DE3109066C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen der Bad­ oberfläche einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Magnesiumlegierung, bei dem über der Schmelzbadoberfläche eine im wesentlichen aus inertem Gas bestehende Schutzgas­ atmosphäre aufrechterhalten wird.

Geschmolzenes Magnesium nimmt wegen seiner enorm hohen Affinität zu Sauerstoff eine Sonderstellung unter den Me­ tallschmelzen ein. Um ein Entzünden und Brennen einer Ma­ gnesiumschmelze zu verhindern, ist es notwendig, den Zutritt von Sauerstoff zur Magnesiumschmelze zu verhindern. Zu die­ sem Zweck sind zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden (siehe Gießerei-Praxis, 1970, Nr. 7, Seite 108 und Gießerei 62 (1975), Nr. 3, Seiten 51 bis 63).

Es ist also bekannt, mit Hilfe von Abdecksalzen auf der Badober­ fläche 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.

Ein Brand muß mit Abdecksalzen gelöscht werden, wobei die Restschmelze dann zu verwerfen ist.

Neben diesen Kenntnissen speziell bezüglich des Umgangs mit Magnesiumschmelzen ist weiterhin bekannt, beim Gießen von Metall in eine sich drehende Kokillenform zum gleichzeitigen Schutz der Oberfläche des Metallbades und des Innenvolumens der Form vor dem Gießen einen gesteuerten Strahl eines inerten, verflüssigten Gases auf die Oberfläche des Bades zu lenken und auch zum anderen Teil in das Innere der sich drehenden Kokillenform einzuführen (DE-OS 28 23 173). Das Aufbringen einer nicht genauer definierten Menge verflüs­ sigten Inertgases auf eine Schmelze genügt aber nicht den Bedürf­ nissen bei der Verarbeitung von Magnesiumschmelze.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schützen der Badoberfläche einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Magnesiumlegierung bereitzustellen, mit dem auf wirtschftliche und umweltfreundliche Weise die Badoberfläche sicher vor Bränden und anderen Oxydationen geschützt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Wird beispielsweise auf die Badoberfläche der Magnesium­ schmelze flüssiges Argon geleitet, so wird aufgrund Volumenänderung während des Ver­ dampfens - aus einem Liter Flüssigargon bilden sich 836 Liter Argongas bei 15°C und 1 bar - der in der Luft enthaltende Sauerstoff im Ofenraum ausgespült. Es ist festgestellt worden, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren 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 Schutz­ atmosphäre 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-Beryl­ lose ist ausgeschlossen, so daß das erfindungsgemäße Ver­ fahren umweltfreundlich ist. Die hergestellten Gußteile ha­ ben keine Salzeinschlüsse und sind somit korrosionsbestän­ diger 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 über­ legen 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 Argon­ gases oder Stickstoffgases mit denen eines Liters Schwefel­ hexafluorid-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 Aus­ bildung einer Schwefelhexafluorid-Schutzatmosphäre erforder­ lich ist, jedoch bewirkt der günstigere Preis Kosteneinspa­ rungen bis zu etwa 75%.

Wird die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannte Grenze für den Sauerstoffgehalt nicht überschritten, so kann ein Brennen einer Magnesiumschmelze sicher vermieden werden. Die Menge des der Schmelzbadober­ fläche zuzuführenden Flüssiggases ist von mehreren Parame­ tern abhängig, z. B. von dem Volumen über der Badoberfläche im Schmelzofen, von der Größe der Badoberfläche und der Tem­ peratur der Schmelze. Die sicherste Methode, ein Brennen der Magnesiumschmelze zu vermeiden, ist daher die, den Sauer­ stoffgehalt der Schutzatmosphäre unter der oben angegebenen Grenze zu halten. Wird diese Grenze überschritten, muß die auf die Schmelzbadoberfläche geleitete Menge an verflüssig­ tem Gas erhöht werden. Ist der Sauerstoffgehalt wieder unter die Höchstgrenze gefallen, kann die Flüssiggasmenge stufenwei­ se 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 bei offenen Gießsystemen ergeben, daß sich mit Beginn der Gießphase die der Schmelzbad­ oberfläche zugeführte Menge an verflüssigtem Gas für die Dauer der Gießphase gegenüber der Aufheizphase erhöht. Dies gewährleistet eine konstante Schutzwirkung auch beim Übergang 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 Gieß­ systemen zur Gewährleistung der Sauerstoffkonzentration von kleiner als 1 Vol% die Zugabe von Flüssiggas sich erhöht.

Beispiel

In einem Ofen mit einem Volumen von ca. 85 Litern werden bis zu 50 kg Magnesiumlegierung geschmolzen und anschließend gegossen (offenes Systems). Während der Aufheizphase sind 2 kg Flüssigargon/h, während der Gießphase 4 kg Flüssig­ argon/h auf die Schmelzbadoberfläche zu leiten.

Zu keiner Zeit, ob in der Aufheizphase, während des Ab­ kratzens der Schmelze, noch während der Gießphase, sind dabei irgendwelche Anzeichen einer Oxidation oder 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 Magne­ siumschmelze verhindert und die Herstellung qualitativ hoch­ wertiger Gußstücke unter umweltfreundlichen Bedingungen wirt­ schaftlich ermöglicht.

Claims (2)

1. Verfahren zum Schützen der Badoberfläche einer Magnesium­ schmelze oder einer Schmelze einer Magnesiumlegierung, bei dem über der Schmelzbadoberfläche eine aus inerten Gas bestehende Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß anhand des gemessenen Sauerstoffgehaltes der Schutzgas­ atmosphäre eine solche Menge eines verflüssigten Inert­ gases pro Zeiteinheit der Schmelzoberfläche zugeführt wird, daß der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre stets unter 1 Vol.-% bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als verflüssigtes Inertgas Stickstoff oder Argon ver­ wendet wird.