DE19963298A1 - Verfahren und Flussmittel zur Reinigung geschmolzener Aluminiumlegierungen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Reinigung von geschmolzener Al-Legierung und ein halogenfreies Flußmittel zur Reinigung von geschmolzener Al-Legierung, welche die Reinigung, wie Entfernung von Gas und Einschlüssen, in einem hohen Maß ermöglichen und nicht das Problem aufweisen, daß das Flußmittel in der geschmolzenen Al-Legierung verbleibt, wobei ein reinigendes Flußmittel in eine durch Schmelzen eines Al-Rohstoffs erhaltene geschmolzene Al-Legierung zur Reinigung der Schmelze injiziert wird, danach einer Form zugeführt wird und sodann die Al-Legierung gegossen wird, werden bereitgestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird Alaun als reinigendes Flußmittel verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung einer Schmelze aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (nachstehend als Al-Legierung bezeichnet) und ein Flußmittel zur Reinigung einer Schmelze einer Al-Legierung (d. h. einer geschmolzenen Al-Legierung).

Bekanntlich werden Al-Legierungsprodukte, wie Folien und Platten, Form­ teile, Vorziehdraht oder Stäbe, durch plastische Bearbeitung von Al-Legierungs­ rohlingen, wie Walzen (Heißwalzen oder Kaltwalzen), Extrusion oder Schmieden hergestellt.

Bei dem Schmelz- oder Gießschritt für die Al-Legierungsrohlinge wird gewöhnlich ein Al-Rohstoff (ein Al-Grundmetall, Ausschuß von Al-Legierungs­ produkten oder dergleichen) in einem Schmelzofen geschmolzen und dann Komponenten der Schmelze zur Reinigung der geschmolzenen Al-Legierung eingestellt. Das Reinigen dieser geschmolzenen Al-Legierung (die nachstehend als geschmolzenes Al bezeichnet werden kann) ist ein Verfahren zur Reinigung der Schmelze, das beispielsweise die Schritte Injektion von Chlorgas oder eines auf Chlor basierenden Flußmittels zusammen mit einem Inertgas als Trägergas in die Schmelze, Entfernen von Gaskomponenten aus der Schmelze oder Umwan­ deln von Einschlüssen darin zu Schlacke und Entfernen der Schlacke von der Oberfläche des geschmolzenen Al umfaßt. Das gereinigte, geschmolzene Al wird aus dem Schmelzofen mit oder ohne seine Durchleitung durch einen Warmhalte­ ofen über entsprechende Gießrinnen einer Form zugeführt. Wenn die gereinigte Al-Schmelze durch die Gießrinnen abfließt, werden die Einschlüsse außerdem mit einem an der Gießrinne befestigten Filter oder einem unmittelbar vor der Form befindlichen Filterkasten gefiltert. In einer solchen Weise wird die gereinigte Al- Schmelze der Form zugeführt und zu einem Al-Legierungsrohling gegossen.

Das Gas, wie Wasserstoffgas, wird in der Schmelze durch Chlorgas gemäß nachstehendem Mechanismus entfernt. In die Schmelze injiziertes Cl₂ wird mit geschmolzenem Al zu AlCl₃ umgesetzt. Dieses erzeugte AlCl₃ sublimiert aus dem Feststoff zu Gas unter Umwandlung zu Glasbläschen, die kleiner sind als die injizierten Cl₂-Gasbläschen. Der Partialdruck von H₂ in den Gasbläschen ist im wesentlichen Null. Das H₂-Gas in der Schmelze gelangt daher durch Diffusion und Partialdruckgleichgewicht von der Schmelze in die AlCl₃-Gasbläs­ chen. Die feinen AlCl₃-Gasbläschen schwimmen an die Oberfläche der Schmelze und verflüchtigen sich unter Entfernung von H₂ aus der Schmelze.

Die Entfernung der Einschlüsse in der Schmelze erfolgt durch gegenseitige Anhaftung zwischen den AlCl₃ Gasbläschen und dem Einschluß. Die gegenseitige Anhaftung beruht auf dem Phänomen, daß AlCl₃-Gasbläschen an den Einschlüs­ sen haften und kleinere Einschlüsse an den AlCl₃-Gasbläschen haften.

Aufgrund der Gefährlichkeit von Chlorgas und dessen Beitrag zur Dioxin­ erzeugung wurde allerdings in jüngster Zeit das nachstehende Verfahren einge­ setzt: nämlich ein Verfahren zur Injektion eines Flußmittels auf Chlorbasis zu­ sammen mit einem Inertgas als Trägergas anstelle von Chlorgas in das geschmol­ zene Al zur Förderung der Entfernung von Gas und Schlacke aus der Schmelze.

In dem Fall, in dem die Hauptsubstanz für die Reinigungsbehandlung zur Entfernung von H₂-Gas und Einschlüssen aus der Schmelze Chlorgas war, wurde das bei der Reinigung verwendete Flußmittel bislang als Ersatz für Chlorgas verwendet und wurde hauptsächlich verwendet, um die Entfernung des Gases oder die Entfernung der Schlacke von der Schmelzenoberfläche nach der Entfer­ nung der Einschlüsse aus der Schmelze zu fördern. Der Schritt zur Entfernung von Schlacke erfolgt in Anbetracht des Nachstehenden. Bei der Reinigung erzeugte, Oxide enthaltende Verunreinigungen schwimmen an die Schmelzen­ oberfläche und liegen als Schlacke vor. Wenn die Reinigung fortschreitet, erhöht sich die Schlackenmenge. Wenn die Schlacke, wie sie ist, belassen wird, löst sich die Schlacke wieder in der Schmelze oder wird in die Schmelze aufgenom­ men, so daß die Schlacke die Schmelze verschmutzen kann. Der Schritt zur Entfernung von Schlacke erfolgt zur Entfernung dieser Schlacke aus der Schmel­ ze oder dem Schmelzofen. Als ein solches Flußmittel zur Entfernung der Schlacke offenbart die Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift (JP-A) Nr. 61-243136 ein Gemisch von Flußmittel, welches als Hauptkomponenten ein Chlorid, wie KCl, und ein Fluorid, wie AlF₃, und als Verbrennungsverbesserungs­ mittel zum Erhitzen Sulfat, wie Kaliumsulfat, Carbonat oder Nitrat umfaßt. Bei diesem Flußmittel werden 20-50 Gewichtsteile des Verbrennungsverbesserungs­ mittels zu 100 Gewichtsteilen der Hauptkomponenten gegeben. Die Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift 1-123035 offenbart ein Flußmittelgemisch, umfassend als Hauptkomponente KCl und ein Verbrennungsverbesserungsmittel zum Erhitzen, Kaliumsulfat, Kaliumnitrat und Al-Zerstäubungspulver.

Der Grund, warum diese Flußmittel Gemische oder Verbundstoffe sind, die das vorstehend genannte Chlorid umfassen, wird nun erläutert. Der Schmelz­ punkt (Zersetzungspunkt) der Chloride, die Hauptkomponenten für die Reini­ gungsbehandlung zur Entfernung von Gas, wie H₂, und Einschlüssen aus dem geschmolzenen Al darstellen, ist höher als jener des geschmolzenen Al. Auch wenn die Chloride einzeln in das geschmolzene Al injiziert werden, werden sie daher nicht leicht zersetzt, so daß das geschmolzene Al nicht effizient gereinigt werden kann. Aus diesem Grund wird die Zugabe des vorstehend genannten Fluorids oder dergleichen zu dem Chlorid übernommen, um ein Gemisch oder Verbundstoffe zu erzeugen, die einen geringeren Schmelzpunkt aufweisen. Aufgrund dieser Vorgehensweise werden das Gemisch oder die Verbundstoffe leicht in der Schmelze zersetzt. Es wird auch eine Vorgehensweise angewendet, bei der Al-Pulver oder dergleichen zugesetzt wird, so daß Wärme für eine ein­ fache Zersetzung erzeugt wird.

Diese das vorstehend genannte Chlorid enthaltenden Flußmittel weisen weniger ernsthafte Probleme als Chlorgas auf. Es besteht jedoch das Problem, daß das Chlorid sich unter Erzeugung von Chlorgas zersetzt. Somit wird zur Reinigung ein Flußmittel, das nicht auf Halogenen beruht, gefordert. Als ein solches Flußmittel, das nicht auf Halogen beruht, offenbart die Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 7-207358 ein Flußmittelgemisch, umfassend als Hauptkomponente Kaliumsulfat (K₂SO₄), wozu Lithium (Li)- oder Magnesium (Mg)-Verbindung gegeben wird, um den Schmelzpunkt des Sulfats zu senken.

In der Japanischen Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 7-207358 wird Kaliumsulfat, Lithiumborat oder dergleichen zur Dehydrierung verwendet. Der Schmelzpunkt von Kaliumsulfat oder Lithiumborat ist allerdings höher als jener von Aluminium, daher ist es selbstverständlich, daß die Umsetzung für die Dehydrierung als Gas-Fest-Reaktion fortschreitet, so daß der Wirkungsgrad der Dehydrierungsreaktion abnimmt. Um den Schmelzpunkt von Kaliumsulfat oder Lithiumborat zu senken, wird daher ein Flußmittelgemisch, zu dem Lithiumsulfat, Magnesiumsulfat oder dergleichen gegeben wurde, verwendet. Das Flußmittelge­ misch mit einem verminderten Schmelzpunkt wird in der Schmelze geschmolzen, so daß das Flußmittel in den flüssigen Zustand überführt wird. In dieser Weise schreitet die Umsetzung in der Flüssigkeit mit Wasserstoff in der Schmelze als Gas-Flüssig-Reaktion fort. Der erzeugte Wasserstoff wird zur Ausführung von Dehydrierung in den gasförmigen Zustand überführt oder als Schlacke entfernt. Bei diesem Stand der Technik wird der Anteil an Kaliumsulfat vorzugsweise auf 60-99 Gewichtsprozent eingestellt. Dies beruht auf nachstehendem Grund. Zum Zeitpunkt der Injektion des Flußmittelgemisches, dessen Schmelzpunkt auf etwa die Temperatur des geschmolzenen Al fällt, zusammen mit einem Inertgas als Träger in die Schmelze, ist es erforderlich, Schmelzen des Flußmittels an der Spitze der Injektionsdüse und das Füllen bzw. Verstopfen in der Düse zu verhin­ dern.

Dieses zur Reinigung eingesetzte, nicht auf Halogen basierende Flußmittel ermöglicht die Verhinderung der vorstehend genannten Probleme bei der Ver­ wendung von Chlor oder Chlorid. Es bleibt jedoch ein Problem, daß gemäß diesem Flußmittel die wichtige Wirkung der Reinigung, wie die Entfernung von H₂-Gas oder von Einschluß aus der Schmelze mangelhafter ist als bei der Zugabe von Chlor oder Flußmittel auf Chloridbasis.

Außerdem werden auf dem Gebiet der Al-Legierungsprodukte Forderungen wie nachstehende immer dringlicher: die Oberflächeneigenschaften (wie Ober­ flächenebenheit und Oberflächenrauhigkeit) von Al-Legierungsprodukten zur Verwendung als elektrische Teile oder Elektroteile, wie ein Plattensubstrat für eine Magnetplatte, eine Druckplatte oder eine lichtempfindliche Trommel, und Eigenschaften (wie Festigkeit, Formvermögen oder Korrosionsbeständigkeit) von Al-Legierungsprodukten zur Verwendung als Verpackungsbehälter, wie eine Dose, Transportvorrichtungen, wie ein Kraftfahrzeug oder Flächengebilden (fabrics). Hierbei wird es daher immer erforderlicher, in einem großen Ausmaß Verunreinigungen, wie H₂, und Einschlüsse in Al-Legierungsrohlingen zu ver­ mindern.

Das Schmelzen von Al-Rohstoffen verschiebt sich im Hinblick auf das gesellschaftliche Erfordernis der Bereitstellung des Recyclingsystems für Aus­ schuß von Al-Legierungsprodukten von üblichem Al-Grundmaterial zu Ausschuß von Al-Legierungsprodukten. Im Ergebnis stammen 100% von Al-Rohstoff oftmals von Ausschuß. In den Fällen jedoch, in denen Al-Produkte zu Ausschuß (Abfall) werden, steigt die Menge an verunreinigenden Elementen oder Gaskom­ ponenten, wie H₂, die in dem Ausschuß enthalten sind, unvermeidlich an, auch wenn der Ausschuß einer Vorbehandlung unterzogen wurde. In der vorliegenden Situation wird der Ausschuß von Al-Legierungsprodukten daher als Schmelzroh­ stoff nur für Gießprodukte verwendet. Der Ausschuß wird teilweise als Schmelz­ rohstoff für Formungsprodukte (Dehnung und Streckung), wie Folien, Bleche und Formgegenstände, verwendet, die durch Walzen, Extrusion oder dergleichen hergestellt werden. Um die Verwendung des Ausschuß von Al-Legierungs­ produkten als hauptsächlichen Schmelzrohstoff für Verformungsprodukte ein­ zusetzen, wurde es erforderlich, die Verunreinigungen, wie H₂, und die Ein­ schlüsse in den Al-Legierungsrohlingen zu vermindern. Wenn die Verminderung der Verunreinigungen möglich wird, wird ein vollständiges Wiederaufbereitungs­ system für Ausschuß von Al-Legierungsformprodukten bereitgestellt, bei dem der Ausschuß des Al-Legierungsformprodukts als ein Schmelzrohstoff von Al- Legierungsprodukten verwendet wird. Somit ist die gesellschaftliche Bedeutung von hohem Rang.

Aufgrund der vorliegenden Situation wurde ein reinigendes und nicht auf Halogen beruhendes Flußmittel, welches der vorstehend genannten Notwendig­ keit entspricht und einen Reinigungswirkungsgrad ähnlich jenem von Chlor oder Flußmittel auf Chloridbasis aufweist, auf dem Gebiet der Reinigung von Al- Legierungen nicht praktisch verwirklicht. Wenn Reinigung zur Entfernung von Gas oder Einschlüssen in einem hohen Ausmaß auszuführen versucht wird, war es bislang unvermeidlich, Chlor oder Chloridflußmittel zusammen mit dem bestehenden Flußmittel auf Nicht-Halogen-Basis zu verwenden.

Aus diesem Grunde schlagen die Erfinder in der Japanischen Patentanmel­ dung Nr. 10-125978 zur Entfernung von Gas und Schlacke aus geschmolzenem Aluminium ein nur aus Kaliumsulfat bestehendes Flußmittel als reinigendes Fluß­ mittel vor. Der Gegenstand jener Erfindung liegt darin, daß das Flußmittel kein Gemisch oder Verbundflußmittel ist, zu dem zur Senkung des Schmelzpunktes von Kaliumsulfat eine Verbindung, wie eine Verbindung von Li oder Mg, gegeben wird, jedoch ein Flußmittel darstellt, das nur aus Kaliumsulfat besteht, wodurch die Entfernung von Gas und Einschlüssen aus geschmolzenem Al in hohem Maße, das heißt eine ausreichende Reinigung von geschmolzenem Al, erfolgt.

Wenn jedoch dieses Flußmittel auf Nicht-Halogen-Basis zusammen mit einem Inertgas als Trägergas in das geschmolzene Al injiziert wird, um dieses Flußmittel zur tatsächlichen Reinigung des geschmolzenen Al anzuwenden, entsteht ein Problem, indem eine geringe Menge Kaliumsulfat in der Schmelze verbleibt. Das heißt, das Reinigungsvermögen von Kaliumsulfat, Gas und Ein­ schlüsse zu entfernen, ist hoch, jedoch zersetzt sich ein Teil des geschmolzenen, in geschmolzenes Al injizierten Kaliumsulfats nicht und verbleibt in der Schmelze. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Zersetzungstemperatur von Kaliumsulfat oder die Sublimationstemperatur etwas höher als die Temperatur des geschmol­ zenen Al ist.

Wenn das in der Schmelze verbliebene Kaliumsulfat in einen Rohling gelangt, wird das Kaliumsulfat zu einem Einschluß, der die Sauberkeit und Qualität des Rohlings vermindert. Wenn die Temperatur der Schmelze jedoch angehoben wird oder die Schmelze für einen längeren Zeitraum nach der Zugabe des Kaliumsulfats gerührt wird, zersetzt sich das verbliebene Kaliumsulfat und verschwindet.

In Anbetracht der Wirtschaftlichkeit und der Energieersparnis ist es jedoch wesentlich, daß in den Schritten Schmelzen, Reinigen und Gießen von Al-Legie­ rung die Temperatur der Schmelze nicht angehoben wird oder die Reinigungszeit nicht verlängert wird. Es ist daher schwierig, Kaliumsulfat als ein reinigendes Flußmittel praktisch einzusetzen, da das Problem, daß Kaliumsulfat in der Schmelze verbleibt, besteht.

Im Hinblick auf solche Situationen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flußmittel, das nicht auf Halogen basiert, bereitzustellen, das es ermöglicht, beim Reinigen Gas und Einschlüsse in hohem Maß zu vermindern oder zu entfernen, und das nicht das Problem aufweist, daß das Flußmittel in der Schmelze verbleibt, und ein Verfahren zur Reinigung von geschmolzener Al- Legierung unter Verwendung dieses Flußmittels bereitzustellen.

Zur Lösung der Aufgabe besteht der Gegenstand des Verfahrens zur Reinigung von geschmolzener Al-Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß beim Zeitpunkt der Zugabe eines reinigenden Flußmittels zu der durch Schmelzen eines Al-Rohstoffs erhaltenen Al-Legierung zur Reinigung der Schmel­ ze und anschließend Gießen der Al-Legierung, Alaun als reinigendes Flußmittel verwendet wird.

Der Gegenstand des Flußmittels zur Reinigung von geschmolzener Al- Legierung ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein reinigendes Flußmittel zur Entfernung von Gas und Schlacke, wobei das Flußmittel hauptsächlich aus Alaun besteht.

Als Flußmittel auf Nicht-Halogen-Basis zur Reinigung untersuchten die Erfinder Stoffe, die eine Sublimationstemperatur geringer als jene Temperatur des geschmolzenen Al aufweisen und die eine ausgezeichnete Wirkung zur Entfer­ nung von Gas und Schlacke besitzen. Im Ergebnis fanden sie, daß Alaun den vorstehend genannten Flußmitteleigenschaften genügt. Alaun wird in breitem Maße als Feuchtigkeitsabsorptionsmittel, Lebensmittelzusatz zur Verbesserung des Farbtons von Lebensmitteln, wie Pickels, Konservierung derselben oder zur Verhinderung ihrer Verfärbung, als Fixiermittel auf dem Gebiet der Fotografie, als Ledergerbmittel, als Anmischung für Beton, als Wasserreinigungsmittel, Arznei­ mittel, Kosmetikum, Pigment, Deodorant, künstlicher Edelstein, neue Keramiken oder dergleichen verwendet.

Alaun ist ein allgemeiner Begriff für Doppelsalze von Sulfaten eines drei­ wertigen Metalls (R³) und eines einwertigen Metalls (R¹), wiedergegeben durch die allgemeine Formel, wie R³R¹(SO₄)₂.nH₂O (n = 12, 10, 6, 4, 3, 2 oder 0) oder R¹[R³(H₂O)₆](SO₄)₂.nH₂O. Das dreiwertige Metall (R³) kann Al, Fe oder Cr sein. Das einwertige Metall (R¹) kann K, NH₄ oder Na sein. Typische Beispiele von Alaun sind Kaliumalaun (AlK(SO₄)2.nH₂O) und Ammoniumalaun (AlNH₄(SO₄)2.nH₂O). Ammoniumalaun zersetzt sich thermisch zu Al-Oxid (Al₂O₃). Somit wird es für künstlichen Edelstein oder für neue Keramiken verwendet.

Alaun hat die Eigenschaft, daß es bei Erwärmen SO_x, wie schwefelige Säure-Gas (SO) oder SO₂, bei etwa 650°C zu emittieren beginnt, was unterhalb der Temperatur der geschmolzenen Al-Legierung liegt, und erhitzt auf etwa 950°C die thermische Zersetzung beendet und Al-Oxid erzeugt, obwohl die Einzelheiten für diese Eigenschaft allerdings in Abhängigkeit von den Alaunarten unterschiedlich sind. Bei der Erwärmungstemperatur von 400-500°C beispiels­ weise emittieren Ammoniumalaun und Kaliumalaun Ammoniumsulfat bzw. Kaliumsulfat.

Das emittierte Sulfat oder das emittierte SO_x-Gas setzt sich mit Wasser­ stoff in geschmolzenem Al um und weist Dehydrierungsfunktion auf. Die Tempe­ ratur der geschmolzenen Al-Legierung beträgt etwa 700°C. Bei Temperaturen unterhalb der Temperatur der Schmelze emittiert Alaun als zu der Schmelze zugesetztes oder injiziertes Flußmittel Sulfat oder SO_x-Gas, wie SO₂. Rauch (Teilchen) des Sulfats oder SO_x-Gases wird in der Schmelze in Form einer Fest­ stoff-Gas-Reaktion oder Gas-Gas-Reaktion mit Wasserstoff umgesetzt. Durch Gasbildung der erhaltenen Wasserstoffverbindungen oder Entfernen der Verbin­ dungen als Schlacke aus der Schmelze kann Wasserstoff aus der Schmelze entfernt werden. Weiterhin wird die Änderung von Einschlüssen zu Schlacke gefördert und die Entfernung der Schlacke von der Oberfläche der Schmelze wird ebenfalls gefördert. Diese Wirkungen der Reinigung der Schmelze werden er­ zeugt.

Nachstehend wird eine speziellere Wirkung erläutert. Das erzeugte SO_x- Gas diffundiert sofort in das geschmolzene Al durch die Blasenwirkung eines Inertgases, so daß Gasblasen des SO_x H₂-Gas in der Schmelze durch Diffusion und Partialdruckgleichgewicht aufnehmen. Die feinen SO_x-Gasbläschen schwim­ men an die Oberfläche der Schmelze und verflüchtigen sich. Die Einschlüsse in der Schmelze schwimmen durch die Blasenwirkung oder Flotationswirkung des erzeugten SO_x-Gases oder des Inertgases vom Inneren der Schmelze zu deren Oberfläche.

Der erzeugte Rauch diffundiert sofort in die Schmelze, so daß der Rauch in Form einer Gas-Feststoff-Reaktion mit Wasserstoff umgesetzt wird. In dieser Weise wird eine Wasserstoffverbindung erzeugt oder das Alaun wird unter Erzeugung von SO_x-Gas zersetzt, so daß der Rauch den gleichen Effekt der Entfernung von Gas und Einschlüssen wie das erzeugte SO_x zeigt. Solche kombi­ nierten oder synergetischen Wirkungen rufen daher eine Verstärkung in der Wirkung der Entfernung von gasförmigen Komponenten, wie H₂, in der Schmelze und insbesondere von Einschlüssen von Oxiden hervor.

Die emittierten Sulfate und das SO_x weisen hinsichtlich der Entfernung von Schlacke keinen geringeren ausgezeichneten Effekt als das übliche Kalium­ sulfat oder Flußmittel auf Chloridbasis auf. Das heißt, Alaun als Flußmittel weist Schlacken entfernende Wirkung bei Verringern der Benetzbarkeit zwischen geschmolzenem Aluminium und Schlacke in der Oberflächenschicht des ge­ schmolzenen Al unter Förderung der Trennung der beiden auf. Diese Wirkung wird durch Oxidation von Al, das in geringem Maße in der Schlacke einge­ schlossen ist, hervorgerufen. Die Oxidation erfolgt durch exotherme Reaktion des Alauns. Diese Wirkung wird weiter verstärkt unter Erzeugung einer stärkeren Reinigungswirkung des geschmolzenen Al.

Die Temperatur der Erzeugung von Al-Oxid, das eine Verunreinigung oder einen Einschluß darstellt, der für die Schmelze schädlich ist, beträgt etwa 950°C. Folglich ist die Erzeugungstemperatur weit höher als die Temperatur der geschmolzenen Al-Legierung, d. h. etwa 700°C. Im Ergebnis wird nach tatsächli­ cher Reinigung der Schmelze selten Al-Oxid erzeugt. Die Temperatur, bei der Sulfat oder SO_x-Gas emittiert wird, ist weit geringer als die Temperatur der geschmolzenen Al-Legierung, d. h. etwa 700°C, wie vorstehend beschrieben. Alaun wird bei dieser Temperatur der geschmolzenen Al-Legierung vollständig zersetzt. Alaun, das als Flußmittel zu der Schmelze gegeben oder injiziert wurde, verbleibt daher selten als Al-Oxid oder Sulfat in der Schmelze. Auch wenn Al- Oxid in der Schmelze erzeugt wird, sind die erzeugten Al-Oxid-Teilchen weitaus feiner als jene von Al-Oxid, das durch Kontakt des geschmolzenen Al mit der Atmosphäre erzeugt wird. Somit schwimmt das in der Schmelze erzeugte Al- Oxid durch die Bläschenwirkung oder den Aufschwemmeffekt des erzeugten SO_x-Gases oder des Inertgases leicht vom Inneren der Schmelze zu ihrer Ober­ fläche unter Förderung seiner Umwandlung zu Schlacke und Entfernen der Schlacke. Folglich verbleibt erzeugtes Al-Oxid selten in der Schmelze. Alaun als Flußmittel verbleibt daher nicht in der Schmelze und weist eine ausgezeichnete Wirkung zur Entfernung von Wasserstoff und Einschlüssen aus der Schmelze auf. Hinsichtlich Ammoniumalaun AlNH₄(SO₄).nH₂O kann allerdings NH₄ unter Erzeugung von Wasserstoff bei bestimmten Reinigungsbedingungen zersetzt werden und Rühren durch das Inertgas zur Entfernung von Wasserstoff aufgrund des restlichen Wasserstoffs in der Schmelze kann länger ausgeführt werden. Es ist daher bevorzugt, Kaliumalaun AlK(SO₄)₂.nH₂O zu verwenden, das keine solche Nebenwirkung wie vorstehend aufweist. Das in der vorliegenden Erfindung angeführte Alaun schließt nicht nur die vorstehend beschriebenen speziellen Beispiele ein, sondern auch alle Verbindungen, die in die Alaunklasse eingeordnet werden, Sulfat oder SO_x-Gas zur Dehydrierung emittieren und keine verbleibenden für die Schmelze schädlichen Verunreinigungen erzeugen.

Die Erfinder untersuchten Beispiele der Verwendung von Alaun. Alaun wird auf verschiedensten Gebieten in breitem Maße eingesetzt, jedoch fanden die Erfinder keine Beispiele, bei denen Alaun als Flußmittel zur Reinigung von geschmolzener Al-Legierung eingesetzt wird. Die zahlreichen Beispiele der Verwendung von Alaun sind Beispiele, bei denen verschiedene Eigenschaften des Alauns bei Raumtemperatur verwendet werden oder Alaun als Rohstoff verwendet wird, um Al-Oxid durch seine vollständige Zersetzung zu erhalten. Von diesen technischen Ideen, insofern man die Ideen nicht mit der Idee hin­ sichtlich der Reinigung von geschmolzener Al-Legierung kombiniert, ist es schwierig, den Gedanken der Verwendung der Hochtemperatureigenschaften von Alaun, insbesondere die Eigenschaft zu erkennen, daß Sulfat oder SO_x-Gas als Zwischenprodukt emittiert wird, bis Alaun unter Erzeugung von Al-Oxid vollständig zersetzt ist, und der Verwendung von Alaun als Flußmittel zur Reini­ gung von geschmolzener Al-Legierung zu entwickeln. Daher gäbe es keine Beispiele der Verwendung von Alaun, die sich mit der vorliegenden Erfindung befassen.

Die Bedeutung der betreffenden Erfordernisse der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Der Ausdruck "Alaun wird als Reinigungsflußmittel auf Nicht-Halogen- Basis verwendet und das Flußmittel besteht hauptsächlich aus Alaun" bedeutet in der vorliegenden Erfindung, daß nur Alaun (100% Alaun) verwendet wird oder Alaun in der Weise verwendet werden kann, daß Alaun(e) kombiniert oder mit anderem/n oder weiterem/n Flußmittel(n) kombiniert oder vermischt wird/werden.

Wie vorstehend beschrieben, weist das erfindungsgemäße Alaunflußmittel die Wirkung der Entfernung von Wasserstoff und Einschlüssen in der Schmelze und die Wirkung der Entfernung von Schlacke auf. Alaun selbst ist außerdem kostengünstiger als übliche Flußmittel. Bereits aufgrund dieser Eigenschaften kann Alaun allein verwendet werden. Zahlreiche reinigende Flußmittel weisen allerdings Funktionen auf, die von den Funktionen der Entfernung von Wasser­ stoff und Einschlüssen oder der Entfernung von Schlacke verschieden sind. Um den anderen Funktionen zu genügen, kann Alaun mit anderem/n oder weiterem/n Flußmittel(n) vereinigt oder vermischt werden.

Beispiele der anderen Flußmittel schließen (1) Sulfate, wie Kaliumsulfat (K₂SO₄), Natriumsulfat (Na₂SO₄), Calciumsulfat (CaSO₄) und Ammoniumsulfat, und die entsprechenden Carbonate und Nitrate als Flußmittel zur Entfernung von Wasserstoff und Einschlüssen in der Schmelze oder als Verbrennungsverbesserer zum Erhitzen, (2) Chlorid, wie KCl, und Fluorid, wie AlF₃, als Flußmittel zur Entfernung von Wasserstoff und Einschlüssen in der Schmelze, (3) zerstäubtes Al-Pulver und Nitrate, wie Kaliumnitrat, als Verbrennungsverbesserer zum Erhit­ zen, und (4) Lithium (Li)-Verbindungen, wie Lithiumborat, und Magnesium (Mg)- Verbindungen als Mittel zur Senkung des Schmelzpunkts von Sulfaten ein. Diese können in einer Menge von 10-90 Gewichtsprozent des in der vorliegenden Erfindung angeführten Alauns zur Bereitstellung eines Flußmittelgemisches zugegeben werden. Um die Erzeugung von Chlor zu verhindern, sollte allerdings die Verwendung von Chloriden, wie KCl, möglichst vermieden werden.

Die Injektions- oder Zugabemenge des Alaunflußmittels der vorliegenden Erfindung zu geschmolzenem Al wird auf der Basis der erforderlichen Reinigungs­ mengen wie entfernenden Mengen von Gas, Einschluß und Schlacke aus dem geschmolzenen Al entschieden. Um den Erfordernissen der Eigenschaften auf dem Gebiet der elektrischen Teile und Elektroteile, Transportvorrichtungen, wie Kraftfahrzeugen und Flächengebilden (fabrics), die Gebiete, auf denen Al-Legie­ rungsprodukte verwendet werden, darstellen, zu genügen, ist es bevorzugt, die Menge an H₂ in einem geschmolzenen Al-Rohling auf 0,25 cm³/100 g Al oder weniger einzustellen und die Menge an Oxideinschlüssen, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO) und Spinell (Verbundoxid von Mg und Al) auf 200 ppm oder weniger darin einzustellen. Die Menge der vorstehend genannten drei Arten Oxide, Al₂O₃, MgO und Spinell, sind mehr als die Menge der anderen Oxide in dem geschmolzenen Al. Die Messung der Menge der Drei-Typ-Oxide ist einfacher als die Messung der anderen Oxide. Daher bedeutet der Begriff "die Menge an Oxideinschlüssen" in der vorliegenden Erfindung die Gesamtmenge der Drei-Typ-Oxide, Al₂O₃, MgO und Spinell. Um Reinigung bei einem solchen Ausmaß auszuführen, ist es bevorzugt, daß die injizierte oder zugegebene Menge an Alaunflußmittel in geschmolzenem Al 1-0,01 Masse% auf das Gewicht des geschmolzenen Al beträgt. Wenn die injizierte oder zugegebene Menge des Alaunflußmittels weniger als 0,1 Masse% beträgt, können Gas und Einschlüsse nicht bis zu dem vorstehend genannten Maß entfernt werden. Wenn diese Menge mehr als 1 Masse% beträgt, ist die Reinigungswirkung nicht verbessert, so daß die Kosten für die Reinigung steigen. Daneben kann die Schmelze ver­ unreinigt werden.

Das Alaunflußmittel wird durch Injektion in die Schmelze, Aufsprühen auf die Oberfläche der Schmelze oder dergleichen zu der Schmelze gegeben. Die Injektion ist dasselbe Verfahren wie für übliche Reinigungsflußmittel. Es ist für die Reinigungswirksamkeit bevorzugt, Alaunpulver zusammen mit einem Inert­ gas, wie N₂- oder Ar-Gas, als Trägergas in das geschmolzene Al aus einer Düse oder einer Lanze, die in das geschmolzene Al eingesetzt ist, zu injizieren. Das Inertgas, wie N₂- oder Argongas, verursacht zusammen mit dem Träger für das Alaunflußmittel Blasen in der Schmelze, so daß der Reinigungseffekt von Alaun und das Aufschwemmen der Schlacke in der Schmelze gefördert werden. Das Inertgas spielt eine wichtige Rolle. Um die Blasenwirkung der Schmelze zu verstärken, ist es natürlich möglich, das Inertgas durch dieselbe Lanze wie für das Trägergas oder durch eine andere Lanze während oder nach der Injektion des Flußmittels zu injizieren. Neben einer solchen Injektion kann das Flußmittel auf die Oberfläche der Schmelze aufgesprüht werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur Verbesserung der Reinigungswirkung kann in geeigneter Weise ausgewählt werden.

Der bevorzugte Korndurchmesser oder die Korngröße des Alaunpulvers kann geeigneterweise ausgewählt werden. Alaun weist jedoch Feuchtigkeits­ absorption auf, daher ist es bevorzugt, Verstopfung der Injektion oder der Zugabe des Flußmittels, wie Füllen in die Lanze zum Injizieren des Flußmittels, zu verhin­ dern. Im Fall der Verwendung von Alaun, das Feuchtigkeit absorbiert hat, wird Wasser aus der absorbierten Feuchtigkeit in die Schmelze eingebracht und schäd­ licher Wasserstoff als Verunreinigung kann in der Schmelze verbleiben. Im Zu­ sammenhang mit diesem Punkt ist es bevorzugt, beispielsweise eine Maßnahme zur Erwärmung von Alaun unmittelbar vor seiner Verwendung und Trocknen desselben anzuwenden, um das Alaun im trockenen Zustand einzusetzen.

Reinigen der das erfindungsgemäße Alaunflußmittel enthaltenden Schmel­ ze wird vorzugsweise mindestens in einer Schmelzenoberfläche ausgeführt. Dies ist darin begründet, daß Reinigen einer beliebigen Schmelze, wie Injektion eines Flußmittels, bislang hauptsächlich in einem Schmelzofen ausgeführt wurde und der Schmelzofen eine Konstruktion oder einen Aufbau aufweist, der ein ein­ faches Reinigen und eine einfache Entfernung der Schlacke, die mit dem Reini­ gungsvorgang eine Einheit bildet, nach der Reinigung ermöglicht. Die vorliegende Erfindung weist daher den Vorteil auf, daß vorliegende Anlagen im Fall der Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Schmelzofen unverändert verwendet werden. Mit oder ohne Reinigung im Schmelzofen kann Reinigung unter Verwendung von Alaun als Flußmittel natürlich in einem Warmhalteofen oder in einer an den Schmelzofen anschließenden Rinne ausgeführt werden. In vielen Fällen haben der Warmhalteofen und die Gießrinnen ursprünglich keine Einrichtungen zur Reinigung oder zur Entfernung von Schlacke. Da es unnötig ist, solche Einrichtung neuerlich auszustatten oder vorliegende Einrichtungen, wie sie sind, verwendet werden, ist es vorteilhaft, das Reinigen in dem Schmelz­ ofen auszuführen.

Die Erfinder haben nachstehendes gefunden. Zum Zeitpunkt der Überfüh­ rung des gereinigten geschmolzenen Al von dem Schmelzofen zu einer Gießrinne und dann Injektion eines Inertgases in das geschmolzene Al, das durch die Gießrinne herabfließt, zur Entfernung von Gas (d. h. Ausführung von Gasentfer­ nungsreinigen) aus dem geschmolzenen Al nimmt der Wirkungsgrad des Gas­ entfernungsreinigung bei dem üblichen SNIF-Verfahren (Spinning Nozzle Inert Flotation) ab (das heißt, die Vorgehensweise der Anordnung eines Schmelzbeckens in Form eines überwölbten Abzugskanals an einer Gießrinne zur Verlänge­ rung der Reaktionszeit eines Inertgases und somit Senken der Strömungsge­ schwindigkeit der Schmelze und Injektion des Inertgases in das Schmelzbecken). Es wurde auch gefunden, daß die nachstehende Vorgehensweise eine größere Gas entfernende reinigende Wirkung hinsichtlich der Schmelze aufweist als das SNIF-Verfahren: die Vorgehensweise der Verwendung einer Gießrinne ohne Schmelzbecken in Form eines überwölbten Abzugskanals und Injektion zum Herabströmenlassen der Schmelze in inertem Gas im Bodenbereich der Gieß­ rinne.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Zeitpunkt der Überführung von geschmolzenem Al, das mit dem Alumini­ umflußmittel gereinigt wurde, aus dem Schmelzofen in eine Gießrinne und dann Zuführen des geschmolzenen Al durch die Gießrinne in eine Form, ein Inertgas in das aus der Gießrinne herabfließende geschmolzene Al injiziert, um Gas aus dem geschmolzenen Al zu entfernen.

Um dem Erfordernis zu genügen, daß die Menge an H₂ in einem Al-Legie­ rungsrohling 0,25 cm³/100 g Al oder weniger beträgt, ist die Menge an Oxid­ einschlüssen in der vorliegenden Erfindung 200 ppm oder weniger, geschmolze­ nes Al wird vorzugsweise Gasentfernungsreinigung unterzogen. Das heißt, es ist bevorzugt, das mit dem Alaunflußmittel gereinigte geschmolzene Al aus dem Schmelzofen mit oder ohne seinen Durchlauf durch einen Warmhalteofen in eine Gießrinne zu überführen und ein Inertgas (ohne ein Flußmittel) in die durch die Gießrinne herabfließende Schmelze zu injizieren, so daß die Schmelze Gas­ entfernungsreinigung unterzogen wird. Es ist bei der Reinigung der Schmelze in der Gießrinne von Bedeutung, daß das inerte Gas in die herabströmende Schmel­ ze durch die Gießrinne durch Einsetzen einer Lanze oder einem Rührgebläse (mit einer Gasdurchleitung) genau oberhalb der Schmelze in den Schmelzstrom, insbesondere in den unteren Teil davon, injiziert wird. Wenn das Inertgas in den unteren Teil des Schmelzstroms injiziert wird, wird das injizierte Inertgas sofort in vielen Richtungen in dem Schmelzenstrom diffundieren, beispielsweise in den oberen, seitlichen und schrägen Richtungen innerhalb des Schmelzstroms durch kinetische Energie des Schmelzstroms. Somit werden die Blasenwirkung und die Gasentfernungswirkung der Schmelze verstärkt. Das heißt, bei dem erfindungs­ gemäßen Gasentfernungsreinigungsverfahren ist der Schritt des Emittierens von Blasen aus inertem Gas, gefüllt mit H₂-Gas, aus der Schmelze durch Diffusion (d. h. der Schritt der Förderung der Materialbewegung) der geschwindigkeits­ bestimmende Schritt der Gasentfernungsreaktion.

Andererseits steigt gemäß dem üblichen SNIF-Vorgehen, das heißt der Vorgehensweise der Anordnung eines Schmelzbeckens in Form eines überwölb­ ten Abzugskanals und Injizieren eines Inertgases in die Schmelze, deren Strom in dem Schmelzbecken abgeschwächt wird, auch wenn das Inertgas am Boden­ teil der Schmelze (dem Schmelzbecken) injiziert wird, das injizierte Inertgas nur am oberen Teil des Schmelzteils auf. Somit tritt die vorstehend genannte Diffu­ sion nicht auf, so daß der Blaseneffekt und der Gasentfernungseffekt abnehmen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei dem Gasentfernungsreinigen bei dem üblichen SNIF-Vorgehen die Reaktionszeit zwischen der Schmelze, die H₂-Gas enthält, und den inerten Gasblasen der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Gasentfernungsreaktion ist. In der vorliegenden Erfindung wird daher ein beliebi­ ges Schmelzbecken in Form eines überwölbten Abzugskanals nicht an Gieß­ rinnen angeordnet und das Inertgas wird in die Schmelze, die in natürlicher Weise in eine Gießrinne hinabströmt, injiziert.

Nach der Injektion des Inertgases ist es bevorzugt, für eine starke De­ hydrierungswirkung keine zylindrische Düse oder Lanze zu verwenden, sondern eine Gasinjektionsvorrichtung mit rotierenden Gebläsen. Diese Gasinjektionsvor­ richtung mit rotierenden Gebläsen ist eine Vorrichtung, in der die rotierenden Gebläse an der Spitze der Düse oder einer Lanze angebracht sind, und ein Inertgas durch die Düse oder Lanze zugeführt wird, wo es zu feinen Bläschen mit Hilfe der rotierenden Gebläse umgewandelt wird. Insbesondere ist diese Vor­ richtung so aufgebaut, daß beispielsweise rotierende Gebläse (4 Gebläse) in Kreuzform an der Spitze einer zylindrischen Düse oder Lanze angebracht sind, und ein Inertgas durch Schlitze in den rotierenden Gebläsen injiziert wird. Durch den Rotationsantrieb der Düsen oder der Lanze drehen sich die rotierenden Gebläse in der Schmelze, so daß die Blasenwirkung auf die Schmelze erzeugt wird und Scherwirkung des inerten Gases, das durch die Schlitze in die Schmel­ ze injiziert wird, wird durch die Rotationskraft der sich drehenden Gebläse erzeugt. In dieser Weise wird das Inertgas zu feinen Blasen verarbeitet, so daß die Blasen aufwärts schwimmen oder sich bewegen.

Das Inertgas kann mit der Gasinjektionsvorrichtung, die rotierende Gebläse aufweist, zu Blasen mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger verarbeitet werden. Mit der Zahl der rotierenden Gebläse ist die Scherkraftwirkung durch die rotierenden Gebläse größer, so daß die Schmelze besser gerührt werden kann oder die Blasen aus inertem Gas feiner gestaltet werden können. In dem Fall, daß der Durchmesser der rotierenden Gebläse 100 bis 400 mm beträgt, ist die Rotationszahl der rotierenden Gebläse vorzugsweise wenigstens 200 U/min. Wenn die Rotationszahl allerdings oberhalb 800 U/min liegt, kann der Schmelz­ strom selbst in der Gießrinne gestört werden. Somit liegt die Rotationszahl der rotierenden Gebläse vorzugsweise im Bereich von 200 bis 600 U/min und bevorzugter von 250 bis 350 U/min. Die Zahl der Gebläse ist vorzugsweise größer, um die Scherwirkungskraft zu erhöhen und den Durchmesser der Blasen feiner zu gestalten. Vom Standpunkt der Festigkeit und der Herstellung der Gebläse jedoch sind 4 Gebläse (kreuzförmig angeordnete Gebläse) bevorzugt. Die Düse und die rotierenden Gebläse werden vorzugsweise aus einem Graphit oder einer Keramik, wie SiC, oder einem Gemisch oder Verbund solcher Kerami­ ken, die Wärmebeständigkeit und Festigkeit aufweisen, bestehen, um der Tem­ peratur der Schmelze und der hohen Schlagwirkung durch die Hochgeschwindig­ keitsrotation zu widerstehen.

Um die Tatsache zu gewährleisten, daß die Menge an Oxideinschlüssen, wie Aluminiumoxid, in dem Al-Legierungsrohling auf 200 ppm oder weniger in der vorliegenden Erfindung eingestellt wird, werden die Einschlüsse vorzugs­ weise durch Filtrieren der Schmelze durch einen Filter zum Zeitpunkt der Zufuhr der Schmelze durch die Gießrinne zu einer Form entfernt. Als dieser Filter können beliebige Filter verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, einen Filter zu verwenden, der, um der Temperatur der Schmelze und der Wärmeeinwirkung zu widerstehen, eine hohe Wärmebeständigkeit und Festigkeit aufweist, beispiels­ weise ein Filter, hergestellt aus einer Keramik, wie Aluminiumoxid, Mullit oder Siliziumcarbid. Der Filter ist vorzugsweise ein poröser Körper mit einer Form wie eine Nudel, eine Bienenwabe oder ein Rohr.

Der Filter zur Entfernung der Einschlüsse wurde wie zuvor angepaßt. Wie vorstehend beschrieben, weist das nicht auf Halogen basierende Flußmittel eine schlechtere Leistung zur Entfernung der Einschlüsse im Schmelzofen auf als Chlor oder auf Chlorid basierende Flußmittel. Somit steigt die Menge an Ein­ schlüssen in der Schmelze unvermeidlich. Im Fall der Filterung der Schmelze durch den wärmebeständigen Filter, hergestellt aus poröser Keramik, angebracht an der Gießrinne zur Entfernung der Einschlüsse, tritt leicht Füllen (filling) in den Poren oder Maschen des Filters auf, wenn die Poren oder Maschen relativ fein sind. Folglich entsteht das Problem, daß der Wirkungsgrad von Schmelzen und Gießen durch den Austausch der Filter abnimmt und die Schmelzgüsse zuneh­ men. Andererseits wird die Last gegen den an der Gießrinne angebrachten Keramikfilter gemäß vorliegender Erfindung stark vermindert, da der Aufwand zur Entfernung der Einschlüsse in dem Schmelzofen beseitigt wird. Daher wird auch nachstehendes verbessert: die Wirksamkeit der Entfernung der Einschlüsse, die durch Reinigen in dem Schmelzofen durch den Filter nicht entfernt wurden. Das Füllen in dem Filter wird vermindert unter Verlängerung der Lebensdauer der Filter, da die Last gegen den Filter durch die Einschlüsse stark vermindert ist. Im Ergebnis wird in befriedigender Weise das Problem gelöst, daß der Wirkungsgrad des Schmelzens und die Kosten durch den Austausch des Filters vermindert werden oder die Schmelzgüsse ansteigen.

Die Al-Legierung, die Gegenstand der erfindungsgemäßen Reinigung ist, ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in breitem Maße auf reines Aluminium gemäß der AA oder JIS 1000 Reihe oder den Al-Legierungen, wie 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 Serien-Legierun­ gen und dergleichen, angewendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zusammen mit anderen Reinigungsverfahren zur Entfernung von Metallver­ unreinigungen, wie Pb, Ti, Sn und Fe, eingesetzt werden.

Der Al-Rohstoff, der Gegenstand der Reinigung der vorliegenden Erfindung ist, ist vorzugsweise ein Rohstoff, der hauptsächlich oder vollständig aus Aus­ schußmaterialien eines Al-Legierungsprodukts besteht, welches eine hohe Menge an Verunreinigungen enthält, da sich die Reinigungswirkung der vorliegenden Erfindung in ausreichendem Maße einstellen kann. Es kann auch Metall auf der Basis von Al als Schmelzrohstoff im Einklang mit der geforderten Qualität der gegossenen Al-Legierungsprodukte verwendet werden. Das Al-Grundmetall kann zusammen mit dem Ausschuß verwendet werden. Wenn der Ausschuß, der kostengünstiger als Al-Grundmetall ist, als Schmelzausgangsstoff verwendet wird, können die Kosten gesenkt werden. Eine große gesellschaftliche Bedeu­ tung der Wiederverarbeitung von Ausschuß kann erreicht werden.

Beispiele

Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Verschiedene Al-Legierungen der Serien 2000 bis 7000 wurden geschmolzen, gereinigt und gegossen. Bei dem Schmelzen wurden Al-Legierungsrohstoffe unter Atmosphäre bei 750 ± 10°C in einem Hochfrequenz-Induktionsschmelzofen geschmolzen zur Einstellung der Materialien in den Zusammensetzungen der jeweiligen Al-Legierungen. Die Mengen der Verunreinigungen in dem geschmol­ zenen Al zu diesem Zeitpunkt (d. h. vor Reinigen in einem Schmelzofen) wurden gemäß der Analyse der Schmelze durch Partialdruck-Gleichgewichtsverfahren und Ergebnisse der Analyse von verfestigtem Al nach Abkühlen der Schmelze ermittelt. Die Analyse von Wasserstoff erfolgte nach dem Ransley-Verfahren. Die Mengenbestimmung der Oxideinschlüsse erfolgte gemäß dem Br-Methanol- Verfahren. Die Analyseverfahren waren dieselben bei der nachstehend angegebe­ nen Analyse. In den betreffenden Schmelzen waren die Mengen an Wasserstoff und Oxideinschlüssen 0,4-0,3 cm³/100 g Al bzw. 400-300 ppm.

Anschließend wurden die Schmelzen in dem Schmelzofen mit Flußmitteln und Chlorgas wie in Tabelle 1 dargestellt gereinigt. Das in den Beispielen ver­ wendete Alaun ist Kaliumalaun (AlK(SO₄)₂). Bei dem Reinigen mit den Flußmitteln in jedem der Beispiele wurden Lanzen zur Injektion, jede davon bestand aus einem Eisenrohr und wurde in die Schmelze eingesetzt, verwendet und die injizierte Menge an N₂-Gas als Trägergas wurde auf 20 Nl/Minute eingestellt. Jedes der Flußmittel wurde in einer Menge von 0,1 Masse% von jeder Schmelze in die Schmelze injiziert. Anschließend wurde N₂-Gas 30 Minuten eingeleitet, um Wasserstoffgas und Einschlüsse zu entfernen. Chlorgas wurde durch die Lanze in die Schmelze in einer Menge von 300 Nl/Minute 15 Minuten injiziert. Danach wurde N₂-Gas für 30 Minuten eingeleitet. Während der Reinigungsbehandlung wurde Schlacke an der Oberfläche der Schmelze kontinuierlich in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele, die in Tabelle 1 dargestellt sind, entfernt.

Bei jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde die gereinigte Schmelze zu einer Gießrinne durch Schrägstellen des Schmelzofens überführt. Die Länge der Gießrinne betrug etwa 1 m. Die Geschwindigkeit der durch die Gießrinne fließenden Schmelze (Schmelzengeschwindigkeit) betrug 5 t/Stunde. Die Tiefe des Schmelzstroms in der Rinne betrug 0,6 m. Die Temperatur der Schmelze betrug von 730 bis 740°C. Die Lanzen wurden in einem Abstand in den Bodenteil der Schmelze in der Gießrinne am Punkt 0,5 m vor einer Form eingesetzt. N₂-Gas wurde in die Gießrinne injiziert, um die Schmelze in der Gießrinne zu reinigen. N₂-Gas wurde mit einer mittleren injizierten Menge von 20 Nl/Minute von dem Anfangspunkt zu dem Endpunkt des Schmelzstroms, an dem N₂-Gas injiziert werden konnte, injiziert. Bei der Injektion von N₂-Gas wurde eine Gasinjektionsvorrichtung vom rotierenden Gebläsetyp mit einer Düse (Durch­ messer: 100 mm), an deren Spitze 4 rotierende Gebläse waren, verwendet. Die Gebläse waren kreuzförmig angeordnet und hatten Schlitze. Die Gebläse wurden eingetaucht und im unteren Teil des Schmelzstroms (unmittelbar oberhalb der Gießrinne) angeordnet. Die Rotationszahl der Gebläse wurde auf 300-320 U/min eingestellt, um den Durchmesser der Blasen des Inertgases auf 1 mm oder weniger zu gestalten.

Ein Filter (Handelsname: Actothermic, hergestellt von Kobe Steel Ltd.), bestehend aus einem nudelförmigen porösen Körper (Dicke: 50 mm), hergestellt aus Aluminiumoxid, wurde an einem Gießrinnenteil 0,2 m vor der Form an­ geordnet und die Schmelze wurde filtriert, um Einschlüsse zu entfernen. An­ schließend wurde die Schmelze durch die Gießrinne zur Herstellung eines Al- Legierungsrohlings durch DC-Gießen (halbkontinuierliches Gießen) der Form zugeführt. Die Menge an H₂ in dem erzeugten Al-Legierungsrohling und die Menge an Oxideinschlüssen darin wurden gemessen. Die Rohlinge mit einer H₂- Menge von 0,4 cm³/100 g Al oder mehr, 0,4-0,25 cm³/100 g Al und 0,25-0,1 cm³/100 g Al wurden durch x, Δ bzw. O wiedergegeben. Alle Rohlinge, wie­ dergegeben durch O, hatten eine H₂-Menge von 0,12-0,1 cm³/100 g Al. Rohlinge mit einer Menge an Oxideinschlüssen von 200 ppm oder mehr, 200-100 ppm und 100 ppm oder weniger wurden durch x, Δ bzw. O wiedergegeben. Diese Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 dargestellt.

Hinsichtlich der Rohlinge, zu denen das Flußmittel gegeben wurde, wurde das Zersetzungsprodukt des zugegebenen Flußmittels als Sulfat angenommen und die Menge an Sulfat in den Rohlingen wurde als S-Gehalt darin analysiert. Dieser S-Gehalt wurde als die Menge an verbleibender Verunreinigung in der Schmelze geschätzt. Die Rohlinge mit einer Menge an Zersetzungsprodukt von 20 ppm oder mehr, 20-5 ppm und 5 ppm oder weniger wurden durch x, Δ bzw. O dargestellt.

Wie in Tabelle 1 dargestellt, waren in allen Beispielen 5, 6 und 7 unter Verwendung von Alaunflußmittel die Mengen an Verunreinigungen in den Al- Legierungsrohlingen wie nachstehend, trotz der Arten von allen Legierungen und relativ geringen Mengen des Flußmittels (d. h. 0,1 Masse% in dem geschmolze­ nen Al). Die Menge an H₂ betrug 0,25 cm³/100 g Al oder weniger und die Menge an Oxideinschlüssen betrug 100 ppm oder weniger. Das heißt, die Mengen an Verunreinigungen wurden bis zu einem geringen Maß vermindert. Diese Ergebnisse waren auf der gleichen Höhe wie Vergleichsbeispiel 10, bei dem Cl₂-Gas zur Reinigung verwendet wurde. Die Mengen an verbliebenen Verunreinigungen waren so gering wie erlaubt oder im wesentlichen Null. Diese Effekte konnten nicht erreicht werden, wenn der Schlacke entfernende Effekt gering ist. Somit weist das Flußmittel der vorliegenden Erfindung eine hohe Schlacke entfernende Wirkung auf. Daher wurde belegt, daß der reinigende Effekt des erfindungsgemäßen Flußmittels so hoch war wie das Verfahren unter Verwendung von Cl₂-Gas.

Beispiele 1 und 3, bei denen Reinigung in der Gießrinne nicht ausgeführt wurde, hatte eine höhere Wasserstoffmenge in den Al-Legierungsrohlingen als die anderen Beispiele. Der Effekt der Reinigung in der Gießrinne wurde damit gestützt. Beispiele 1 und 4, bei denen Einschlüsse aus den Schmelzen mit dem Filter nicht entfernt wurden, hatten eine höhere Einschlußmenge in den Al- Legierungsrohlingen als andere Beispiele. Daher wurde die Wirkung der Entfer­ nung der Einschlüsse mit dem Filter belegt.

Andererseits hatte Vergleichsbeispiel 8, bei dem 100% K₂SO₄ verwendet wurden, und das der Japanischen Patentanmeldung Nr. 10-125978 entsprach, eine Reinigungswirkung in der Höhe der vorliegenden Erfindung, enthielt jedoch hohe Mengen an verbliebenen Verunreinigungen in der Schmelze. In Vergleichs­ beispiel 9 wurden unter Verwendung eines Flußmittels, das hauptsächlich aus auf Halogen basierendem Chlorid, KCl und Fluorid AlF₃ bestand und mit dem K₂SO₄ gemischt wurde, die Mengen der Verunreinigungen (H₂ und Oxidein­ schlüsse) in dem Al-Legierungsrohling geringer als die anfänglichen Mengen der Verunreinigungen in der Al-Legierungsschmelze vor der Reinigung des Metall­ ofens, jedoch war die Wirkung der Verminderung von Verunreinigungen aus dem Al-Legierungsrohling schlechter als in den Beispielen und Vergleichsbeispiel 10 unter Verwendung von Cl₂-Gas zur Reinigung. Trotz der Reinigung in der Gieß­ rinne und der Entfernung von Einschlüssen aus der Schmelze mit dem Filter war die Reinigungswirkung durch den Strom in dem Schmelzofen schlechter als in den Beispielen und Vergleichsbeispiel 10 unter Verwendung von C₁₂-Gas zur Reinigung.

Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß dem Reinigungsverfahren und dem Flußmittel zur Reinigung gemäß vorliegender Erfindung nach Herstellung eines Al-Rohlings möglich, die Reinigungswirkung zu erhöhen und den Reini­ gungswirkungsgrad in einem Schmelzofen zu erhöhen, gleichzeitig Wasserstoff und auf Oxid basierende Einschlüsse aus dem Aluminiumlegierungsrohling zu entfernen und die Menge davon auf ein geringes Maß zu vermindern. Außerdem verbleibt kein Teil des in das geschmolzene Al injizierten Flußmittels oder eines Zersetzungsprodukts davon in der Schmelze. Es ist daher möglich, die Qualität der Al-Legierungsprodukte, wie Folien und Bleche, Formkörper, Drahtstäbe und Stäbe, die aus diesen Rohlingen hergestellt wurden, zu erhöhen und die Verwen­ dung von Al-Legierung zu verbreitern. Außerdem kann hauptsächlich Ausschuß von Al-Legierung als ein Schmelzrohstoff von Al-Legierungsverformungsproduk­ ten verwendet werden. Somit kann eine gesellschaftliche Bedeutung, wie Bereit­ stellung eines Wiederaufbereitungssystems und Ausschuß, erreicht werden.

TABELLE 1

Claims (14)

1. Verfahren zum Reinigen bzw. Frischen von geschmolzener Al-Legierung, wobei beim Zeitpunkt der Zugabe eines reinigenden bzw. frischendes Flußmittels zu der durch Schmelzen eines Al-Rohstoffs erhaltenen Al-Legie­ rung zur Reinigung der Schmelze und anschließend Gießen der Al-Legie­ rung Alaun als reinigendes Flußmittel verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reinigung der Schmelze zumindest in einem Schmelzofen ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Alaun zusammen mit einem inerten Gas als Trägergas in die Schmelze injiziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die injizierte Alaunmenge 0,01 bis 1 Masse% der Schmelze beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mengen an H₂ und Oxideinschlüssen in dem resultierenden Al-Legierungsrohling 0,25 cm3/100 g Al oder weniger bzw. 200 ppm oder weniger betragen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Teil oder die Gesamtheit des Al-Rohstoffs aus Ausschuß von Al-Legierungsprodukten besteht.

7. Verfahren zur Reinigung bzw. Frischen von geschmolzener Al-Legierung, wobei zum Zeitpunkt der Überführung der durch Schmelzen eines Al-Roh­ stoffs erhaltenen geschmolzenen Al-Legierung von einem Schmelzofen zu einer Gießrinne, mit oder ohne deren Durchlauf durch einen Warmhalteofen, und der Zuführung der Schmelze durch die Gießrinne zu einer Form zum Gießen der Schmelze Alaun als reinigendes Flußmittel zur Reinigung der Schmelze in zumindest einer Vorrichtung, ausgewählt aus Schmelzofen, Warmhalteofen und Gießrinne, verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach Ausführung der Reinigung ein Inertgas in den durch die Gießrinne strömenden Schmelzenstrom injiziert wird, um Gas aus der Schmelze zu entfernen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei nach Ausführung der Reinigung der durch die Gießrinne strömende Schmelzenstrom einem Filtrieren mit einem an der Gießrinne befestigten bzw. angeordneten Filter unterzogen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Alaun zusammen mit einem Inertgas als Trägergas in die Schmelze injiziert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die injizierte Menge des Alauns 0,01 bis 1 Masse% der Schmelze beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Mengen an H₂ und Oxideinschlüssen in dem resultierenden Al-Legierungsrohling 0,25 cm³/100 g Al oder weniger bzw. 200 ppm oder weniger betragen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei ein Teil oder die Gesamtheit des Al-Rohstoffs Ausschuß von Al-Legierungsprodukten ist.

14. Reinigendes bzw. frischendes Flußmittel zur Entfernung von Gas und Schlacke aus einer Al-Gießlegierung, das hauptsächlich Alaun umfaßt.