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.
Process for melting light metals. In addition to certain other properties, the lining of furnaces used for melting metals and alloys also requires that its constituents do not form any compounds with the metal to be melted and do not contaminate it. Since z. For induction furnaces, for example, linings are almost regularly used, which are only burned and sintered while the metal is melting, must instead of the oxides, such as alumina and magnesia, which are particularly suitable as lining materials, but only sinter at higher temperatures , Mixes the same with.
Silicic acid can be used as furnace lining, which already sinter in the range of the usual melting temperatures of the metals.
But also because of their good mechanical and heat-insulating properties as well as their good durability. high silica stones such. B. fireclay, used to a large extent for bricking out furnaces. In which z. B. aluminum and its alloys to be molten. For these reasons, it has so far been accepted that a gradual conversion of the masonry takes place through a reaction between the molten metal and the silica in the lining and the molten metal in the furnace, e.g. B. aluminum or
its alloys, by which silicon formed as a result of the reaction is contaminated. So z. B. when melting aluminum and its alloys in the course of time an exchange of the silicic acid content of the feed to ever deeper layers of the same by that of the reduction of the silicic acid according to the equation 4A1+3Si02=2.A120@+ 3 Si at the same time . arising alumina.
This implementation is particularly noticeable when an enrichment of the silicon - even within the smallest limits - does not occur for special reasons. is desired. This is e.g. For example, when casting aluminum used as a material for electrical conductors, the case where the silicon content does not exceed 0.15 or 0.1201 / a: may not.
The aforementioned enrichment has now made it necessary to select the use of metallurgical aluminum in such a way that an increase in the silicon content of around 0.021 / o did not affect the usability of the melt for certain purposes. 'Despite this precautionary measure, however, when casting aluminum from an 8-ton furnace, around 600 kg of residual metal had to be poured off during the time that this amount of metal was poured because of the excessive concentration of silicon.
The reaction between aluminum and silicic acid is even more harmful, especially when high-purity aluminum obtained in 3 @ layer electrolysis with degrees of purity of over 99.991 / o and silicon contents of about 0.001 to 0.0021 / o is to be remelted.
The proportion of silicon that gets into the metal as a result of the SiO2 reduction by far exceeds the proportion originally present in the refined metal.
Apart from the contamination of the metal by silicon, the aforementioned implementation also has the following serious disadvantages: As a result of porosity. In most of the silica-containing stones, the metal penetrates the pores of the masonry and settles there. with the silica content. This creates an intimate interlocking of the metal and its oxides with the masonry. This oxide layer is extremely difficult: it can be removed by the operating team.
For these reasons, people have often switched to building up remelting furnaces made of magnesite bricks. Because of its high thermal conductivity and its lower resistance to temperature changes compared to chamotte. but the use of these stones has considerable disadvantages.
It has now been found that the reduction of the silicic acid in the masonry of metallic furnaces by the molten light metal can be avoided by taking in salts before the light metal is melted in the furnace which does not work well with the silicic acid of the furnace lining due to the melting form reducible and non-melting compounds at the temperature of the molten light metal. So come z. B. for furnaces in which aluminum or its alloys are melted, the salts of alkali or alkaline earth metals into consideration. A mixture of sodium or potassium chloride and aluminum fluorides is particularly suitable for this purpose:
B. cryolite. If you melt this or similar salt mixture in the oven, it penetrates. Due to its low surface tension, the salt melts into the finest pores of the masonry or the ceramic mass. Since the molten salt and the building materials of the feed react at its hottest points to form a slag, the furnace feed is completely sealed off from the molten metal.
Should newly installed ovens B. are used to melt high-purity aluminum, the salt or the salt mixture is melted in the furnace before the first melt-down of the metal and this melt is poured out of the furnace after the formation of slag. The remelting of the ultra-pure aluminum can then take place without the risk of the metal absorbing silicon.
According to the test results of the applicant,. The treatment of the furnace masonry with the salts can only be carried out if metals or alloys have already been melted in the furnace for a long time, in which silicon absorption from the masonry does not play a role, and in the furnace now metals or alloys are to be melted where silicon absorption is not allowed.
As a result of the melting of the salts in the furnace, the silicon-containing metal of the previous melts, e.g. B. silicon-containing Alumi nium, displace from these, whereby the molten salt is given the opportunity to act on the masonry to form slag.
These salts are best melted down at temperatures at which the formation of a viscous slag occurs. For example, the melting of salts of the alkali or alkaline earth metals in furnaces used for melting aluminum or aluminum alloys is expediently carried out at temperatures above the normal operating temperature of the furnace, preferably 750 to 850.
In a furnace treated according to the invention and already in operation for two months, aluminum melted down showed no accumulation of silicon. The formation of oxidic crusts on the furnace wall was extremely small. s This last property is of particular importance for the construction of melting channels in induction furnaces. As is well known, the low durability of these melt channels in low-frequency induction furnaces still causes extraordinary difficulties when pouring the metal. The gutters are often prone to cracking and clogging over time.
The cause of this so-called waxing is no doubt without the aforementioned conversion of the interior material, which has hitherto consisted exclusively of silicic acid-containing compounds. If these Sehmel troughs are treated with a salt mixture in the manner described above, their significantly longer lifespan can be expected.
In order to close the pores of the ceramic lining of crucibles for melting non-ferrous metals by forming a circle on the inside of the crucible, a large amount of powdered glass was added to the refractory base in order to make the lining material viscous. A conversion of the silicic acid of the feed with the metal is not avoided. On the contrary, as a result of the enrichment of the fodder building material in silicic acid, this dissolution is promoted.
By the method according to the invention. Not only does it seal the cracks created when the food is burning, it also prevents the reaction between the metal to be melted and the silica in the lining.
Finally, a lining compound was known for crucibles for melting aluminum and its alloys, which should have approximately the same specific weight as the aluminum and which changes to the viscous state at the temperature of the molten mass. This lining compound is to be painted on the inside of the crucible in order to protect the crucible building material from attack by the aluminum. The crucible building material, e.g. B.
Iron should be coated by means of the lining compound which has the properties mentioned - and the adhesion of this coating by mechanical means; accomplished. will. The lining compound in contact with the aluminum or its alloys should not undergo any chemical changes. Because of the processes taking place in the method according to the invention, however, the specific weight is. the salts to be introduced into the melting furnace are of no importance in contrast to the known method of operation.
Compliance with this requirement is. However, this is indispensable in the known method because it does not cause slagging of the surface of the crucible construction material. to be held.
According to a method, which has also become known, for preparing induction furnaces with. Silica-containing feed for the melting of magnesium and its alloys is subjected to a treatment with molten aluminum until the silica is removed from the furnace feed before the first salting.
Apart from the fact that the known method works significantly more expensive than the one according to the invention, the former can no longer be used successfully if magnesium has already been melted in the furnace to be prepared, the silicon content of which is not subject to any special requirements, because that In contrast to the salts, aluminum is not able to remove the silicon-containing magnesium from the. To displace pores and channels of the furnace masonry. Oh is.
no slag formation possible with the furnace masonry, which protects it from any interaction with the metals to be melted down.
The purpose of the known glazing of the zinc distillation vessels made of highly refractory raw materials is to prevent the zinc vapors from penetrating through the muffle wall as long as the muffle is still porous at the start of its operation. This in its worth. Incidentally, very controversial processes, according to which raw materials 9 containing a high amount of silica are used to produce the glaze, have nothing in common with the inventive method for these reasons.