DE19963298C2 - Verfahren und Flussmittel zur Reinigung geschmolzener Aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren und Flussmittel zur Reinigung geschmolzener AluminiumlegierungenInfo
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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-Gasbläschen. 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
zusammen mit einem Inertgas als Trägergas anstelle von Chlorgas in das
geschmolzene 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
Entfernung 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
Schmelzenoberfläche 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 aufgenommen, so daß die Schlacke die Schmelze verschmutzen kann.
Der Schritt zur Entfernung von Schlacke erfolgt zur Entfernung dieser Schlacke
aus der Schmelze 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
Verbrennungsverbesserungsmittel zum Erhitzen Sulfat, wie Kaliumsulfat,
Carbonat oder Nitrat umfaßt. Bei diesem Flußmittel werden 20-50 Gewichtsteile
des Verbrennungsverbesserungsmittels 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
Reinigungsbehandlung 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 einfache 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 Flußmittelgemisch
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
verhindern.
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
vermindern.
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 Gaskomponenten,
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 Einschlüsse 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
geschmolzenen 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 Schmelze und
anschließend Gießen der Al-Legierung, Alaun als reinigendes Flußmittel
verwendet wird, wobei Alaun ein allgemeiner Begriff für Doppelsalze von Sulfaten
eines dreiwertigen Metalls R3 und eines einwertigen Metalls R1 mit der
allgemeinen Formel R3R1(SO4)2.nH2O mit n = 12, 10, 6, 4, 3, 2 oder 0 oder
R1[R3(H2O)6](SO4)2.nH2O ist.
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 dreiwertigen
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 SOx, 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 SOx-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 SOx-Gas, wie SO2. Rauch
(Teilchen) des Sulfats oder SOx-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 SOx-
Gas diffundiert sofort in das geschmolzene Al durch die Blasenwirkung eines
Inertgases, so daß Gasblasen des SOxH2-Gas in der Schmelze durch Diffusion
und Partialdruckgleichgewicht aufnehmen. Die feinen SOx-Gasbläschen schwim
men an die Oberfläche der Schmelze und verflüchtigen sich. Die Einschlüsse in
der Schmelze schwimmen durch die Blasenwirkung oder Flotationswirkung des
erzeugten SOx-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 SOx-Gas zersetzt, so daß der Rauch den gleichen Effekt der
Entfernung von Gas und Einschlüssen wie das erzeugte SOx 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 SOx 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 SOx-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
SOx-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)2.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 SOx-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 SOx-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 Zusammenhang
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 Schmelzbec
kens 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 überwölbten
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.
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 Gießrinne
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 Cl2-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.
Claims (11)
1. Verfahren zum Reinigen bzw. Frischen von geschmolzener Al-Legierung,
wobei beim Zeitpunkt der Zugabe eines reinigenden bzw. frischenden
Flußmittels zu der durch Schmelzen eines Al-Rohstoffs erhaltenen Al-
Legierung zur Reinigung der Schmelze und anschließend Gießen der Al-
Legierung Alaun als reinigendes Flußmittel verwendet wird, wobei Alaun
ein allgemeiner Begriff für Doppelsalze von Sulfaten eines dreiwertigen
Metalls R3 und eines einwertigen Metalls R1 mit der allgemeinen Formel
R3R1(SO4)2.nH2O mit n = 12, 10, 6, 4, 3, 2 oder 0 oder
R1[R3(H2O)6](SO4)2.nH2O ist.
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 ein Teil oder die
Gesamtheit des Al-Rohstoffs aus Ausschuß von Al-Legierungsprodukten
besteht.
6. Verfahren zum Reinigen bzw. Frischen von geschmolzener Al-Legierung,
wobei zum Zeitpunkt der Überführung der durch Schmelzen eines Al-
Rohstoffs 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.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei nach Ausführung der Reinigung ein
Inertgas in den durch die Gießrinne strömenden Schmelzenstrom injiziert
wird, um Gas aus der Schmelze zu entfernen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei nach Ausführung der Reinigung
der durch die Gießrinne strömende Schmelzenstrom einem Filtrieren mit
einem an der Gießrinne befestigten oder angeordneten Filter unterzogen
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Alaun zusammen
mit einem Inertgas als Trägergas in die Schmelze injiziert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die injizierte Menge des Alauns 0,01 bis
1 Masse% der Schmelze beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei ein Teil oder die
Gesamtheit des Al-Rohstoffs Ausschuß von Al-Legierungsprodukten ist.
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