DE102004062620A1

DE102004062620A1 - Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumschmelze

Info

Publication number: DE102004062620A1
Application number: DE200410062620
Authority: DE
Inventors: Hermann Brocker; Michael Klapp; Karsten Bätzing; Friedrich Naumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumschmelze unter Verwendung eines Schutzgases. In einer Gasmischstation (13) wird ein Schutzgas mit einem Trägergas gemischt und dann über ein Leitungssystem (14, 18, 15a, 15b, 15c) einem Magnesiumofen (10) zugeführt, wodurch ein Schutzgasfilm (12) über einer Magnesiumschmelze (11) erzeugt wird. Erfindungsgemäß dient als Schutzgas ein wasserstoffhaltiger Fluorkohlenwasserstoff, vorzugsweise R 134a, wodurch der Treibhauseffekt gegenüber bislang verwendeten Schutzgasen verringert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumschmelze unter Verwendung eines Schutzgases.

Beim Gießen von Magnesium wird nach dem Stand der Technik als Schutzgas beispielsweise SF₆ über der Schmelze eingesetzt, um ihre Oxidation und Entzündung zu verhindern. Dabei wird dieses Schutzgas in der Regel im Gemisch mit einem Trägergas verwendet, beispielsweise kann dies trockene Luft oder CO₂ sein. Das Schutzgas wird über der Oberfläche des flüssigen Metalls verteilt. Die Temperatur einer Magnesiumschmelze liegt bei über 650°C. Verwendet mein kein Schutzgas, entzündet sich Magnesium bereits bei Temperaturen oberhalb von 500°C. Mit Luftsauerstoff bildet Magnesium zwar eine passivierende dünne Oxidhaut; die aber so porös ist, dass sie Metalldampf hindurchlässt. Die vergleichsweise geringe Zugabe von SF₆ in die Atmosphäre des Schmelztiegels, beispielsweise in einer Konzentration von einem oder mehreren Volumenprozent unterbindet die Entzündung des Metalls. Man nimmt an, dass die Ursache dafür darin liegt, dass die poröse Magnesiumoxidschicht einen Teil des SF₆ physikalisch adsorbiert. Vermutlich findet auch eine chemische Reaktion zwischen Magnesium und SF₆ statt, die zu Magnesiumfluorid (MgF₂) im Schutzfilm führt. Das SF₆ wird dabei nur in minimalen Anteilen chemisch umgesetzt, so dass der Schutzgasverbrauch mit dessen Emission gleichgesetzt werden kann.

Es ist bekannt, dass SF₆ eine hohe Klimawirksamkeit hat. Das sogenannte Global Warming Potential (GWP) von SF₆ liegt bei 23.900, das heißt, 1 kg SF₆ entspricht 23.900 kg CO₂. Man hat daher bereits versucht, durch geeignete Maßnahmen die Emissionen an SF₆ bei der Verwendung als Schutzgas für Magnesiumschmelzen zu verringern, indem man zum Beispiel die Dichtheit der Schmelzöfen erhöht hat. Zusätzlich zu Dichtungen kann man Schleusensysteme für die Materialbeschickung einsetzen oder die Dosierung für das Schutzgas automatisieren, insbesondere eine elektronische Regelung zum Beispiel des Gasmischers, der Gaszufuhr und des Zufuhrdrucks nach dem für den Zustand der Schmelze jeweils nötigen Bedarf vorsehen. Trotz dieser Maßnahmen ergibt sich jedoch noch ein hoher Verbrauch an SF₆. Dies ist bedenklich im Hinblick auf die im Klimaprotokoll von Kyoto festgelegte deutliche Reduzierung des weltweiten Ausstoßes von Klimagasen.

Anstelle von SF₆ wurden auch andere Schutzgase wie beispielsweise SO₂ eingesetzt. SO₂ eignet sich jedoch aufgrund seiner toxischen Wirkung kaum für den Einsatz in Betrieben. Der Beitrag von SF₆ zum Treibhauseffekt ist sehr hoch, wobei durch den zunehmenden Einsatz von Magnesium, beispielsweise im Karosserieleichtbau in der Automobilindustrie ein steigender Bedarf an SF₆ zu erwarten ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumschmelze unter Verwendung von Schutzgas der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches einen effektiven Schutz der Magnesiumschmelze gegen Oxidation durch Luftsauerstoff ermöglicht bei gleichzeitiger Senkung des Treibhauspotentials.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumschmelze der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung wenigstens eines wasserstoffhaltigen Fluorkohlenwasserstoffs (H-FKW) als Schutzgas über einer Magnesiumschmelze.

Wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW) sind bekannt als Kältemittel beispielsweise für Klimaanlagen. Diese wasserstoffhaltigen Fluorkohlenwasserstoffe haben ein wesentlich geringeres Treibhauspotential als SF₆. Beispielsweise liegt das GWP von R 134 a bei ca. 1.300. Das GWP von SF₆ beträgt daher mehr als das 18-fache desjenigen von R 134 a. In seinen Eigenschaften als Schutzgas für den erfindungsgemäßen Anwendungszweck ist R 134 a SF₆ gleichwertig. Der Schutzgasbedarf lässt sich gegebenenfalls bei Verwendung wasserstoffhaltiger Fluorkohlenwasserstoffe sogar reduzieren. Damit ist eine Reduzierung des Treibhauspotentials gegenüber der bislang geläufigen Verwendung von SF₆ um beispielsweise 95% möglich.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Magnesiumschmelzofen mit dem genannten Schutzgas beaufschlagt, dieses Schutzgas legt sich über die Schmelze und verhindert somit eine stark exotherme Reaktion der Schmelze mit Luftsauerstoff (sogenannter Magnesiumbrand).

Vorzugsweise wird das Schutzgas, insbesondere R 134 a im Gemisch mit einem Trägergas in den Ofenraum eingeführt. Als Trägergas ist beispielsweise Stickstoff geeignet. Die maximale Konzentration des Schutzgases im Gesamtgas (Schutzgas + Trägergas) beträgt vorzugsweise bis zu 5%, weiter vorzugsweise zwischen etwa 0,3% und etwa 3%.

Die Schutzgaszuführung in den Ofen kann beispielsweise über eine zentrale Gasmischanlage gesteuert werden. Von dort kann das Gas über Leitungen an den jeweiligen Magnesiumofen geleitet werden.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine schematisch stark vereinfachte Ansicht einer Anlage zum Beaufschlagen einer Magnesiumschmelze mit Schutzgas nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt schematisch stark vereinfacht eine Anlage mit einem Magnesiumofen 10, in dem sich eine Magnesiumschmelze 11 befindet. Durch Beaufschlagen des Magnesiumofens mit Schutzgas, im vorliegenden Fall ist dies der wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoff Tetrafluorethan (R 134 a) wird ein Schutzgasfilm 12 über der Magnesiumschmelze 11 erzeugt.
In einer Gasmischstation 13 wird das Schutzgas R 134 a mit einem Trägergas, beispielsweise Stickstoff gemischt in einem geeigneten Mischungsverhältnis. Üblicherweise liegt die Konzentration des Schutzgases im Gesamtgas zwischen etwa 0,3% und etwa 3%. Dieses Mischgas wird dann von der Gasmischstation 13 über ein Leitungssystem zum Magnesiumofen 10 geleitet. Das Leitungssystem umfasst beispielsweise eine Hauptleitung 14, die sich in einem Verzweigungspunkt 17 in zwei Leitungsstränge 18, 19 auftrennt, von denen wiederum diverse Zweigleitungen 15a, 15b, 15c zum Magnesiumofen 10 und in den Magnesiumofen hinein führen. Das innerhalb des Magnesiumofens in den Raum oberhalb der Magnesiumschmelze 11 aus den Zweigleitungen 15a, 15b, 15c ausströmende Schutzgas 16 bildet dann den Schutzgasfilm 12 über der Magnesiumschmelze 11, so dass diese nicht mit Luftsauerstoff in Kontakt treten kann.

10: Magnesiumofen
11: Magnesiumschmelze
12: Schutzgasfilm
13: Gasmischstation
14: Hauptleitung
15a, b, c: Zweigleitungen
16: Schutzgas
17: Verzweigungspunkt
18, 19: Leitungsstränge

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumschmelze unter Verwendung von Schutzgas, mittels dessen die Magnesiumschmelze in einem Magnesiumofen zum Schutz gegen Oxidation beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas ein Gas verwendet wird, welches wenigstens einen wasserstoffhaltigen Fluorkohlenwasserstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoff im Gemisch mit einem Trägergas vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Schutzgases im Gesamtgas (Schutzgas + Trägergas) bis zu etwa 5%, vorzugsweise bis zu etwa 3% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Gemisch aus Schutzgas und Trägergas in einer Gasmischanlage erzeugt und dann dem Magnesiumofen (10) zuführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gas über mindestens eine von einer zentralen Gasmischanlage in einen Magnesiumofen geführte Leitung zuführt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich verzweigendes Leitungssystem vorgesehen ist und man das Gas an mindestens zwei, vorzugsweise mehreren voneinander beabstandeten Punkten dem Magnesiumofen (10) zuführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Schutzgas ein Gasgemisch verwendet, welches R 134 a enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Gesamtgas verwendet, welches als Schutzgas R 134 a in einer Konzentration zwischen etwa 0,3% und etwa 3% in einem Trägergas enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas Stickstoff enthält.
Verwendung wenigstens eines wasserstoffhaltigen Fluorkohlenwasserstoffs als Schutzgas über einer Magnesiumschmelze.
Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas R 134 a dient.
Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas R 134 a enthalten in einem Trägergas dient.