EP1242641A1 - Verfahren zur herstellung einer aluminium-titan-bor-vorlegierung als kornfeinungsmittel - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer aluminium-titan-bor-vorlegierung als kornfeinungsmittel

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EP1242641A1
EP1242641A1 EP00983193A EP00983193A EP1242641A1 EP 1242641 A1 EP1242641 A1 EP 1242641A1 EP 00983193 A EP00983193 A EP 00983193A EP 00983193 A EP00983193 A EP 00983193A EP 1242641 A1 EP1242641 A1 EP 1242641A1
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EP
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melt
master alloy
aluminum
particles
tib
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Walter Hotz
Heinrich Homberger
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3A Composites International AG
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Alcan Technology and Management Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys

Definitions

  • the invention relates to a process for producing a refining agent based on an aluminum-titanium-boron master alloy by introducing Ti and B-containing starting materials into an aluminum melt to form TiB 2 particles and allowing this master alloy melt to solidify.
  • EP-A-0396389 discloses a process for the continuous production of an Al-Ti-B refining alloy, in which Ti and B-containing starting materials are added in a reaction zone to an aluminum melt, the melt being stirred in the reaction zone. A mixture of the alloy formed is continuously fed together with the reaction products to a cleaning zone in which the slag with reaction products is collected on the surface of the melt and removed. The formed refining alloy is continuously fed from the cleaning station to a casting station, in which the melt is continuously cast into a strand.
  • the cast strand can either have the desired strand or wire thickness directly, or it can be processed into the desired grain refining material by further processing by rolling or extrusion.
  • the TiB particles in the Al-Ti-B refining agents known today have a strong tendency to form agglomerates. This results in a reduced effect of the grain refining agent. Further disadvantages result from agglomerates and inclusions, which can lead to errors in the end product. Examples include gray lines, holes, material separations and stringers.
  • agglomerates occur preferentially on low-melting salts such as KF and NaCl as well as on oxide skins and can thereby further increase.
  • the agglomerates as such are "soft", can force themselves through filters and as such end up in a cast strand.
  • the invention is therefore based on the object of providing a process for producing an Al-Ti-B grain refining agent with which the formation of agglomerates of TiB 2 particles can be largely prevented and existing agglomerates can be deagglomerated.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned above in that the master alloy between the liquidus temperature of the Al 3 Ti phase and the solidus temperature of the master alloy is set in motion for a sufficient period of time for the dispersion of the TiB 2 particles in the melt and simultaneously with is cooled at a first cooling rate, so that the TiB 2 particles act as nuclei for the Al 3 Ti phase that arises below the liquidus temperature and the surface of the TiB 2 particles are at least partially covered with a coating of Al 3 Ti, and that the master alloy is subsequently cooled below the solidus temperature of the master alloy with a second cooling rate that is higher than the first cooling rate.
  • moving the melt is understood to mean all process steps which are suitable for preventing the formation of agglomerates of TiB 2 - Largely prevent particles and deagglomerate existing agglomerates. These include mechanical stirring and vibrating processes with high revolutions of the agitator as well as the generation of cavitation, ie the formation of bubbles, the implosion of which creates shock waves that lead to the deagglomeration of agglomerated particles.
  • the latter methods include, for example, ultrasound treatment and vibration using a magnetohydrodynamic resonator.
  • the refining agent produced by the process according to the invention brings about an improved and more homogeneous effect of the refining agent, particularly in the refining of casting formats made of aluminum alloys, through a more homogeneous distribution of the individual TiB 2 particles, a better coating of the TiB 2 particles with Al 3 Ti phase and one Reduction or dispersion of any salts and oxide inclusions that may still be present in the refining agent.
  • the master alloy is preferably set in motion before the liquid temperature of the Al 3 Ti phase is fallen below.
  • the effect of the refining agent produced according to the invention is shown by the fact that the individual, approximately 0.5 to 5 ⁇ m large TiB 2 particles have an excellent germination effect as a result of a coating formed from a thin Al 3 Ti layer, and the particles are isolated and not as agglomerates act so that a comparable refinement can be achieved with a significantly smaller amount of refinement than with grain refiners according to the prior art.
  • the liquidus temperature of the Al 3 Ti phase may be dropped below prematurely. This is particularly the case when a master alloy with a high Ti content and a correspondingly higher liquidus temperature is produced or when a master alloy that has already solidified is assumed.
  • any Al 3 Ti particles that have already precipitated can be completely dissolved again. This process typically takes 5 to 60 minutes, depending on the size of the Al 3 Ti particles.
  • the movement of the melt is generated by means of sound, preferably by means of ultrasound, the melt being expediently sonicated at a frequency of 50 Hz to 50 kHz, preferably at least 10 to 30 kHz.
  • the second cooling rate is preferably greater than 1 ° C / sec, in particular greater than 5 ° C / sec and particularly preferably greater than 10 ° C / sec.
  • the master alloy melt can be cast into any format.
  • a strand which is expediently produced by vertical or horizontal continuous casting is preferred.
  • This strand can either already be cast in the format of the rod or wire material desired as a refining agent or can be processed into rod or wire material in a further operation by rolling or pressing.
  • Vertically cast, large-sized strands are mainly processed by extrusion.
  • Horizontal continuous casting of formats with a relatively small diameter is preferred, since this process allows continuous production.
  • the horizontally cast continuous casting formats are preferably processed by rolling to the desired rod or wire material.
  • a master alloy produced using the method according to the invention has a composition whose total titanium content exceeds the stoichiometric ratio of TiB 2 .
  • a preferred alloy used contains titanium and boron in a weight ratio of 5: 2 to 10: 1.
  • the process is suitable for the production of master alloys with 0.15 to 20% by weight of titanium and 0.01 to 4% by weight of boron, it has proven to be advantageous if the master alloy contains 0.3 to 5, preferably 0.5 to 2,% by weight. % Ti and 0.02 to 1, preferably 0.05 to 0.5 wt .-% B contains.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of refining agents for the refining of aluminum and aluminum alloys.
  • the Al-Ti equilibrium diagram shown in FIG. 1 shows the schematically illustrated process sequence for producing an Al-Ti-B master alloy for refining aluminum alloys.
  • a master alloy produced by the process according to the invention with a composition corresponding to AITi0.7B0.1, which contains about 0.5% titanium not bound to boron, has an initial temperature of about 840 ° C. and is therefore above that for this alloy composition at about 800 ° C. lying liquidus temperature T A ß ⁇ i of the AI 3 Ti phase.
  • the graphic representation A of the alloy phases to the left of the 0.5% Ti line shows the processes during the preparation of an already solidified master alloy, the representation B to the right of the 0.5% Ti line the processes during the solidification of the master alloy.
  • the master alloy melt contains TiB 2 particles in partially agglomerated form. Even before the liquidus temperature T L A i3Ti is undershot and until shortly before the solidus temperature T s v of the pre-alloy of the AI 3 Ti phase is reached, the partially agglomerated TiB 2 particles are subjected to a strong melt movement using ultrasound treatment at a frequency of, for example, 25 kHz deagglomerated and homogeneously distributed.
  • Simultaneous controlled cooling with a first cooling speed Vi of, for example, 0.5 ° C./sec causes the deposition of a thin layer of the Al 3 Ti phase on the parallel surfaces of the TiB 2 particles and at the same time prevents the formation of coarse-grained Al 3 Ti particles .
  • a second cooling speed v 2 higher than the first cooling speed vi of, for example, 10 ° C./sec below the solidus temperature T s v of the master alloy it is ensured that the Al 3 Ti layer does not adhere to the TiB 2 particles completely dissolves and no further formation or coarsening of Al 3 Ti particles occurs.
  • a system 10 shown in FIG. 2 for producing an Al-Ti-B master alloy for refining aluminum alloys comprises a reaction vessel 12 with an inlet channel 14 in its upper region and an outlet channel 16 in its lower region.
  • the reaction vessel 12 is surrounded by an induction motor 18 as an electromagnetic stirring device with which the aluminum melt 20 located in the reaction vessel 12 is stirred vigorously to form a vortex 22.
  • Ti- and B-containing salts such as K 2 TiF 6 and KBF 4 are guided in the direction of arrow 24 into the vortex 22, which draws the salts into the aluminum melt 20.
  • the aluminum melt 20 with the reaction products is subsequently passed through the outlet channel 16 via a further inlet channel 26 into the upper one
  • An aftertreatment boiler 28 Area of an aftertreatment boiler 28 out.
  • Another electronic Magnetic stirring device 30 in the lower region of the aftertreatment boiler 28 leads to a lower turbulent zone 32 and an upper calming zone 34.
  • the slag 36 formed by reaction products is removed from the aftertreatment boiler 28 via the removal opening 38.
  • the cleaned aluminum melt 20 with the elements titanium and boron contained therein is fed as a pre-alloy in the lower region of the aftertreatment boiler 28 via a casting trough 38 to a mold, not shown in the drawing, of a horizontal continuous casting machine.
  • Two ultrasonic transmitters 40, 42 are arranged in the region of the casting trough 38, the sonotrodes 44, 46 of which immerse in the melt.
  • An induction heater 48 arranged below the casting trough 38 serves to heat the melt if its temperature should have already dropped below the liquidus temperature T L A ⁇ 3 ⁇ i of the AI 3 Ti phase when the melt flows into the casting trough 38 into the casting trough 38.

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Kornfeinungsmittels auf der Basis einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung werden Ti- und B-haltige Ausgangsmaterialien in eine Aluminiumschmelze unter Bildung von TiB2-Partikeln eingebracht und diese Vorlegierungsschmelze erstarren gelassen. Die Vorlegierung wird zwischen der Liquidustemperatur (TLAl3Ti) der Al3Ti-Phase und der Solidustemperatur (TVS) der Vorlegierung während einer zur Dispergierung der TiB¿2?-Partikel in der Schmelze ausreichenden Zeitdauer (Δtd) in Bewegung versetzt und gleichzeitig mit einer ersten Abkühlungsgeschwindigkeit (v1) abgekühlt, so dass die TiB2-Partikel als Keime für die unterhalb der Liquidustemperatur (T?L¿Al3Ti) entstehende Al3Ti-Phase wirken und die Oberfläche der TiB2-Partikel zumindest teilweise mit einem Überzug aus Al3Ti bedeckt werden. Die Vorlegierung wird nachfolgend mit einer gegenüber der ersten Abkühlungsgeschwindigkeit (v1) höheren zweiten Abkühlungsgeschwindigkeit (v2) unter die Solidustemperatur (TSV) der Vorlegierung abgekühlt. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Kornfeinungsmitteln für die Kornfeinung von Aluminium und Aluminiumlegierungen.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung als Komfeinungsmittel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Komfeinungsmittels auf der Basis einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung durch Einbringen von Ti- und B-haltigen Ausgangsmaterialien in eine Aluminiumschmelze unter Bildung von TiB2-Partikeln und Erstarrenlassen dieser Vorlegierungsschmelze.
In der EP-A-0396389 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Al-Ti-B-Komfeinungslegierung offenbart, bei welchem Ti- und B-haltige Ausgangsmaterialien in einer Reaktionszone einer Aluminiumschmelze zugegeben werden, wobei die Schmelze in der Reaktionszone gerührt wird. Eine Mischung der gebildeten Legierung wird zusammen mit den Reaktionsprodukten kontinuierlich einer Reinigungszone zugeführt, in welcher die Schlacke mit Reakti- onsprodukten an der Oberfläche der Schmelze gesammelt und abgeführt wird. Die gebildete Komfeinungslegierung wird kontinuierlich von der Reinigungsstation zu einer Giessstation geführt, in welcher die Schmelze kontinuierlich zu einem Strang vergossen wird. Der gegossene Strang kann entweder direkt die gewünschte Strang- oder Drahtdicke aufweisen, oder er kann durch weitere Bearbeitung durch Walzen oder Strangpressen zum gewünschten Korn- feinungsmaterial verarbeitet werden.
In dem Artikel von P. Schumacher et al, New studies of nucleation mechanisms in aluminium alloys: implications for grain refinement practice, Materials Science and Technology, May 1998, Vol. 14, Seiten 394 bis 404, ist eine plausible Theorie zum Ablauf der Vorgänge bei der Komfeinung von Aluminiumlegierungen durch Zugabe einer Al-Ti-B-Vorlegierung der beispielsweisen Zusammensetzung AITi5B1 bekannt. Nach dieser Theorie ergeben sich die besten Komfeinungsergebnisse dann, wenn die in der Aluminiumschmelze unlös- liehen TiB2-Partikel an deren Oberfläche zumindest teilweise mit einer Schicht aus AI3Ti-Phase belegt ist. Die Keimbildung der α-Aluminium-Phase erfolgt an den AI3Ti-Schichten, deren Wirkung mit abnehmender Schichtdicke zunimmt.
Die TiB -Partikel in den heute bekannten Al-Ti-B-Komfeinungsmitteln neigen stark zur Bildung Agglomeraten. Dadurch ergibt sich eine verminderte Wirkung des Kornfeinungsmittels. Weitere Nachteile ergeben sich durch Agglomerate und Einschlüsse, die zu Fehlern im Endprodukt führen können. Beispiele hierfür sind Grauzeilen, Löcher, Materialtrennungen und Stringers. Zudem treten Agglomerate bevorzugt an niedrig schmelzenden Salzen wie beispielsweise KF und NaCI sowie an Oxidhäuten auf und können sich dadurch weiter ver- grössern. Die Agglomerate sind als solche „weich", können sich durch Filter zwängen und gelangen als solche in einen gegossenen Strang.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Al-Ti-B-Kornfeinungsmittels bereitzustellen, mit welchem die Bildung von Agglomeraten von TiB2-Partikeln weitgehend unterbunden werden kann und bereits vorhandene Agglomerate deagglomeriert werden können.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Vorlegierung zwischen der Liquidustemperatur der AI3Ti-Phase und der Solidustemperatur der Vorlegierung während einer zur Dispergierung der TiB2-Partikel in der Schmelze ausreichenden Zeitdauer in Bewegung versetzt und gleichzeitig mit einer ersten Abkuhlungsgeschwindigkeit abgekühlt wird, so dass die TiB2-Partikel als Keime für die unterhalb der Liquidustemperatur entstehende AI3Ti-Phase wirken und die Oberfläche der TiB2-Partikel zu- mindest teilweise mit einem Überzug aus AI3Ti bedeckt werden, und das die Vorlegierung nachfolgend mit einer gegenüber der ersten Abkuhlungsgeschwindigkeit höheren zweiten Abkuhlungsgeschwindigkeit unter die Solidustemperatur der Vorlegierung abgekühlt wird.
Unter dem Begriff „Bewegen der Schmelze" werden alle Verfahrensschritte verstanden, die dazu geeignet sind, die Bildung von Agglomeraten von TiB2- Partikeln weitgehend zu unterbinden und bereits vorhandene Agglomerate zu deagglomerieren. Hierzu gehören unter anderem mechanische Rühr- und Vibrierverfahren mit hohen Umdrehungszahlen des Rührwerkes sowie die Erzeugung von Kavitation, d.h. die Bildung von Blasen, deren Implosion Schockwel- len erzeugen, die zur Deagglomerierung agglomerierter Partikel führen. Zu den letztgenannten Verfahren gehören beispielsweise die Ultaschallbehandlung sowie die Vibration mittels eines magnetohydrodynamischen Resonators.
Das mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Komfeinungsmittel bewirkt insbesondere bei der Komfeinung von Gussformaten aus Aluminiumlegierungen eine verbesserte und homogenere Wirkung des Komfeinungsmittels durch eine homogenere Verteilung der einzelnen TiB2-Partikel, eine bessere Beschichtung der TiB2-Partikel mit AI3Ti-Phase sowie eine Verminderung oder Dispergierung allenfalls noch vorhandener Salze und Oxideinschlüsse im Komfeinungsmittel.
Bevorzugt wird die Vorlegierung bereits vor dem Unterschreiten der Liqui- dustemperatur der AI3Ti-Phase in Bewegung versetzt.
Die Wirkung des erfindungsgemäss hergestellten Komfeinungsmittels zeigt sich dadurch, dass die vereinzelten, etwa 0.5 bis 5 μm grossen TiB2-Partikel als Folge eines sich bildenden Überzuges aus einer dünnen AI3Ti-Schicht eine ausgezeichnete Keimwirkung zeigen und die Partikel vereinzelt und nicht als Agglomerate wirken, so dass eine vergleichbare Komfeinung mit einer erheb- lieh kleineren Menge an Komfeinungsmittel erzielt werden kann als mit Korn- feinungsmitteln nach dem Stand der Technik. In der Praxis bedeutet dies, dass die Komfeinungsmittel in wesentlich verdünnterer Form hergestellt werden können, was die Neigung der TiB2-Partikel zur Agglomeratbildung zusätzlich weiter vermindert.
Je nach Konstellation der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfah- rens eingesetzten Vorrichtung kann es vorkommen, dass die Liquidustempe- ratur der AI3Ti-Phase vorzeitig unterschritten wird. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn eine Vorlegierung mit einem hohen Ti-Gehalt und entsprechend erhöhter Liquidustemperatur hergestellt oder wenn von einer bereits erstarrten Vorlegierung ausgegangen wird. Durch erneutes Aufheizen der Schmelze über die Liquidustemperatur können bereits ausgeschiedene AI3Ti-Partikel wieder vollständig in Lösung gebracht werden. Dieser Vorgang benötigt typischerweise 5 bis 60 min, je nach Grosse der AI3Ti-Partikel.
Bei einem besonders bevorzugten erfindungsgemässen Verfahren wird die Bewegung der Schmelze mittels Schall, vorzugsweise mittels Ultraschall, erzeugt, wobei die Schmelze zweckmässigerweise mit einer Frequenz von 50 Hz bis 50 kHz, vorzugsweise mit mindestens 10 bis 30 kHz, beschallt wird.
Die zweite Abkuhlungsgeschwindigkeit ist bevorzugt grösser als 1 °C/sec, insbesondere grösser als 5°C/sec und besonders bevorzugt grösser als 10°C/sec.
Die Vorlegierungsschmelze kann zu irgendeinem Format vergossen werden. Bevorzugt wird jedoch ein zweckmässigerweise durch Vertikal- oder Horizon- talstranggiessen kontinuierlich hergestellter Strang. Dieser Strang kann entweder bereits im Format des als Komfeinungsmittel gewünschten Stangen- oder Drahtmaterials gegossen oder in einem weiteren Arbeitsgang durch Walzen oder Pressen zu Stangen- oder Drahtmaterial verarbeitet werden. Vertikal gegossene, grossformatige Stränge werden vor allem durch Strangpressen wei- terverarbeitet. Bevorzugt wird das Horizontalstranggiessen von Formaten mit verhältnismässig kleinem Durchmesser, da dieses Verfahren eine kontinuierliche Herstellung erlaubt. Die horizontal gegossenen Stranggiessformate werden bevorzugt durch Walzen zum gewünschten Stangen- oder Drahtmaterial verarbeitet.
Eine mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Vorlegierung weist eine Zusammensetzung auf, deren Gesamtgehalt an Titan das stöchimetrische Verhältnis von TiB2 übersteigt. Eine bevorzugt eingesetzte Vorlegierung enthält Titan und Bor im Gewichtsverhältnis 5:2 bis 10:1. Obschon sich das Verfahren zur Herstellung von Vorlegierungen mit 0.15 bis zu 20 Gew.-% Titan und 0.01 bis 4 Gew.-% Bor eignet, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Vorlegierung 0.3 bis 5, vorzugsweise 0.5 bis 2 Gew.-% Ti und 0.02 bis 1 , vorzugsweise 0.05 bis 0.5 Gew.-% B enthält.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Komfeinungsmitteln für die Komfeinung von Aluminium und Aluminiumlegierungen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie an- hand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in
- Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem Al-Ti-Gleichgewichtsdiagramm;
- Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Anlage zur Herstellung einer Al-Ti-
B-Vorlegierung.
In dem in Fig. 1 dargestellten Al-Ti-Gleichgewichtsdiagramm ist der schematisch dargestellte Verfahrensablauf zur Herstellung einer Al-Ti-B-Vorlegierung zur Komfeinung von Aluminiumlegierungen eingezeichnet.
Eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Vorlegierung mit einer Zusammensetzung entsprechend AITi0.7B0.1 , die etwa 0.5% nicht an Bor gebundenes Titan enthält, weist eine Ausgangstemperatur von etwa 840°C auf und liegt somit über der für diese Legierungszusammensetzung etwa bei 800°C liegenden Liquidustemperatur T Aßτi der AI3Ti-Phase. Die bildliche Darstellung A der Legierungsphasen links von der 0.5% Ti-Linie zeigt die Vorgänge bei der Aufbereitung einer bereits erstarrten Vorlegierung, die Darstellung B rechts von der 0.5%Ti-Linie die Vorgänge während der Erstarrung der Vorlegierung.
Die Vorlegierungsschmelze enthält TiB2-Partikel in teilweise agglomerierter Form. Bereits vor dem Unterschreiten der Liquidustemperatur TL Ai3Ti und bis kurz vor dem Unterschreiten der Solidustemperatur Ts v der Vorlegierung der AI3Ti-Phase werden die teilweise agglomerierten TiB2-Partikel durch eine starke Schmelzebewegung mittels Ultraschallbehandlung bei einer Frequenz von beispielsweise 25 kHz deagglomeriert und homogen verteilt. Durch gleichzeitiges kontrolliertes Abkühlen mit einer ersten Abkühlgeschwindigkeit Vi von z.B. 0.5°C/sec wird die Abscheidung einer dünnen Schicht der AI3Ti-Phase auf den parallelen Oberflächen der TiB2-Partikel bewirkt und gleichzeitig die Bildung von grobkörnigen AI3Ti-Partikeln verhindert. Bei der nachfolgenden starken Abkühlung mit einer gegenüber der ersten Abkuhlungsgeschwindigkeit vi höheren zweiten Abkuhlungsgeschwindigkeit v2 von beispielsweise 10°C/sec unter die Solidustemperatur Ts v der Vorlegierung wird sichergestellt, dass sich die AI3Ti-Schicht auf den TiB2-Partikeln nicht vollständig auflöst und auch keine weitere Bildung bzw. Vergröberung von AI3Ti-Partikeln eintritt.
Eine in Fig. 2 gezeigte Anlage 10 zur Herstellung einer Al-Ti-B-Vorlegierung zum Kornfeinen von Aluminiumlegierungen umfasst einen Reaktionskessel 12 mit einem Einlasskanal 14 in dessen oberem Bereich und einem Auslasskanal 16 in dessen unterem Bereich. Der Reaktionskessel 12 ist umgeben von einem Induktionsmotor 18 als elektromagnetische Rühreinrichtung, mit der die sich im Reaktionskessel 12 befindende Aluminiumschmelze 20 unter Bildung eines Vortex 22 stark gerührt wird. Ti- und B-haltige Salze wie z.B. K2TiF6 und KBF4 werden in Pfeilrichtung 24 in den Vortex 22 geführt, welcher die Salze in die Aluminiumschmelze 20 hineinzieht.
Die Aluminiumschmelze 20 mit den Reaktionsprodukten wird nachfolgend durch den Auslasskanal 16 über einen weiteren Einlasskanal 26 in den oberen
Bereich eines Nachbehandlungskessels 28 geführt. Eine weitere elektro- magnetische Rühreinric itung 30 im unteren Bereich des Nachbehandlungskessels 28 führt zu einer unteren turbulenten Zone 32 und einer oberen beruhigten Zone 34. Die durch Reaktionsprodukte gebildete Schlacke 36 wird über die Entnahmeöffnung 38 aus dem Nachbehandlungskessel 28 entfernt.
Die gereinigte Aluminiumschmelze 20 mit den darin enthaltenen Elementen Titan und Bor wird als Vorlegierung im unteren Bereich des Nachbehandlungskessels 28 über eine Giessrinne 38 einer in der Zeichnung nicht gezeigten Kokille einer Horizontalstranggiessmaschine zugeführt. Im Bereich der Giessrinne 38 sind zwei Ultraschallgeber 40, 42 angeordnete, deren Sonotroden 44, 46 in die Schmelze eintauchen. Eine Unterhalb der Giessrinne 38 angeordnete Induktionsheizung 48 dient zum Aufheizen der Schmelze, falls deren Temperatur beim Einlauf der Schmelze vom Nachbehandlungskessel 28 in die Giessrinne 38 bereits unter die Liquidustemperatur TL Aι3τi der AI3Ti-Phase gefallen sein sollte.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Komfeinungsmittels auf der Basis einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung durch Einbringen von Ti- und B-haltigen Ausgangsmaterialien in eine Aluminiumschmelze unter Bildung von TiB2- Partikeln und Erstarrenlassen dieser Vorlegierungsschmelze,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorlegierung zwischen der Liquidustemperatur (TL A .) der AI3Ti-Phase und der Solidustemperatur (Ts v ) der Vorlegierung während einer zur Dis- pergierung der TiB2-Partikel in der Schmelze ausreichenden Zeitdauer (Δtd) in Bewegung versetzt und gleichzeitig mit einer ersten Abkuhlungsgeschwindigkeit (vi) abgekühlt wird, so dass die TiB2- Partikel als Keime für die unterhalb der Liquidustemperatur (TL A|3Ti) entstehende AI3Ti-Phase wirken und die Oberfläche der TiB2-Partikel zumindest teilweise mit einem Überzug aus AI3Ti bedeckt werden, und dass die Vorlegierung nachfolgend mit einer gegenüber der ersten Abkuhlungsgeschwindigkeit (vi) höheren Abkuhlungsgeschwindigkeit (v2) unter die Solidustemperatur (Ts ) der Vorlegierung abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlegierung vor dem Unterschreiten der Liquidustemperatur (TL A|3Ti) der AI3Ti- Phase in Bewegung versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorzeitigem Unterschreiten der Liquidustemperatur (TL A|3Ti) bzw. bei bereits erfolgter Erstarrung die Vorlegierung bis zum vollständigen Lösen bereits ausgeschiedener AI3Ti-Partikel in der Schmelze über die Liquidustemperatur ((T A|3Ti) aufgeheizt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Schmelze durch Rühren oder Vibrieren der Schmelze erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Schmelze durch Kavitation erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Schmelze mittels Schall, insbesondere mittels Ultraschall, erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze mit einer Frequenz von 50 Hz bis 50 kHz, vorzugsweise 10 bis 30 kHz, beschallt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Schmelze mittels eines magnetohydrodynamischen Resonators erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abkuhlungsgeschwindigkeit (v2) grösser ist als 1 °C/sec, vorzugsweise grösser als 2°C/sec, insbesondere grösser als 5°C/sec.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlegierungsschmelze zu einem Strang vergossen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein kontinuierlicher Strang, vorzugsweise durch Horizontalstranggiessen, hergestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strang weiter zu Komfeinungsstangen oder -draht gezogen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlegierung eine Zusammensetzung aufweist, deren Gesamtgehalt an Titan das stöchiometrische Verhältnis von TiB2 übersteigt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlegierung Ti und B im Gewichtsverhältnis 5:2 bis 10:1 enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlegierung 0.05 bis 20, vorzugsweise 0.1 bis 5, insbesondere 0.5 bis 2 Gew.-% Ti und 0.01 bis 4, vorzugsweise 0.02 bis 1 , insbesondere 0.05 bis 0.5 Gew.-% B enthält.
16. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Herstellung von Komfeinungsmitteln für die Komfeinung von Aluminium und Aluminiumlegierungen.
EP00983193A 1999-12-10 2000-11-30 Verfahren zur herstellung einer aluminium-titan-bor-vorlegierung als kornfeinungsmittel Expired - Lifetime EP1242641B1 (de)

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