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Verfahren zur Herstellung einer strontiumhaltigen
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Aluminiumvorlegierung -Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer strontiumhaltigen Aluminiumvorlegieruny, ausgehend von metallischem Strontium.
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Es ist bekannt, dass durch kleine Mengen Strontium in Al-Si-Legierungen
ein langanhaltender Veredelungseffekt durch Modifikation des Siliziumeutektikums
erreicht werden kann.
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Ueblicherweise wird dabei Strontium in Mengen bis zu 0,2 % in Form
von Silizium-Strontium- oder Aluminium-Strontiumvorlegierungen der Schmelze zugesetzt.
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Silizium-Strontiumvorlegierungen können durch Direktreduktion von
Strontiumkarbonat in der Siliziumschmelze hergestellt werden. Sie weisen jedoch
in den meisten Fällen einen verhältnismässig hohen Kalziumgehalt auf, der sich in
unerwünschter Weise auf die Giesseigenschaften der Endlegierungen auswirkt. Weiter
wird angenommen, dass durch verhältnismässig hohe Kalziumgehalte (über 6 ppm) die
Oxidationsneigung der veredelten Aluminiumsiliziumlegierung verstärkt wird.
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Als Alternative zu den Si'izium-Sçrc; ..v^-legicrur.g^^.
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bieten sich strontiumhaltige Aluminiumvorlegierungen an, die ebenfalls
durch Direktreduktion von Strontiumkarbonat in der Aluminiumschmelze oder unter
Einsatz von metallischem Strontium hergestellt werden können. In der DT-AS 16 08
240 wird ein Verfahren zur Herstellung von strontium-, bzw.
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bariumhaltigem Aluminiumvorlegierung vorgeschlagen, wobei die Legierung
durch Direktreduktion der entsprechenden Karbonate in der Aluminiumschmelze, eventuell
unter Zugabe von weiteren reduzierenden Substanzen, hergestellt wird. Nachteilig
bei der Durchführung dieses Verfahrens im Betrieb, wirkt sich vor allem die erschwerte
Handhabung des meist in feinster Pulverform vorliegenden Karbonates aus, die oft
eine vorgängige Brikettierung des Strontium- oder Bariumkarbonates verlangt.
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Weiter besteht die Möglichkeit, Aluminiumstrontiumlegierungen durch
Einlegieren von metallischem Strontium in die Schmelze herzustellen. Dieser Verfahrensweg
gestattet die Herstellung der Legierung in den betriebsüblichen Oefen ohne weitere
Investitionen. Aufgrund der hohen Sauerstoffaffinität des Strontiums, können meist
nur Ausbeuten in der Grössenordnung von 50 % erreicht werden.
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Aufgabe der Erfindung ist demnach, ein Verfahren zur Herstellung von
strontiumhaltigen Aluminiumvorlegierungen in
betriebstiblichen Oefen
durch Einsatz von metallischem Strontium anzugeben, mit der Auflage, dass eine Ausbeute
von mindestens 85 % erreicht wird, Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,
dass der Reihe nach die Aluminiumschmelze auf eine Temperatur zwischen 750 und 8800
gebracht wird, der Schmelze 0,005 bis 0,1 % Beryllium zugegeben werden, die Aluminiumschmelze
mit einem gegen die Schmelze inerten Abdecksalz abgedeckt wird, metallisches Strontium,
in Aluminiumfolie verpackt, der Schmelze zugegeben wird, die Schmelze in einer Art
gerührt wird, dass die Abdeckschicht nicht aufgebrochen wird, die Abdeckschicht
entfernt wird und die Schmelze anschliessend in eine geeignete Form vergossen wird.
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Das Strontium wird vorzugsweise in Portionen bis zu 10 kg der Schmelze
zugesetzt.
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Wird zum Vergiessen ein Giesstiegel verwendet, hat es sich als vortéilhaft
erwiesen, vor dem Ueberführen der Schmelze in den Giesstiegel in demselben 0,001
bis 0,1 % Beryllium, bezogen auf das Fassungsvermögen des Giesstiegels vorzulegen
und
die Sc,kmclze wieder mit einem inerten Abdecksalz abzudecken.
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Als Abdecksalze eigenen sich bevorzugt die Karbonate der Alkalimetalle
sowie Gemische der Chloride der Alkali- und/ oder Erdalkalimetalle, denen gegebenenfalls
noch Hydroxyde der Erdalkalimetalle zugesetzt werden können.
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Das Beryllium kann dabei sowohl in metallischer Form, wie auch in
Form einer berylliumhaltigen Aluminiumvorlegierung eingesetzt werden. Weiter besteht
die Möglichkeit, beim Einsatz von Aluminium-Berylliumvorlegierungen, der herzustellenden
Legierung beispielsweise Magnesium vorzulegen, um so gleichzeitig in einer magnesiumhaltigen
Endlegierung einen Korrektureffekt zu erreichen.
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Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich für alle im Betrieb üblichen
Oefen. Beim Einsatz von Induktionsöfen ist allerdings darauf zu achten, dass durch
die elektromagnetische Badbewegung die Abdeckschicht nicht aufgerissen und so atmosphärischem
Sauerstoff der Zutritt zur Schmelze ermöglicht wird. Das Beryllium hat die Aufgabe,
eventuell in der Schmelze vorhandene Restoxide zu reduzieren und den entstehenden
Sauerstoff in Form von Berylliumoxid abzubinden.
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Aus dem Sauerstoffpartialdruck von Berylliumoxid bei 10000K
von
4 x 10 errechnet sich für das Gleichgewicht BeO
Be + 1/2. 02 eine Gleichgewichtskonstante K von 2 x 10 . Daraus ist p ersichtlich,
dass durch Zugabe von Beryllium die Oxidation von Strontium weitgehend vermieden
werden kann.
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Es besteht weiter die Möglichkeit, nach der Zugabe des Strontiums,
geeignete Giessreste der Metallschmelze zuzugeben und so auf zuarbeiten.
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Die so hergestellten AlSr-Vorlegierungen eignen sich gleichermassen
zur Veredelung von reinen Aluminiumsilizium-Gussle-. .- . .. .. - . - . .
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gierungen, wie auch von magnesiumhaltigen Aluminiumsiliziumlegierungen.
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Nach dem erfindungsgemässen Verfahren, werden Ausbeuten von mindestens
85 %, bezogen auf das eingesetzte metallische Strontium, problemlos erreicht.
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Durch die nachfolgenden Beispiele wird die Vorteilhaftigkeit des erfindungsgemässen
Verfahrens weiter erläutert.
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Beispiel 1 715 kg Elektrolysemetall mit 0,09 % Eisen wurden flüssig
chargiert, der Ofen auf 8400C Metall-Temperatur gestellt und 1,5 kg einer 5 % AlBe-Vorlegierung
(entsprechend 0,01 t) zugegeben.
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Die Schmelze wurde mit Lithizmkarbonot abgedeckt und anschliessend
wurden 33 kg metallisches Strontium (gattiert auf 4,4 t) aufgeteilt in 30 Portionen,
in Aluminiumfolie verpackt, mittels Salztaucher einlegiert. Dazwischen wurde das
Bad einige Male durchgerührt und entstehende Löcher in der Abdeckschicht mit Lithiumkarbonat
abgedeckt. Die Strontiumportionen wurden in einigen Sekunden aufgelöst.
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Nach 10 Minuten wurde die Metalltemperatur auf 8200C eingestellt,
die Abdeckschicht entfernt, und die Schmelze in einen beheizten Giesstiegel überführt,
in den vor dem Kippen noch 0.1 kg Beryllium gegeben wurden und die Schmelze in Zehnteiler
vergossen.
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Die Zehnteileranalyse ergab einen Strontiumgehalt von 3,9 %, entsprechend
einer Strontiumausbeute von 88,6 %, bezogen auf das eingesetzte metallische Strontium.
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Beispiel 2 2900 kg Aluminium (Reinheit 99,8 %) wurden aufgeschmolzen,
0 die Temperatur der Schmelze auf 840°C eingestellt und anschliessend 6 kg einer
5 e Beryllium enthaltenden Aluminiumvorlegierung, sowie 15 kg Magnesium einlegiert.
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Die Schmelze wurde mit einem Salzgemisch folgender Zusammensetzung
abgedeckt: 12 % Natriumchlorid 29 % Kaliumchlorid 47 % Magnesiumchlorid 12 % Kalziumhydroxid
120 kg metallisches Strontium (entsprechend 4 % Strontium) wurden in Portionen zu
3 kg in Aluminiumfolie eingewickelt, und mittels einer Salzglocke einlegiert.
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Nach Reduzieren der Metalltemperatur auf 820 C, wurde die Krätzeschicht
entfernt, die Schmelze in einen Giesstiegel gekippt, in den vor dem Ueberführen
der Schmelze 2 kg einer 5 % AlBe-Vorlegierung gegeben wurden, und auf Bank vergossen.
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Der Strontiumgehalt der so hergestellten Legierung betrug 3,6 %, was
einer Ausbeute von 90 % bezogen auf das eingesetzte metallische Strontium entspricht.