DE19747002A1 - Verfahren zum Betreiben eines Magnesiumschmelzofens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Magnesi­ umschmelzofens, wobei das zu schmelzende Material in einer ersten Kam­ mer geschmolzen und danach einer zweiten Kammer zugeführt wird, um letztlich in eine dritte Kammer zu gelangen, von wo aus die Entnahme der Schmelze erfolgt.

Ein entsprechend aufgebauter Magnesiumschmelzofen ist durch die DE 44 39 214 A1 bekanntgeworden. Der Magnesiumschmelzofen weist mehrere Kammern auf. Einer Schmelzkammer wird das zu schmelzende Material durch einen unter die Schmelzbadoberfläche eintauchenden Chargier­ schacht zugeführt. Durch einen im unteren Drittel einer Trennwand befindli­ chen Durchlaß tritt die Schmelze langsam in eine weitere Kammer über, um danach durch einen im unteren Drittel einer zweiten Trennwand befindlichen zweiten Durchlaß in eine Dosierkammer zu gelangen. Dieser kann die Schmelze mittels einer Dosierpumpe über ein Überführungsrohr entnommen werden.

Zur Vermeidung von Oxidationsreaktionen wird ein einen SF₆(Schwefelhexafluorid)-Anteil enthaltendes Schutzgas verwendet. Eine Trennung der Räume über den Kammern ermöglicht unterschiedliche SF₆- Anteile über den Schmelzen in den Kammern. Bei einem Ausführungsbei­ spiel ist im Raum über der Schmelze der ersten Kammer ein Schutzgas mit einem höheren SF₆-Anteil als in dem Raum über der Schmelze in der zwei­ ten Kammer vorhanden. Der SF₆-Anteil wird nur dort relativ hoch gewählt (0,5%), wo eine solch hohe Konzentration erforderlich ist. Über der zweiten Kammer und ggf. weiteren Kammern beträgt der SF₆-Anteil nur 0,2 bis 0,3 %. Dies verringert die Korrosionswirkungen der sich aus SF₆ bildenden Schwefelsäure in diesen Kammern, was zu einer höheren Lebensdauer des Schmelzofens führt.

Eine weitgehende Reduzierung der Verwendung von SF₆ ist auch aus ande­ ren Gründen geboten. Die hohe Affinität des Magnesiums zu Sauerstoff er­ fordert einen speziellen Oxidationsschutz beim Schmelzen und Gießen von Magnesiumlegierungen. Die entsprechenden Maßnahmen zielen darauf ab, zwischen den Sauerstoff der Ofenatmosphäre und die Badoberfläche eine Art Isolationsschicht zu bringen, die eine mögliche Reaktion unterbindet. Die Ausbildung einer sehr dünnen, aber hochwirksamen, passiven Oberflächen­ schutzschicht auf der Schmelze ergibt sich bei Anwendung der Schutzgase SF₆ (Schwefelhexafluorid) oder SO₂ (Schwefeldioxid). Die Schutzgase, die über dem Schmelzbad die Gießtemperatur von rund 700°C annehmen, ver­ lieren an relativer Dichte und zeigen Zerfallserscheinungen, wodurch letzt­ lich die Reaktionsträgheit abgebaut wird. Gelangt SF₆ in die Atmosphäre, so hat es eine ausgesprochen schädliche Wirkung. Gegenüber einem weiteren für den Einsatz beim Magnesiumschmelzofen denkbaren Schutzgas, näm­ lich CO₂, hat SF₆ eine ca. 24 000fache Wirkung bezüglich seines vermute­ ten Erderwärmungspotentials.

Von daher ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Magnesiumschmelzofens aufzuzeigen, welches es erlaubt, auf den Einsatz von SF₆ gänzlich zu verzichten.

Erfindungsgemäß gelingt dies durch eine Verfahrensweise, wie sie im Pa­ tentanspruch 1 angegeben ist. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Aus­ gestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahrensweise dar.

Aus der schematischen Darstellung eines Magnesiumschmelzofens 1 in der Figur geht hervor, daß dieser aus insgesamt drei Kammern aufgebaut ist, nämlich einer Chargier- bzw. Schmelzkammer 2, einer Zwischenkammer 3 und letztlich einer Dosierkammer 4. Ähnlich dem eingangs beschriebenen Magnesiumschmelzofen gemäß der DE 44 39 214 A1 erfolgt über eine obenseitige Öffnung 5 in der Schmelzkammer 2 die Zufuhr des Magnesi­ umausgangsmaterials, das z. B. relativ reines Magnesium-Rohmaterial in Form von Masseln sein kann. Über eine im unteren Abschnitt offene, eine Durchtrittsöffnung 7 aufweisende Trennwand 6 gelangt die über geeignete Heizungen (nicht gezeigt) auf ca. 650°C erhitzte Schmelze in die Zwischen­ kammer 3. Dort wird in einer zweiten Erhitzungsstufe über geeignete weitere Heizungen die Schmelze auf einen Temperaturbereich von 650 bis 700°C erhitzt. Zwischen der Zwischenkammer 3 und einer nachgeschalteten Do­ sierkammer 4 ist wiederum eine im unteren Bereich für den Schmelzen­ durchtritt offene Trennwand 8 vorgesehen, wobei ein schräg gestellter Wandabschnitt 9 nur einen von unten nach oben gerichteten Schmelzenfluß 10 zuläßt.

In der dritten Kammer, der Dosierkammer 4, wird die Schmelze durch ent­ sprechend dieser Kammer zugeordnete weitere Heizungen auf die Endtemperatur von ca. 700°C erhitzt, so daß sie über ein angeschlossenes Steigrohr 11 einer Gießmaschine zugeführt werden kann. Am Steigrohr 11 liegt Unterdruck an, da die Gießmaschine vorzugsweise nach dem von der Firma Maschinenfabrik Müller-Weingarten AG, D-Weingarten, entwickelten Vakuum-Druckgießverfahren (Vacural®) arbeitet.

Während die Zwischen- und die Dosierkammer 3, 4, abgesehen von zuge­ ordneten Be- und Entlüftungsventilen 12, 13, eine geschlossene Abdeckung 14 aufweisen, ist die Schmelzkammer 2, wie bereits erwähnt, mit einer obenseitigen Öffnung 5 ausgestattet. Die relativ geringe Schmelzentempera­ tur und die damit verbundene erhöhte Reaktionsträgheit des Magnesiums in der Schmelzkammer 2 erlauben es, wie Arbeiten bei der Anmelderin gezeigt haben, anstatt mit SF₆ vorzugsweise nur mit reinem CO₂ zu begasen.

Da die Zwischen- und die Dosierkammer 3, 4 gasdicht verschlossen sind, kann kein Sauerstoff eindringen, der ansonsten zur Oxidation des Magnesi­ ums führen würde. Die Be- und Entlüftungsventile 12, 13 dienen der Be- und Entlüftung für den Fall, daß der Flüssigkeitsspiegel verändert werden soll. Dies wird notwendig, wenn z. B. der Magnesiumschmelzofen 1 neu befüllt wird, aber auch für den Fall, daß eine der Kammern 3, 4 undicht wird und langsam Gas eindringen sollte. Über die Ventile 12, 13 kann dann wieder entlüftet werden (der Pegel der Schmelze steigt an).

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben eines Magnesiumschmelzofens, wobei das zu schmelzende Material in einer ersten Kammer geschmolzen und danach einer zweiten Kammer zugeführt wird, um letztlich in eine dritte Kammer zu gelangen, von wo aus die Entnahme der Schmelze erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das zu schmelzende Material in Fließrichtung in den einzelnen Kammern (2, 3, 4) stufenweise auf höhere Temperaturen gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schmelzentem­ peratur in der ersten Kammer (2) von ca. 650°C, in der zweiten Kammer (3) von ca. 650 bis 700°C und in der dritten Kammer (4) von ca. 700°C.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die erste Kammer (2) begast wird, vorzugsweise mit CO₂.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Kammer (3, 4) gasdicht verschlossen und ausschließlich über Be- und Entlüftungsventile (12, 13) beaufschlagbar sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze aus der dritten Kammer (4) über ein unter Unterdruck stehendes Steigrohr (11) entnommen wird.