DE3617056A1

DE3617056A1 - Verfahren zum entgasen und raffinieren von leichtmetallschmelzen

Info

Publication number: DE3617056A1
Application number: DE19863617056
Authority: DE
Inventors: Guenther Prof Dipl Chem Kraft
Original assignee: Riedelbauch & Stoffregen GmbH
Current assignee: Riedelbauch & Stoffregen GmbH
Priority date: 1986-05-21
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1987-11-26
Also published as: EP0248994A1; DE3617056C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen und Raffinieren von Schmelzen aus Aluminium oder Magnesium und deren Legierungen.

Es ist bekannt, daß die Behandlung von Schmelzen des Aluminiums und Magnesiums sowie deren Legierungen mit Stickstoff, Chlorgas oder mit Chlor abspaltenden Mitteln, wie Metallchloride oder chlorhaltige organische Verbindungen, einen günstigen Effekt auf die Dichtigkeit des Gusses bewirkt. Eine derartige Behandlung entfernt gelöste Gase, insbesondere Wasserstoff, wie auch oxidische und andere feste Teilchen aus der Schmelze (DE-PS 7 33 616, DE-PS 5 89 988). Die bekannten Verfahren zur Entfernung des Wasserstoffs aus Leichtmetall-Legierungsschmelzen sind entweder sehr aufwendig und im Betrieb nur schwierig zu handhaben, oder sie vermeiden die Gasporosität nicht mit der genügenden Betriebssicherheit.

Eine Behandlung der Schmelze mit Chlorgas hat relativ aufwendige Installationen zur Voraussetzung, es wirkt äußerst korrosiv und ist ein gefährlicher Arbeitsstoff.

Hexachlorethan als die wohl bekannteste Chlor-abspaltende Substanz besitzt einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad als das Chlor und bildet zudem Zersetzungsprodukte, wie z.B. Hexachlorbenzol, Oktochlorstyrol und ähnliche hochchlorierte Verbindungen, welche die Umwelt außerordentlich belasten.

Schwermetall-Chloride sind zwar weitgehend frei von vorgenannten Nachteilen, sind jedoch mehr oder weniger in unerwünschter Weise hygroskopisch wie auch toxisch und verunreinigen zudem die Schmelzen mit ihrer metallischen Komponente. Die nicht gasförmigen Behandlungsstoffe werden üblicherweise in Block- oder Tablettenform angewendet.

Den vorgenannten Behandlungsstoffen ist gemeinsam, daß sie sich bei ihrer Reaktion mit aluminiumhaltigen Schmelzen zu Aluminiumchlorid umsetzen, welches das die Schmelzen eigentlich durchspülende Gas ist. Auf diese Weise wird Aluminium und/oder Magnesium in nennenswerter Menge verbraucht. Es ist daher auch bekannt, beide Behandlungsmethoden zu kombinieren und in einer Art Trägergasverfahren einen mit dampfförmigem Aluminiumchlorid beladenen Stickstoffstrom durch die Schmelze hindurchzuperlen ("Chem. Abstr.", Vol. 86, Ref. 77381 h, Vol. 84, Ref. 183800 n). Es ist ersichtlich, daß dies ein technologisch aufwendiger und im Hinblick auf die gegebenen Dampfdruckverhältnisse zudem zeitraubender Prozeß ist, da Aluminiumchlorid eine äußerst hygroskopische Substanz ist, die unter Normaldruck nicht schmilzt, sondern bei etwa 190°C sublimiert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten, insbesondere vorgenannten Verfahren zu vermeiden und ein in der Gießereipraxis des Leichtmetallgusses ebenso einfach wie wirtschaftlich zu handhabendes, effizientes Verfahren bereitzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der vorgenannten Art zum Entgasen und Raffinieren von Schmelzen aus Aluminium oder Magnesium und deren Legierungen durch Behandeln mit Aluminiumchlorid gemäß der Erfindung in der Weise ausgestaltet, daß ein Formling aus wasserfreiem Aluminiumchlorid in die Schmelze eingebracht wird.

Da der Formling eine geringere Dichte besitzt, als die Leichtmetall- bzw. Leichtmetall-Legierungsschmelze hat, wird er zweckmäßig mit einer an sich bekannten Tauchglocke unter die Oberfläche der Schmelze gebracht und dort bis zur völligen Verdampfung gehalten. Als Formlinge eignen sich insbesondere bindemittelfreie Preßkörper. Mit Vorteil werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch Formlinge eingesetzt, die bei erhöhtem Druck aus einer Aluminiumchloridschmelze hergestellte Gießkörper sind. Granulate können ebenfalls verwendet werden.

Im allgemeinen genügt die verkleinerte und verdichtete Oberfläche des Formlings bereits, um die Einwirkung der Luftfeuchtigkeit für eine hinreichende Zeit bei der Vorbereitung der Behandlung weitgehend auszuschließen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden jedoch in dem erfindungsgemäßen Verfahren Formlinge verwendet, die mit einer Feuchtigkeit ausschließenden Umhüllung versehen worden sind. Zweckmäßig besteht die Umhüllung aus einem metallischen Werkstoff entsprechend dem Metall der Schmelzen, beispielsweise aus Aluminium oder Magnesium. Die Umhüllung kann beispielsweise als Folienmantel, Behälter oder Quetschhülse ausgebildet sein. Die Form der Umhüllung ist nicht kritisch und richtet sich im allgemeinen nach der Eigenart des Herstellungsverfahrens für den Formling. Beispielsweise kann ein kontinuierlich hergestellter Preßstrang oder Gießstrang aus wasserfreiem Aluminiumchlorid zweckmäßig in z.B. dünnwandige Aluminiumrohre eingeführt und in bestimmten Längen abgequetscht werden. Zwar ist der metallummantelte oder in metallische Hüllen eingebrachte Formling aus wasserfreiem Aluminiumchlorid im allgemeinen bei der Behandlung von Leichtmetallschmelzen aus Gründen der erzielbaren höheren Reinheit der Schmelze vorzuziehen, doch kann in manchen Fällen auch die Ummantelung mit einem organischen polymeren Material ausreichend sein. Beispielsweise können Preßstränge oder Gießstränge aus wasserfreiem Aluminiumchlorid in eine Folie aus halogenhaltigem Vinylpolymerisat in bestimmten Mengen eingeschweißt werden.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Behandlungsgefäß für die Leichtmetallschmelze in an sich bekannter Weise mit einem Deckel versehen werden, der auch zur Rückgewinnung des sublimierten Aluminiumchlorids bei geeigneter Kühlung dient.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darin zu sehen, daß der Wirkstoff von Beginn der Schmelzebehandlung an seine volle Aktivität entfalten kann, daß keine Feuchtigkeit in die Schmelze eingebracht wird und dadurch keine zusätzlich zu entfernenden Verunreinigungen geschaffen werden, ferner daß kein Schmelzmetall durch Bildung von Halogenverbindungen verloren geht, ferner daß die Behandlung in wenigen Minuten unter praktisch vollständiger Ausschwemmung von festen verunreinigenden Teilchen und unter praktisch völliger Austreibung des gelösten Wasserstoffs beendet ist. Des weiteren wird ein umweltfreundlicheres Verfahren bereitgestellt und mögliche Gefahren für die Gesundheit des Arbeitspersonals verringert oder beseitigt.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher und beispielhaft erläutert.

Beispiel 1

In 500 kg Schmelze einer Legierung vom Typ G-AlMg 3 wurde bei 750°C ein Preßling aus wasserfreiem Aluminiumchlorid im Gewicht von 250 g, verpackt in einer Dose aus Aluminiumblech, mit Hilfe einer Tauchglocke herkömmlicher Form bis auf den Boden des Schmelzgefäßes eingeführt.

Die Reaktionsdauer betrug wenige Minuten.

Ausgangsgasgehalt der
Schmelze0,22 ml H₂/100 g Gasgehalt nach der
Behandlung0,06 ml H₂/100 g

Beispiel 2

In eine Schmelze aus Reinaluminium im Gewicht von 1 t wurden bei 730°C 2 Preßlinge aus wasserfreiem Aluminiumchlorid im Gewicht von je 250 g, jeweils verpackt in einer Dose aus Aluminiumblech, nacheinander mit Hilfe einer Tauchglocke herkömmlicher Form bis auf den Boden des Schmelzgefäßes eingeführt.

Die Reaktionsdauer lag bei etwa 5 Minuten.

Gehalt der Schmelze an oxidischen
Verunreinigungen vor der Behandlung,
ausgedrückt in g/t Sauerstoff8 Entsprechender Gehalt der Schmelze
nach der Behandlung≦ 1

Ähnliche Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Behandlung mit einem gegossenen Körper vorgenommen wurde. Der Behandlungskörper wurde durch Eingießen von geschmolzenem Aluminiumchlorid unter einem Druck von 3 atm bei 250°C in einen schlanken, zylindrischen dünnwandigen Aluminiumbehälter und anschließendes Verschließen hergestellt. Mit Behandlungskörpern gleichen Gewichts wurden entsprechend der Behandlungsweise der Beispiele 1 bzw. 2 folgende Ergebnisse erzielt (=Beispiele 3 bzw. 4).

Beispiel 3

Reaktionsdauer etwa 4 Minuten

Ausgangsgasgehalt der
Schmelze0,18 ml H₂/100 g Gasgehalt nach der
Behandlung0,04 ml H₂/100 g

Beispiel 4

Reaktionsdauer etwa 6 Minuten

Gehalt der Schmelze an oxidischen
Verunreinigungen vor der Behandlung,
ausgedrückt in g/t Sauerstoff12 Entsprechender Gehalt nach der
Behandlung≦ 1

Claims

1. Verfahren zum Entgasen und Raffinieren von Schmelzen aus Aluminium oder Magnesium sowie ihrer Legierungen durch Behandeln mit Aluminiumchlorid, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formling aus wasserfreiem Aluminiumchlorid in die Schmelze eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formling ein bindemittelfreier Preßkörper eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formling ein bei erhöhtem Druck aus schmelzflüssigem Aluminiumchlorid hergestellter Gußkörper eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formling ein durch Aufbaugranulierung hergestelltes Granulat eingebracht wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formling mit einer Feuchtigkeit ausschließenden Umhüllung eingebracht wird.