DE3109066A1

DE3109066A1 - "verfahren zum schuetzen der badoberflaeche einer magnesiumschmelze"

Info

Publication number: DE3109066A1
Application number: DE19813109066
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.Ing.Dr. Roßmann; Reinhard Dipl.-Ing. Strigl; Fritz Ing.(grad.) 8000 München Wunderlich
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1981-03-10
Filing date: 1981-03-10
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE3109066C2

Description

Verfahren zum Schützen der Badoberfläche einer
Magnesiumscl;melze Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen der Badoberfläche einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Magnesiumlegierung, wobei über der Schmelzbadoberfläche eine im wesentlichen aus inertem Gas bestehende Schutzgasatmosphäre errichtet wird.
Geschmolzenes Magnesium nimmt wegen seiner enorm hohen Affinität zu Sauerstoff eine Sonderstellung unter den Metallschmelzen ein. Um ein Entzünden und Brennen einer Magnesiumschmelze zu verhindern, ist es notwendig, den Zutritt von Sauerstoff zur Magnesiumschmelze zu verhindern. Zu diesem Zweck sind zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden.
Es ist bekannt, mit Hilfe von Abd,ecksalzen'auf der Badoberfläche einer Magnesiumschmelze eine geschlossene Schicht zu bilden, die Schutz vor dem Zutritt der Atmosphäre gewährt.
Nachteilig ist dabei jedoch, daß die Schutzschicht häufig durch Zugabe weiterer Mengen von Abdecksalz ergänzt oder erneuert werden muß. Zudem sind die durch den Wärmekontakt mit der Schmelze verflüssigten Abdecksalze spezifisch schwerer als die Schmelze, sinken daher durch die Schmelze hindurch und setzen sich auf dem Tiegelboden ab. Die Gußstücke haben deshalb Salzeinschlüsse, die die Festigkeitswerte vermindern und die Korrosion beschleunigen.
Außerdem können einer Magnesiumschmelze geringe Mengen (ungefähr 0,001%) Beryllium zulegiert werden. Beryllium-Zusatz vermindert die Oxidationsneigung von geschmolzenem Magnesium. Das Zulegieren von Beryllium wird jedoch wegen seiner geringen Schutzwirkung selten als alleinige Schutzmaßnahme ergriffen, sondern dient meist nur als Ergänzung.
Zudem ist das Zulegieren von Beryllium wegen der Gefahr einer Lungenberyllose äußerst gefährlich. Während einer Schicht darf der Durchschnittsgehalt an Beryllium in der eine Magnesiumgießanlage umgebenden Atmosphäre den Wert 2 . 10 6 g/m3 Luft nicht überschreiten.
Schließlich ist es bekannt, zur Vermeidung eines Brandes beim Schmelzen und Vergießen von Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen Schutzgase wie Schwefelhexafluorid, Schwefeldioxid, Kohlendioxid, Stickstoff, Argon und Difluordichlormethan selten in der Form von Einkomponentengasen, meist in Form von Mischgasen eingesetzt werden. So ist es bekkannt, daß z.B. in einer nur aus Kohlendioxid bestehenden Schutzgasatmosphäre kein zusammenhängender Schutzfilm an der Badoberfläche einer Magnesiumschmelze gebildet werden kann. Eine gute Schutzwirkung kann bisher mit Schwefeldioxid oder Schwefelhexafluorid erzielt werden.
Unter den in der Ofenatmosphäre herrschenden Bedingungen erfolgt stets entweder eine Spaltung der Schutzgase oder eine chemische Reaktion, wodurch in der Ofenatmosphäre immer giftige Gase gebildet werden. Selbst die Schutzgase mit der besten Schutzwirkung (Schwefelhexafluorid und Schwefeldioxid) gewähren keinen 100%-igen Schutz vor Bränden, wie hinreichend viele Beispiele in der Praxis belegen.
Ein Brand muß mit Abdecksalzen gelöscht werden, wobei die Restschmelze dann zu verwerfen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise die Badoberfläche von Schmelzen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen sicher vor Bränden geschützt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Schmelzbadoberfläche verflüssigtes Inertgas, vorzugsweise Argon oder Stickstoff gegeben wird.
Erfindungsgemäß wird auf die Badoberfläche der Magnesiumschmelze ein flüssiges Inertgas, vorzugsweise Flüssigargon geleitet. Aufgrund der Volumenänderung während des Verdampfens - aus einem Liter Flüssigargon z.B. bilden sich 836 Liter Argongas bei 150C und 1 bar - wird der in der Luft enthaltene Sauerstoff im Ofenraum ausgespült. Es ist festgestellt worden, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Brennen einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Magnesiumlegierung wirksam verhindert werden kann.
Dies ist überraschend, da man bisher der Auffassung war, mit einer z.B. ausschließlich aus Argon bestehenden Schutzatmosphäre könne wirtschaftlich kein ausreichender Schutz über der Badoberfläche gebildet werden. Bisher wurden z.B.
aus Schwefelhexafluorid gebildete Schutzatmosphären einer ausschließlich aus Argon bestehenden Schutzgasatmosphäre vorgezogen. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die Neigung zu Bränden beim erfindungsgemäßen Verfahren geringer ist, als beispielsweise in einer Schutzatmosphäre aus reinem Schwefelhexafluorid.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nachteile bekannter Schutzmaßnahmen vermieden: Es treten keinerlei giftige Gase auf und die Gefahr einer Lungen-Beryllose ist ausgeschlossen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren umweltfreundlich ist. Die hergestellten Gußteile haben keine salzeinschlüsse und sind somit korrosionsbeständiger und besitzen höhere Festigkeitswerte, als Gußstücke, die aus einer mit Abdecksalzen geschützten Magnesiumschmelze hergestellt worden sind.
Schließlich konnte festgestellt werden, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schutzatmosphäre einer aus Schwefelhexafluorid bestehenden Atmosphäre nicht nur in ihrer Schutzwirkung sondern auch wirtschaftlich überlegen'ist. So müssen für das Schutzgas Schwefelhexafluorid gegenwärtig die hohen Kosten von ca. 120,--DM/m3 veranschlagt werden. Vergleicht man jedoch die Kosten eines Liters Argongases oder Stickstoffgases mit denen eines Liters Schwefelhexafluorid-Gases, so verhalten sich die Kosten 1 : 40 bis 1 : 80. Zwar wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine größere Menge inerten Gases verbraucht als SF6 für die Ausbildung einer Schwefelhexafluorid-Schutzatmosphäre erforderlich ist, jedoch bewirkt der günstigere Preis Kosteneinsparungen bis zu etwa 75%.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre bestimmt und die Menge des pro Zeiteinheit der Schmelzbadoberfläche zugeführten verflüssigten inerten Gases anhand des gemessenen Sauerstoffgehaltes so eingestellt, daß der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre stets unter einem Vol.% bleibt. Wird diese Grenze für den Suerstoffgehalt nicht überschritten, so kann ein Brennen einer Magnesiumschmelze sicher vermieden werden. Die Menge des der Schmelzbadoberfläche zuzuführenden Flüssiggases ist von mehreren Parametern abhängig, z.B. von dem Volumen über der Badoberfläche im Schmelzofen, von der Größe der Badoberfläche und der Temperatur der Schmelze. Die sicherste Methode, ein Brennen der Magnesiumschmelze zu vermeiden, ist daher die, den Sauerstoffgehalt der Schutzatmosphäre unter der oben angegebenen Grenze zu halten. Wird diese Grenze überschritten, muß die auf die Schmelzbadoberfläche geleitete Menge an verflüssigtem Gas erhöht werden. Ist der Sauerstoffgehalt wieder unter die Höchstgrenze gefallen, kann die Flüssiggasmenge stufenweise reduziert werden, bis sich ein konstanter Sauerstoffpegel eingestellt'hat. Diese Regelung hat sich für die Dauer der Aufheizphase und der Gießphase bewährt.
Nach Beendigung der Aufheizphase hat es sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung bei offenen Gießsystemen als vorteilhaft erwiesen, mit Beginn der Gießphase die der Schmelzbadoberfläche zugeführte Menge an verflüssigtem Gas für die Dauer der Gießphase gegenüber der Aufheizphase zu erhöhen. Diese Maßnahme gewährleistet eine konstante Schutzwirkung auch beim Uebergang von der Aufheizphase zur Gießphase in der die Badoberfläche abgekrätzt wird. Beim Gießen selbst sinkt der Badspiegel und das Volumen oberhalb der Schmelzbadoberfläche vergrößert sich ständig, weshalb vor allem bei offenen Gießsystemen zur Gewährleistung der Sauerstoffkonzentration von kleiner als 1 Vol% die Zugabe von Flüssiggas zu erhöhen ist.
Beispiel : In einem Ofen mit einem Volumen von ca. 85 Litern wurden bis zu 50 kg Magnesiumlegierung geschmolzen und anschließend gegossen (offenes Systems). Während der Aufheizphase wurden 2 kg Flüssigargon/h, während der Gießphase 4 kg Flüssigargon/h auf die Schmelzbadoberfläche geleitet.
Zu keiner Zeit, ob in der Aufheizphase, während des Abkråtzens der Schmelze, noch während der Gießphase, waren irgenwelche Anzeichen eines Brandes festzustellen. Sämtliche gegossenen Teile sind im Automobilbau verwendbar.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß das erfindungsgemäße Verfahren, das nicht nur im Schmelzofen, sondern auch in geschlossenen oder offenen Gießeinrichtungen mit Vorteil anwendbar ist, auf wirksame Weise das Brennen einer Magnesiumschmelze verhindert und die Herstellung qualitativ hochwertiger Guß stücke unter umweltfreundlichen Bedingungen wirtschaftlich ermöglicht.

Claims

1. Verfahren zum Schützen der Badoberfläche einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Magnesiumlegierung, wobei über der Schmelzbadoberfläche eine im wesentlichen aus inertem Gas bestehende Schutzgasatmosphäre errichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schmelzbadoberfläche verflüssigtes Inertgas, vorzugsweise Argon oder Stickstoff gegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre bestimmt und die Menge des pro Zeiteinheit derSchmelzbadoberfläche zugeführten verflüssigten Gases anhand des gemessenen Sauerstoffgehaltes so eingestellt wird, daß der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre stets unter 1 Vol.% bleibt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Schmelzbadoberfläche zugeführte Menge an verflüssigtem Gas in einem offenen System während der Gießphase gegenüber der Aufheizphase erhöht wird.