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Verfahren zur Herstellung von Magnesium-Silicium-Legierungen Legierungen,
die in der Eisen- und Nichteisenmetallurgie Verwendung finden und die als Hauptbestandteile
außer Silicium noch Magnesium, Calcium, Eisen, Nickel, Kupfer; Mangan-, Aluminium
oder Seltene Erdmetalle enthalten, bieten bei der Herstellung gewisse Schwierigkeiten.
Insbesondere, wenn solche Legierungen Magnesium oder ähnliche Legierungselemente
mit niedrigem Siedepunkt und hoher Sauerstoffaffinität enthalten, führen sie leicht
zu unkontrollierbarem Abbrennen und erschweren daher die Einhaltung einer einheitlichen
und definierten Zusammensetzung der Legierung.
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Es ist bekannt, Magnesium-Silicium-Legierungen, die auch Calcium und
Eisen enthalten, in der Weise herzustellen, daß zunächst Ferrosilicium-Calcium-Silicium-Gemische
im Graphitstabofen oder Lichtbogenofen erschmolzen werden. Die flüssigen Legierungen
werden dann in einen Tiegel aus kohlenstoffhaltigem Material übergeführt und das
Magnesium in die Schmelze eingeführt. Dabei entsteht durch das Lösen des Magnesiums
meist ein Temperaturabfall der Schmelze, der das Entleeren des Tiegels erschwert
und weitere Nachteile zur Folge hat. Auch ist das Einlegieren des Magnesiums in
die flüssige Siliciumlegierung trotz aller Vorsichtsmaßnahmen nicht ungefährlich.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese Schwierigkeiten vermeiden kann
und daß es möglich ist, jede Oualität von homogenen Magnesium-Silicium-Legierungen
mit mindestens 1511/o Silicium, die außer Calcium und Eisen z. B. noch Nickel, Kupfer,
Mangan, Aluminium und Seltene Erdmetalle enthalten können, auf einfache Weise mit
sehr guten Metallausbeuten und treffsicher herzustellen, wenn hierfür ein Induktionsofen
mit einem an sich bekannten, vorwiegend aus Kohlenstoff bestehenden oder mit Kohlenstoffzuschlägen
hergestellten Tiegelmaterial verwendet wird. Der Tiegel des Induktionsofens besteht
dabei aus Kohlenstoffstampfmasse, Graphit oder Kohlensteinen, ebenso wie auch Graphittontiegel
verwendet werden können. Dieses für die Herstellung von Magnesium-Silicium-Legierungen
an sich bekannte Tiegelmaterial hat den Vorteil, daß es nicht angegriffen wird,
wofür eine besonders große Gefahr besteht, da die Oxyde der Legierungsmetalle im
allgemeinen zu den Stoffen gehören, aus denen die Ofenwandungen von üblichen Schmelzöfen
hergestellt sind. Durch Reaktion der Bestandteile der Schmelze mit der Ofenwandung
kann es daher leicht zur Bildung von Schlacken kommen, wodurch nicht nur die erstrebte
Legierungszusammensetzung erschwert, sondern auch das Ofenfutter vorzeitig zerstört
worden ist. Bei der Verwendung eines Tiegels aus kohlenstoffhaltigem Material überzieht
sich im Laufe der Zeit der obere Teil des Tiegels, der nicht mit der flüssigen Schmelze
in Berührung kommt, mit einer Schicht von Oxyden, die ein Abbrennen dieser Teile
des Tiegels durch den Luftsauerstoff verhindern, andererseits aber die Legierungszusammensetzung
nicht stören.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zweckmäßig, so vorzugehen,
daß das Magnesium zusammen mit den Legierungspartnern aufgeschmolzen wird, wobei
das in fester Form vorgelegte Magnesium von den anderen Legierungspartnern überschichtet
wird, um einen Abbrand des Magnesiums und damit eine Ungenauigkeit in der beabsichtigten
Legierungszusammensetzung auszuschließen.
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Es kann auch zweckmäßig sein, das Magnesium zunächst im Induktionsofen
aufzuschmelzen und anschließend das flüssige Magnesium zuerst mit Calcium-Silicium
zu versetzen und in dem Maße, wie dies gelöst wird, Ferrosilicium und/oder Siliciummetall
ratenweise so zuzusetzen, daß die Oberfläche der Schmelze möglichst lange mit festem
Material bedeckt bleibt. Es zeigte sich nämlich, daß das geschmolzene Magnesium
von einer Temperatur von etwa 750° C in kurzer Zeit Siliciumlegierungen, z. B. 75
bis 90o/oiges Ferrosilicium oder Calcium-Silicium,
sowie Siliciummetall
in stückiger Form bei langsamer Temperatursteigerung völlig lösen kann. Dabei kann
es zweckmäßig sein, die festen Legierungsbestandteile bereits in vorgewärmter Form,
z. B. unter Ausnutzung der Abhitze, in den Ofen einzubringen, wodurch eine Herabsetzung
des spezifischen Stromverbrauchs erreicht wird.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bisher
üblichen Verfahren liegt darin, daß die Legierung bei einer Temperatur hergestellt
werden kann, die 200 bis 300° C tiefer liegt als bisher, nämlich bei höchstens 1200°
C. Der Lösevorgang geht völlig ruhig vor sich, wobei die Badbewegung im Induktionsofen
für die Verflüssigung von großer Bedeutung ist, da hierdurch die noch nicht gelösten
Teile umspült werden und damit eine völlige Homogenisierung herbeigeführt wird.
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Statt der bisher angegebenen Wege ist es auch möglich, magnesiumhaltige
Schmelzen dadurch herzustellen, daß das Magnesium im Induktionsofen in fester oder
flüssiger Form mit geschmolzenen Legierungsbestandteilen, z. B. Ferrosilicium, Calcium-Silicium
und/oder Siliciummetall; oder einem Gemisch dieser geschmolzenen Legierungsbestandteile
übergossen und anschließend homogenisiert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren treten erheblich geringere Abbrandverluste
an den Legierungsbestandteilen mit niedrigem Siedepunkt ein als bei der Anwendung
anderer Verfahren. Durch die Verwendung von wesentlichen Bestandteilen an Kohle
3 enthaltendem Tiegelmaterial ist eine ausreichende Wärmeübertragung gesichert,
wodurch eine überhitzung vermieden wird und ein erheblich geringerer Verschleiß
eintritt: Infolge der Homogenisierung der Schmelze durch den Induktionsstrom ist
es nicht mehr erforderlich, die Schmelze von außen zu rühren, wodurch die Rauchbelästigung
und Unfallgefahr erheblich vermindert wird. Legierungen, für die das erfindungsgemäße
Verfahren verwendet wird, wurden früher mindestens in zwei Öfen und in mehreren
Arbeitsgängen hergestellt. Durch die Möglichkeit, solche Legierungen in einem Arbeitsgang
in einem einzigen Ofen herzustellen, ist eine erhebliche Stromersparnis und damit
eine Vereinfachung und Verbilligung des Verfahrens erzielt worden.
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In allen Fällen, in denen unter Verwendung eine Induktionsofens mit
einem vorwiegend aus Kohlenstoff bestehenden oder mit Kohlenstoffzuschlägen hergestellten
Tiegel Legierungen der Zusammensetzung hergestellt werden, wie sie hier angegeben
sind, kann es zweckmäßig sein, daß ein Teil oder alle Legierungsbestandteile im
Induktionsofen durch Widerstandsheizung eingeschmolzen werden und daß die Schmelze
anschließend durch induktive Heizung homogenisiert wird.
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Es hat sich als günstig erwiesen, die Induktionsspule nicht in einer
durchgehenden Wicklung anzufertigen, sondern sie zu unterteilen und jeden Teil für
sich an den Transformator anzuschließen. Dadurch kann derjenige Teil des Tiegels,
der die meiste Energie aufzunehmen hat, stärker als die übrigen Teile des Tiegels
belastet werden.. Durch die Wahl in der Höhe der Frequenz des Heizstromes kann ein
entscheidender Einfluß auf die Heftigkeit der Badbewegung im Tiegel ausgeübt werden,
die für jede Legierungsart verschieden sein kann. Je stärker die Badbewegung im
Tiegel, desto größer ist die Gefahr der Oxydation durch Luftsauerstoff, je geringer
sie ist, desto langsamer der Löse- und Homogenisierungsvorgang.
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' _ Beispiel 91 kg Magnesium in Barren werden in den leeren vorgeheizten
Tiegel aus Kohlenstoffstampfmasse eingebracht und mit 40 kg CaSi und 170 kg grobstückigem
75%igem FeSi und 3,2 kg Cer-Mischmetall abgedeckt. Dann wird der Strom eingeschaltet
und der Tiegelinhalt innerhalb von 40 bis 45 Minuten zusammengeschmolzen, wobei
die Temperatur nicht über 1250° C ansteigen soll. Nach Verflüssigung des Tiegelinhaltes
wird bei verminderter Strombelastung 5 Minuten homogenisiert und anschließend nach
Abschaltung des Stromes der Ofen durch Kippen entleert.