um den Tiegelbaustoff vor dem Angriff des Aluminiums zu schützen. Der Tiegelbaustoff, z. B.
Eisen, soll mittels der die genannten Eigenschaften besitzenden Auskleidungsmasse überzogen'-Lind das Haf ten dieses Überzuges auf mechanischem Wege ; bewerkstelligt. werden. Die mit dem Alumi nium bzw. seinen Legierungen in Berührung stehende Auskleidungsmasse soll also kei nerlei chemische Veränderung erleiden. We gen der sieh beim erfindungsgemässen Ver fahren abspielenden Vorgänge ist aber das spezifische Gewicht. der in den Schmelzofen einzubringenden Salze im Gegensatz zu der bekannten Arbeitsweise von keiner Bedeu tung.
Die Einhaltung dieser Vorschrift ist. c jedoch bei dem bekannten Verfahren des wegen unerlässlich, weil bei diesem eine Ver- schlackung der Oberfläche des 'Tiegelbau- stoffes nicht. stattfinden soll.
Nach einem ferner noch bekanntgeworde- c nen Verfahren, zum Vorbereiten von Induk- tionsöfen mit. kieselsäurehaltigem Futter für das Schmelzen von Magnesium und seinen Legierungen wird das Ofenfutter vor der ersten Sehmelzung einer Behandlung mit ge- a schmolzenem Aluminium bis zur Entkiese- lung unterworfen.
Abgesehen davon, dass das bekannte Verfahren bedeutend kostspieliger arbeitet als das erfindungsgemässe, kann ersteres dann nicht mehr mit Erfolg ange- i wendet werden, wenn in dem vorzubereiten den Ofen bereits Magnesium geschmolzen wurde, an dessen Siliziumgehalt keine beson deren Anforderungen gestellt werden, weil das Aluminium im Gegensatz zu den Salzen a nicht- in der Lage ist, das siliziumhaltige Magnesium aus den. Poren und Kanälen des Ofenmauerwerkes zu verdrängen. Aueh ist.
keine Schlackenbildung mit dem Ofenmauer- werk möglich, die dasselbe vor jedweder Wechselwirkung mit den einzuschmelzenden Metallen schützt.
Das bekannte Glasieren der aus hochfeuer festen Rohstoffen aufgebauten 'Zinkdestilla- tionsgefässe bezweckt, das Hindurchdringen 9 der Zinkdämpfe durch die Muffelwand zu verhüten, solange die Muffel zu Anfang ihrer Inbetriebnahme noch porös ist. Dieses in sei nem Wert. übrigens sehr bestrittene Verfah ren, wonach stark kieselsäurehaltige Rohstoffe 9 zur Herstellung der Glasur verwendet wer- den, hat ans diesen Gründen nichts mit dem erfindungsgemässen gemein.