DE2818495B1

DE2818495B1 - Verfahren zum Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem Induktionsrinnenschmelzofen

Info

Publication number: DE2818495B1
Application number: DE2818495A
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: HANS HORST SCHMELZ und GIESSTE
Current assignee: HANS HORST SCHMELZ und GIESSTE
Priority date: 1978-04-27
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1979-10-04
Also published as: US4221589A; FR2424497A1; BE875860A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Verfahren der angegebenen Gattung ist es bekannt, der Schmelze Abschlacksalze zuzugeben, die verhindern sollen, daß sich in den Schmelzkanälen fest anhaftende Aluminiumoxid-Ablagerungen bilden. Diese Abschlacksalze bestehen im wesentlichen aus Kroylith (Na₃ALFe) und enthalten zusätzlich Schmelzpunkterniedrigende Flußsalze, insbesondere Calziumfluorid (Ca₂F₂), Natriumfluorid (NaF), Aluminiumfluorid (ALF₃) und Magnesiumfluorid (MgF₂).

Weiterhin ist es nach dem Stande der Technik bekannt, die feuerfeste Auskleidung der Schmelzkanäle des Induktionsrinnenschmelzofens mit einem Salzgemisch zu imprägnieren, welches beispielsweise 80% Kochsalz (NaCl) und 20% Kryolith (Na₃AlF₆) enthält. Diese Imprägnierung verhindert für eine gewisse Zeit, daß das Aluminium der Schmelze Bestandteile der feuerfesten Auskleidung, beispielsweise Quarz (SiO₂), Eisenoxid (Fe₂O₃) oder Titanoxid (TiO₂) reduziert, wodurch die feuerfeste Auskleidung aufquillt und zerstört wird.

Die Zugabe von hauptsächlich Kryolith enthaltenden eo Abschlacksalzen und die Verwendung der erwähnten kryolithhaltigen Salzimprägnierung haben jedoch den Nachteil, daß Natrium in die Schmelze gelangt. Nach der Reaktionsgleichung

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Na₃AlF₆ + Al

2AlF₃+ 3 Na (1)

wird bei der Zugabe von Kryolith zur Schmelze Natrium in die Schmelze eingebracht. Die Reaktionsgleichung (1) verläuft auf Grund des Massenwirkungsgesetzes im wesentlichen von links nach rechts, wenn der Schmelze Kryolith zugegeben wird. Das gebildete Natrium muß durch einen entsprechenden Raffinationsprozeß anschließend wieder aus der Schmelze entfernt werden, denn ein zu hoher Natriumgehalt beeinträchtigt die Walzfähigkeit der gegossenen Produkte. Nach dem Stande der Technik (DE-OS 17 58 378) ist es zu diesem Zweck bekannt, über poröse Stopfensteine Chlorgas oder ein mit Chlorgas vermischtes Inertgas in die Schmelzkanäle der Induktoreinheiten einzublasen.

Das Einblasen von Chlor bereitet jedoch auf Grund der großen Agressivität von Chlor Schwierigkeiten. So sind im Zuge der immer strenger werdenden Bestimmungen gegen die Umweltverschmutzung kostspielige Gaswaschanlagen erforderlich. Gleichzeitig ist eine Arbeitsplatz-Sicherung unbedingt nötig, die die Anschaffung von teueren Alarmanlagen bedingt. Schließlich ist die Verwendung von gasförmigem Chlor auch deswegen teuer, weil dieses Gas sehr stark korrodierend wirkt, so daß die gesamten Anlagen in Mitleidenschaft gezogen werden. Dies gilt sowohl für die eigentliche Ofenanlage als auch für die Stranggießmaschine und sonstige Betriebseinrichtungen.

Nach dem Stande der Technik (DE-AS 25 44 854) ist es im Zusammenhang mit der Raffination einer Aluminiumschmelze bekannt, zum Entfernen von Natrium und anderen Alkalimetallverunreinigungen u. a. Chlor-Fluor-Kohlenstoff in die Schmelze einzuleiten. Dabei bildet das von dem Chlor-Fluor-Kohlenstoff abspaltende Fluor mit dem Aluminium der Schmelze und den in der Schmelze ebenfalls vorhandenen Natriumverunreinigungen u. a. auch Kryolith. Sinn und Zweck dieses Raffinationsverfahrens ist es, möglichst reines Aluminium zu erhalten. Setzt man das auf diese Art und Weise gereinigte Aluminium als Einsatz im Induktionsrinnenschmelzofen ein und verwendet dabei zur Vermeidung von Ablagerungen in den Schmelzkanälen und zum Schutz der feuerfesten Auskleidung der Schmelzkanäle die oben erwähnten kryolithhaltigen Abschlacksalze und Salzimprägnierungen, so macht das hierdurch in die Schmelze gelangende Natrium den Erfolg der Raffination zumindest teilweise wieder zunichte, so daß die Schmelze vor dem Vergießen erneut gereinigt werden muß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Schmelzverfahren der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß die Bildung von fest anhaftenden Ablagerungen an der Auskleidung der Schmelzkanäle der Induktoreinheiten sowie der Angriff der Schmelze am Auskleidungsmaterial vermieden werden, ohne daß gesondert zu entfernendes Natrium in die Schmelze gelangt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Maßnahmen vor.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden die für den Schutz der Auskleidung der Schmelzkanäle erforderlichen kryolithhaltigen Salzgemische nicht der Schmelze zugesetzt, sondern in der Schmelze gebildet. Dabei nimmt der Gehalt an Alkaliverunreinigungen nicht zu, sondern ab, so daß am Ende des Schmelzprozesses die nach dem Stande der Technik erforderliche Nachreinigung der Schmelze nicht mehr notwendig ist. Die Lehre der Erfindung verlegt gewissermaßen den abschließenden Teil des Raffinationsprozesses in das Schmelzaggregat (Induktionsrinnenschmelzofen) und

ORJGfNAU INSPECTED

2 Na + F₂ —	(2)
2 Li + F₂ —	(3)
2 K + F₂ —	(4)
Ca + F₂ —	(5)
Mg + F₂ —	(6)
2Al + 3 F₂ —	(7)
-► 2NaF
-> 2LiF
-> 2KF
— CaF₂
-» MgF₂
-> 2 AlF₃

verhindert hierdurch, daß sich die Schmelzkanäle von dessen Induktoreinheiten zusetzen und die feuerfeste Auskleidung der Schmelzkanäle angegriffen wird. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird es infolge der Vermeidung von Ablagerungen in den Schmelzkanälen darüber hinaus ermöglicht, die elektrische Leistung der Induktoreinheiten beträchtlich zu erhöhen.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung bildet das aus den Fluor abspaltenden Verbindungen stammende Fluor nach den Reaktionsgleichungen

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20

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mit den im Schmelzguteinsatz vorhandenen Metallen vor allem Aluminiumfluorid und Magnesiumfluorid sowie die als Flußsalze wirkenden Fluoride der Elemente Natrium, Lithium, Kalium und Calcium. Durch das nach der Reaktionsgleichung (7) vorhandene Angebot an Aluminiumfluorid und das im Schmelzguteinsatz vorhandene Natrium verläuft nach dem Massenwirkungsgesetz die Reaktionsgleichung (1) von rechts nach links, d. h. es werden aus dem gebildeten Aluminiumfluorid und dem Natrium Kryolith und Aluminium gebildet. Weiterhin bildet sich aus dem nach (2) gebildeten Natriumfluorid und dem nach (7) gebildeten Aluminiumfluorid nach der Reaktionsgleichung

3 NaF + AlF₃ Na₃AlF₆

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ebenfalls Kryolith. Schließlich bildet sich aus dem nach (3) gebildeten Lithiumfluorid und dem nach (5) gebildeten Aluminiumfluorid sowie dem im Schmelzgut enthaltenen Natrium das kryolithähnliche LiNa₂AlFo, welches auf Kryolith eine schmelzpunktabsenkende Wirkung hat.

Als fluorabspaltende Verbindungen kommen insbesondere Fluor-Kohlenstoff und/oder Chlor-Fluor-Kohlenstoff infrage. Falls sich zuviel Kryolith bildet, wird vorzugsweise eine Verbindung eingeleitet, die neben Fluor auch Chlor abspaltet, also beispielsweise Chlor-Fluor-Kohlenstoff. Das zusätzlich frei werdende Chlor bildet mit den im Einsatz vorhandenen Metallen folgende Chloride:

2 Na + Cl₂ —	(9)
2 Li + Cl₂ -	(10)
2 K + Cl₂ -	(H)
Ca + Cl₂ —	(12)
Mg + Cl₂ —	(13)
2AI + 3Cl₂-	(14)
-> 2 NaCl
-> 2 LiCl
-» 2KCl
-> CaCl₂
-> MgCl₂
-> 2AlCI₃

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Hierdurch wird eine weitere Möglichkeit geschaffen, den Gehalt der Schmelze an Natrium, Lithium, Kalium und Calcium gezielt auf das gewünschte Maß abzusen-

65 ken, und dabei die sich bildende Menge an Kryolith zu begrenzen.

Die erhöhten Gehalte an Natrium sowie Lithium, Calcium und Kalium im Schmelzguteinsatz können dadurch hergestellt werden, daß ein entsprechend niedrig raffiniertes Einsatzgut eingekauft wird, was den besonderen Vorteil hat, daß ein derartiges Einsatzgut billig zu beschaffen ist. Die erhöhten Gehalte können aber auch dadurch eingestellt werden, daß dem Schmelzguteinsatz Stoffe eingegeben werden, die diese Elemente in entsprechenden Mengen enthalten.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Schmelzguteinsatz 50—100 ppm Natrium sowie jeweils 50 —100 ppm Lithium und/oder Calcium und/oder Kalium enthält. Bei diesen Mengen an Natrium, Lithium, Calcium und Kalium können in ausreichenden Mengen Kryolith sowie Lithium-, Calcium- und Kaliumfluorid gebildet werden.

Weiterhin kann dem Gasgemisch zusätzlich eine Chlor abspaltende Substanz, insbesondere Chlor-Kohlenstoff zugesetzt werden. Diese Chlor abspaltende Substanz wird dann eingegeben, wenn sich zuviel Kryolith oder Fluoride bilden. Insbesondere wird diese Chlor abspaltende Substanz gegen Ende des Prozesses eingesetzt, falls abzusehen ist, daß allein durch die Zugabe von Fluor abspaltenden Substanzen die erforderlichen niedrigen Endgehalte an Natrium, Lithium, Calcium und Kalium nicht erreicht werden.

Zweckmäßig besteht das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Gasgemisch aus einem inerten Trägergas, insbesondere Stickstoff oder Argon, dem die aktiven Substanzen in Abhängigkeit von den Erfordernissen der Schmelze und/oder dem Zustand der Auskleidung der Schmelzkanäle der Induktoreinheiten gesteuert zugemischt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles näher erläutert

Ein Rinnenschmelzofen mit 501 Fassungsvermögen und einem Chargengewicht von 30 t wird mit einem Einsatzgut beschickt, welches neben Aluminium 75 ppm Natrium, 75 ppm Lithium, 75 ppm Calcium und 75 ppm Kalium enthält Die sechs Induktoreinheiten dieses Schmelzofens haben jeweils eine elektrische Leistung von 600 KW. Die Schmelzkanäle der Induktoreinheiten sind mit porösen Stopfensteinen versehen, über welche während des Schmelzvorganges kontinuierlich ein Gasgemisch in die einzelnen Schmelzkanäle eingeblasen wird. Das Gasgemisch besteht zunächst aus neun Teilen Argon und einem Teil Freon 12 (CCl₂F₂). Die zugeführte Menge beträgt insgesamt 10 Nl pro Minute und Induktoreinheit Die sich bildende Krätze und Schlacke wird in geeigneten Abständen abgekratzt. Die Analyse der Schmelze wird regelmäßig überwacht. Sinkt der Gehalt an Natrium, Lithium, Kalium und Calcium, insbesondere der Gehalt an Natrium, zu langsam ab, so wird entweder die Konzentration an Freon 12 am Gasgemisch erhöht oder dem Gasgemisch zusätzlich Tetrachlorkohlenstoff (CCU) zugegeben. Sinkt der Gehalt an diesen Stoffen jedoch zu schnell ab, wird die zugegebene Menge an Freon 12 verringert. Gleichzeitig wird die Menge an gebildetem Kryolith überwacht. Es soll gerade soviel Kryolith gebildet werden, wie zum Schutz der Auskleidung der Schmelzkanäle und zur Vermeidung von Aluminiumoxid-Ablagerungen erforderlich ist. Wird zu wenig Kryolith gebildet, so wird das Freon 12 ganz oder teilweise durch Freon 14 (CF4) ersetzt, um das Angebot an Fluor zu

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erhöhen. Wird zuviel Kryolith gebildet, so wird das und/oder Chlor-Fluor-Kohlenstoff und/oder Chlor-Angebot an Chlor erhöht, beispielsweise durch Zugabe Kohlenstoff so gesteuert, daß die Analyse der Schmelze von Tetrachlorkohlenstoff oder durch Verwendung von am Ende des Schmelzprozsses die erforderlichen Freon 11 (CCl₃F) anstelle von Freon 12 (CCI2F2). niedrigen Werte an Natrium, Lithium, Kalium und Insgesamt wird die Zugabe von Fluor-Kohlenstoff 5 Calcium aufweist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem Induktionsrinnenschmelzofen, bei dem die Schmelzrinnen durch Kryolith vor dem Angriff der Schmelze geschützt werden und bei dem in die Schmelzkanäle der Induktoreinheiten ein Gas oder Gasgemisch, das Halogene oder Halogene abspaltende Verbindungen enthält, eingeleitet wird und die mit den Verunreinigungen der Schmelze gebildeten Reaktionsprodukte von der Schmelze entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des erforderlichen Kryoliths im Schmelzguteinsatz ein Gehalt an Natrium von mindestens 15 ppm, sowie ein Gehalt an Lithium und/oder Calzium und/oder Kalium von zusammen mindestens 15 ppm eingestellt wird und daß Fluor abspaltende Verbindungen eingeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluor abspaltende Verbindungen Fluor-Kohlenstoff und/oder ein Chlor-Fluor-Kohlenstoff eingeleitet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzguteinsatz ein Gehalt von 50—100 ppm Natrium sowie jeweils 50—100 ppm Lithium und/oder Calzium und/oder Kalium eingestellt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Chlor abspaltende Verbindung, insbesondere Chlor-Kohlenstoff eingeleitet wird.