DE2750347C2 - Verfahren zum Erniedrigen des Na-Gehalts einer magnesiumlegierten Aluminiumschmelze in einem Vakuumofen - Google Patents
Verfahren zum Erniedrigen des Na-Gehalts einer magnesiumlegierten Aluminiumschmelze in einem VakuumofenInfo
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Description
20
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erniedrigen
des Na-Gehalts einer magnesiumlegierten Aluminiumschmelze durch chlorierende Behandlung der Schmelze
in einem Vakuumofen.
Die Behandlung von magnesiumkgierten Aluminiumschmelzen in einem Vakuumofen zur Entfernung
unerwünschter Elemente ist bekannt. Zur Vakuumbehandlung von derartigen Schmelzen gibt es dem Prinzip
nach zwei bekannte Verfahren, nämlich die sogenannte jo statische Behandlung, bei der eine bestimmte Menge an
Metall in einem Ofen einem Vakuum ausgesetzt wird, und die dynamische Vakuumbehandlung, bei der das
Metall als Strahl oder in versprühter Form in den vorher evakuierten Ofen gesaugt wird.
Bei einer statischen Behandlung ist es beispielsweise bekannt, daß sich bei einer für diese Fälle üblichen
Druckerniedrigung der Na-Gehalt in einem Bad aus aufgeschmolzenem Aluminium von 25 ppm auf
<8 ppm erniedrigen läßt. Allerdings erfordert diese Erniedrigung eine beträchtliche Zeit. In entsprechender Weise
ist es auch möglich, aus dem aufgeschmolzenen Aluminium andere restliche Legierungselemente zu
entfernen. Schließlich ist es auch bekannt, daß sich der Na-Gehalt durch dynamische Behandlung drastisch
erniedrigen läßt, wenn das der dynamischen Behandlung unterworfene Aluminium kein Magnesium enthält.
In der Regel gelangt Aluminium in Form einer Aluminium/Magnesium-Legierung zum Einsatz. In diesem Falle sollte die Legierung einen extrem niedrigen
Na-Gehalt aufweisen, damit sie zum Walzen und Pressen geeignet ist.
Es hat sich insbesondere gezeigt, daß die dynamische Behandlung in einem Vakuumofen allenfalls eine
geringfügige Wirkung zeigt, wenn die Behandlung anstatt mit magnesiumfreien Aluminium mit einer
Aluminium/Magnesium-Legierung durchgeführt wird. In der Praxis wurde gefunden, daß ?■■ bei der
dynamischen Behandlung von mit Magnesium legiertem Aluminium Schwierigkeiten bereitet, den Restnatrium- &o
gehalt unter 15 ppm zu senken. Zwar gibt es Verfahren, die diese Schwierigkeiten nicht aufwerfen. Sie weisen
jedoch andere Nachteile auf. Für zu walzende und zu pressende Legierungen ist der obengenannte Natriumgehalt von 15 ppm zu hoch. Durch statische Behandlung
läßt sich zwar das Natrium entfernen, diese Entfernung geht jedoch auf Kosten einer langen Arbeitsdauer und
auf Kosten eines Magnesiumverluste durch Wegbrennen desselben.
Die DE-AS 25 44 854 beschreibt ein Verfahren zum Beseitigen von Alkalimetaliverunreinigungen aus Aluminium, bei dem in das schmelzflüssige Aluminium vor
der Zugabe von Legierungsbestandteilen ein Raffiniergas eingeleitet und mit im wesentlichen dem gesamten
schmelzflüssigen Aluminium in innigen Kontakt gebracht wird. Der Raffiniergasstrom wird für ausreichende ZeiidiiLsr aufrechterhalten, um die Konzentration
der AlkalimetaliverunrcinigiiRgen in dem Aluminium
auf den Sollwert abzusenken, wobei die Konzentration an Halogen in dem Raffiniergas auf einem solchen Wert
gehalten wird, daß bei fortschreitender Verminderung der Konzentration der Alkalimetallverunreinigungen in
der Schmelze eine selektive Halogenierung der Verunreinigungen gegenüber Aluminium bei jedem
gegebenen Gehalt an Alkalimetallverunreini^ngen
ausreichend hoch ist, um die Konzentration an Aluminiumhalogenide!! im abströmenden Gas unter
einem vorbestimmten zulässigen Grenzwert zu halten. Diese bekannte Verfahren soll lediglich zur Behandlung
schmeizfiüssigen Aluminiums mit einem Gehalt :in den genannten Verunreinigungen, das im wesentlichen frei
von irgendwelchen Legierungselementen ist, herangezogen werden.
Die DE-OS 22 34 748 befaßt sich mit einem Verfahren, nach dem der Gehalt von Aluminiumlegierungen an Verunreinigungen verringert wird, während
die Schmelze gleichzeitig im gewünschten Ausmaße legiert wird. Hierzu wird in einer ganz speziellen Weise
vorgegangen. So werden die gewünschten Legienjngselemente zunächst in einen Vakuumofen eingebracht, der
dann evakuiert wird. Danach wird eine Leichtrnetallschmelze, z. B. eine Aluminiumschmelze, demzufolge in
reiner Form und nicht legiert in die Ofenkammer des Vakuumofens durch eine Ansaugwirkung in Form eines
Metallstrang eingeleitet, um einer Vakuumbehandlung
zur Verringerung des Gehalts der Schmelze an Verunreinigungen, u. a. Natrium, unterzogen zu werden.
Für dieses Verfahren ist es wesentlich, daß der Metallstrahl bezüglich seines Aufbaus, seines Strömungsverlaufs und seiner mittleren Länge eine solche
Gestalt erhält und der Ofenkammer mit einer solchen Geschwindigkeit und in einer solchen Richtung
zugeführt wird, daß ein leichtes Auflösen der Legierungselemente und ein Mischen der Legierungselemente mit der Schmelze in dem Vakuumofen ermöglicht
wird. Es muß demzufolge in einer ganz besonderen und keineswegs unkomplizierten Weise verfahren werden,
um das gesetzte Ziel zu erreichen. Do DE-OS 21 43 154
gibt lediglich die Möglichkeit der Chlorierung im Zusammenhang mit einer ganz besonderen Einrichtung
zum Überführen einer reinen Aluminiumschmelze in einen Vakuumgießofen bei gleichzeitiger Entgasung
und Chlorierung der Schmelze. Die Behandlung einer magnesiumlegierten Aluminiumschmelze wird nicht in
Betracht gezogen. Die DE-PS 3 60 818 erwähnt die Verwendung von Magnesiumchlorid bei einem Verfahren zur Rückgewinnung von Leichtmetallen, wie
Magnesium, Aluminium und Legierungen derselben untereinander, von Fremdmetallen aus Abfällen. Das
Magnesiumchlorid ist bei diesem bekannten Verfahren nicht als Reaktionspartner vorgesehen, sondern als eine
Art Absorbens, das in relativ großen Mengen eingesetzt wird. So sollen bei der Behandlung von 1000 kg
Aluminiumabfällen 60 bis 80 kg wasserfreies Magnesiumchlorid verwendet werden. Dabei wird auf die
verklebenden Eigenschaften des Magnesiumchlorids
abgestellt. Das Magnesitimchlorid dient demzufolge
nicht dazu, den Natriumgehalt in einer geschmolzenen Aluminiumlegierung durch gezielte Reaktionsabläufe
herabzusetzen.
Es gibt zwar bereits Verfahren zur Hersteilung von Aluminium/Magnesium-Legierungen niedrigen Na-Gehalts.
Zu diesem Zweck muß zunächst magnesiumfreies Aluminium einer Behandlung zur Erniedrigung des
Na-Gehalts unterworfen werden, worauf das Aluminium erniedrigten Na-Gehalts mit Magnesium legiert
wird. Diese Behandlung ist kompliziert und zudem mit dem Nachteil behaftet, daß der Vakuumofen absolut
magnesiumfrei sein muß und ferner in den Schmelzofen keine magnesiumhaitigen Abfälle eingespeist werden
könne.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß
die Entfernung von Natrium aus einer magnesiumlegierten Aluminiumschmelze unter weitgehender Vermeidung
unerwünschter Verdampfung von Magnesium schneller und wirksamer möglich ist
Erfindungsgemäö wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß mindestens während eines Teils der Dauer der Vakuumbehandlung pulverförmiges MgCb eingesprüht
wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere
mit Vorteil eine Aluminium/Magnesium-Legierung mit bis zu 5% Magnesium eingesetzt, die vorher in
einem Schmelzofen hergestellt worden ist Diese Legierung wird dann in den Vakuum-Gießereiofen
gesaugt und dort erfindungsgemäß behandelt, so daß sowohl der Natriunvrehalt als auch der Wasserstoffgehalt
in technisch einfacher und wirtschaftlicher Weise drastisch erniedrigt-werden kann.
Vakuumöfen und Vakuum-Gießereiöfen sowie deren Betrieb sind hinreichend bekannt, so di.J hierauf nicht
näher eingegangen zu werden braucht
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht das zugeführte Magnesiumchlorid mit dem
Natrium eine Verbindung ein, und zwar entweder über ein Zwischenprodukt mit dem im Überschuß vorhandenen
flüssigen Aluminium und/oder dem in Dampfform vorhandenen Magnesium oder auch auf direktem Wege
ohne Bildung einer Zwischenverbindung. Dabei ist es von Bedeutung, daß das Magnesiumchlorid unter den
eingehaltenen Verfahrensbedingungen einen ausreichend hohen Dampfdruck aufweist, damit es mit dem
aus dem Metalldampf entweichenden Natrium reagieren kann. Konsequenterweise muß dann auch der
Dampfdruck des Natriums im inneren des Vakuumofens ausreichend niedrig gehalten werden, damit sich das
Natrium von der Schmelze trennen kann. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt
sich das Magnesiumchlorid als ein Reaktionsmittel um, indem das Magnesium im Chlorid während der
Reaktion durch Natrium ersetzt wird.
Die Erfindung kann auf die dynamische Vorbehandlung der magnesiumlegierten Aluminiumschmelze angewandt
weiden, d.h. die Behandlung erfolgt unter Bewegen der Schmelze.
Schließlich ist es möglich, das Magnesiumchlorid dem Strahl aus magnesiumlegierter Aluminiumschmelze
während seines Eintritts in den evakuierten Vakuumofen zuzuführen. Abgesehen von der Zufuhr des
Magnesiumchlorids zu dem Metallstrahl bei einer dynamischen Vakuumbehandlung ist es auch möglich,
das Magnesiumchlorid direkt während der Vakuumbehandlung in den Vakuumofen einzudosieren. Zu diesem
Zweck sollte der Ofen mit einer Dosiervorrichtung
j versehen sein.
In sämtlichen Fällen erreicht man eine weitere Verbesserung, wenn man das Metali bei seinem Eintritt
in den Vakuumofen atomisiert oder zerstäubt Hierdurch wird eine größere Reaktionsfläche geschaffen.
ι» Die Erfindung wurde vorstehend im Hinblick auf eine
Erniedrigung des Na-Gehalts in der flüssigen Schmelze beschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich das
erfindungsgemäße Verfahren auch in hohem Maße zur gleichzeitigen Entfernung untergeordneter Mengen an
π anderen Elementen, wie Lithium, Calcium, Kalium
und/oder Barium, eignet
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: die Entfernung von Natrium läßt
sich nunmehr effektiv durchführen, ohne daß bedejtsame
Mengen an Magnesium verlorengehen. Das Magnesiumchlorid erhöht die Konzentration des
MagResi'jmdzrnpfcs, wodurch die unerwünschte Verdampfung
von Magnesium weitgehend gehemmt wird. Die Emiedrigur.g des Natriumgehaltes läßt sich
außergewöhlich schnell erreichen, ohne daß nachher Magnesium zulegiert zu werden braucht Die Behandlungsdauer
ist außergewöhnlich kurz, was unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten von besonderem
Wert ist Der bei der Durchführung des erfindungsge-
)o mäßen Verfahrens besonders überraschende Effekt ist darin zu sehen, daß sich das Chlor aus dem
Magnesiumchlorid bei schnellem Ablauf des Verfahrens mit Natrium verbindet, so daß das freigesetzte
Magnesium die Verdampfung von Magnesium aus der Schmelze weitestgehend kompensiert bzw. verringert
Es tritt also ein vorteilhafter synergistischer Effekt auf. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher
veranschaulichen.
Das Ausgangsmaterial besteht aus einer Aluminiumlegierung mit 4% Magnesium. Der Na-Gehalt der
Legierung vor der Vakuumbehandlung beträgt 45 ppm. Zunächst wird dem Vakuumofen eine zur Kombination
mit dem in der Legierung enthaltenden Na ausreichende Menge MgCI2 zugeführt. Danach wird die
Legierung in den Vakuumofen mit einer Geschwindigkeit von 16 t pro h eingesaugt. Im Vakuumofen wird ein
Druck von unter 30 Torr aufrechterhalten. Hierbei wird das Natrium mit Hilfe des MgCb-Dampfs während des
Einsaugens des Strahls der Aluminiumlegierung aus dem Strahl eliminiert Direkt nach der Behandlung
beträgt der Na-Gehalt der Legierung etwa 4 ppm. Das erhaltene Produkt eignet sich in hohem Maße zum
Walzen und Pressen.
Im vorliegenden Beispiel wird als Ausgangsmaterial eine Aluminiumlegierung mit 2% Magnesium verwendet
Während der dynamischen Vakuumbehandlung im Vakuumofen wird pulverförmiges MgCIj in einer Menge
von 500 g/t behandeltes Aluminium eingesprüht. Nach der Vakuumbehandlung ist der Na-Gehalt des behandelten
Metalls von 30 ppm auf 6 ppm erniedrigt.
Claims (3)
1. Verfahren zum Erniedrigen des Na-Gehalts einer magnesiumlegierten Aluminiumschmelze
durch chlorierende Behandlung der Schmelze in einem Vakuumofen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens während eines Teil der Dauer
der Vakuumbehandlung puiveriwrnisr?«= MgCI2 zir,-gesprüht wird.
Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das MgCb während einer dynamischen
Vakuumbehandlung in den Vakuumofen eingesprüht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das MgCb einem Strahl der
magnesiumlegierten Aluminiumschmelze während einer dynamischen Behandlung zugeführt wird.
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