ES2259307T3

ES2259307T3 - Crisol de acero para la fusion libre de hierro de magnesio y aleaciones de magnesio.

Info

Publication number: ES2259307T3
Application number: ES01127600T
Authority: ES
Inventors: Andre Dr.-Ing. Ditze
Original assignee: Technische Universitaet Clausthal
Current assignee: Technische Universitaet Clausthal
Priority date: 2000-12-16
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2006-10-01
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: DE50109615D1; DE10063020A1; ATE324468T1; DK1215293T3; EP1215293B1; PT1215293E; EP1215293A1; DE10063020C2

Abstract

Crisol de acero para la fusión y/o conservación de magnesio líquido y aleaciones de magnesio libres de hierro, pudiendo calentarse el crisol de acero indirectamente, caracterizado porque sobre la pared interior del crisol de acero están adheridas placas de tierra arcillosa sinterizada con un espesor de 2 mm a 20 mm.

Description

Crisol de acero para la fusión libre de hierro de magnesio y aleaciones de magnesio.

La invención se refiere a un crisol de acero para la fusión libre de hierro de magnesio, así como sus aleaciones, y la conservación del magnesio líquido y sus aleaciones.

Como material para el crisol, que está en contacto con el baño de fusión de magnesio, se utiliza en la fusión y fundición hierro o bien acero, como por ejemplo St 37. La solubilidad en magnesio del hierro en estado líquido es ciertamente baja, y se encuentra para una temperatura de 700ºC en sólo 0,05%, pero ya contenidos en hierro superiores a 0,004% originan la corrosión de los materiales de magnesio. Para obtener aleaciones de magnesio muy puras, especialmente resistentes a la corrosión (aleaciones High Purity), son necesarios incluso contenidos en hierro inferiores a 0,001%. El control de los contenidos en hierro se realiza mediante el ajuste de determinados contenidos en manganeso del magnesio, en el orden de magnitud de 0,2-0,5%, según la aleación. De esta manera desciende la solubilidad del hierro hasta la gama necesaria. Para la fabricación de aleaciones de magnesio de grano fino, se añade circonio. El circonio forma no obstante con el hierro de los crisoles compuestos intermetálicos, con lo que debe añadirse un excedente considerable de circonio para lograr el efecto de grano fino. Si se funde chatarra que contiene circonio en los crisoles de hierro, entonces desciende inmediatamente el contenido en circonio y debe complementarse con circonio de manera muy costosa. Resumiendo, los inconvenientes de la forma de funcionamiento utilizada hasta ahora en relación con los crisoles de hierro y de acero son:

- Debido a las inevitables oscilaciones de temperatura, se forman precipitados de manganeso, por ejemplo juntamente con aluminio, que se hunden en el baño de fusión como partículas y forman en el crisol un lodo, que ha de eliminarse periódicamente.

- No puede generarse en el crisol de hierro ninguna aleación libre de manganeso que tenga un componente en hierro lo suficientemente bajo para la resistencia a la corrosión.

- La fusión de aleaciones de manganeso que contienen circonio en crisoles de hierro sólo es posible con un gran excedente de material que contiene circonio para el baño de fusión, ya que el circonio precipita debido al hierro.

- Un reciclado de materiales de magnesio que contienen circonio en crisoles de hierro da lugar a un descenso del contenido en circonio, que ha de complementarse de nuevo de forma costosa.

Los inconvenientes de los crisoles de hierro pueden eliminarse utilizando revestimientos cerámicos. La utilización de cerámica de óxido de aluminio para baños de fusión metálicos, es conocida. Los hornos son entonces no obstante, debido al espesor del revestimiento utilizado, calentados desde el interior, lo cual no ofrece ventajas para un baño de fusión de magnesio, debido al contacto directo con los gases de combustión. La utilización básica posible de quemadores de inmersión da lugar a un fuerte gradiente de temperatura en el baño de fusión y con ello a precipitaciones procedentes del baño de fusión de magnesio.

Una propuesta de utilizar masas cerámicas apisonadas en hornos de inducción para la fusión del magnesio, la aporta Granitzki, K.E.: Materiales resistentes al fuego en fundiciones de aluminio y magnesio, Aluminio 73, 1997, págs 31-33. No obstante, esto precisa de un costoso horno de inducción que tampoco es adecuado como horno de alimentación para una máquina de fundición a presión, ya que debido a las corrientes parásitas no es posible la sedimentación de las partículas existentes en el baño de fusión de magnesio. Un procedimiento que utiliza un horno de inducción con crisol de acero retraído, se representa en DE975682 C. No obstante, el crisol de acero no evita los inconvenientes de las precipitaciones que se presentan a partir del baño de magnesio, que surgen mediante contacto del baño de fusión con el crisol de acero. La DE19504415A1 describe una carcasa de horno fabricada a partir de material cerámico, para mantener calientes los baños de fusión. El material citado, que está en contacto con el baño de fusión, es silimanita, una mezcla de óxido de silicio y óxido de aluminio, que no obstante no es estable frente a un baño de fusión de magnesio. El calentamiento directo del baño de fusión da lugar a su vez a los ya mencionados gradientes de temperatura. Un calentamiento desde fuera no es posible debido al grosor del revestimiento. La CZ 223752 describe un crisol de corindón de varias capas, estando alojadas bobinas de calentamiento en las capas de corindón. Un crisol de este tipo es adecuado para baños de fusión de magnesio, pero no permite un calentamiento desde fuera con combustibles fósiles. El mismo tiene el inconveniente de que es muy costoso el montar la calefacción en las capas de corindón y de que su fabricación es costosa.

Por la SU 244619 A1 se conoce la utilización de crisoles revestidos con chamota, para el refinamiento del magnesio con cloruro de titanio. El magnesio refinado contiene menos de 0,005% de hierro. El concepto chamota incluye una composición de óxido de aluminio y óxido de silicio. El contenido en óxido de silicio se encuentra en las chamotas entre 33 y 80% en porcentaje en masa de óxido de silicio. La chamota no es adecuada para la conservación y para el baño de fusión de magnesio y aleaciones de magnesio, ya que el óxido de silicio es reducido por el magnesio.

La invención tiene como tarea básica desarrollar un revestimiento de horno que permita, para las temperaturas usuales de baños de fusión de magnesio de 600-850ºC, una fusión, reciclado y conservación de magnesio líquido y aleaciones de magnesio libres de hierro y la fabricación de aleaciones de magnesio libres de manganeso, así como la fabricación de aleaciones de magnesio conteniendo circonio, sin que haya que añadir un excedente de material de circonio. Al respecto deben poder seguir utilizándose los económicos crisoles de acero y seguir pudiéndose realizar el calentamiento del crisol indirectamente, es decir, desde el exterior, eléctricamente o mediante combustibles fósiles.

En el marco de la invención se resuelve esta tarea según la reivindicación 1 revistiendo interiormente un crisol de acero utilizado para la fusión y conservación de magnesio con placas de cerámica densa de óxido de aluminio (tierra arcillosa sinterizada) con un espesor de 2 a 20 mm. Termodinámicamente el óxido de aluminio es menos estable que el óxido de magnesio y debería por lo tanto ser reducido por el magnesio. No obstante, se encontró sorprendentemente que cuando se utilizaban las placas de tierra arcillosa sinterizada en la gama de temperaturas de 600-850ºC no se presenta ninguna reacción del óxido de aluminio con el baño de fusión de magnesio y no se moja la cerámica. Para ello se colocan como revestimiento, según la representación esquemática de la figura, las delgadas placas 1 de óxido de aluminio en el crisol de acero 2 con el adhesivo 3 de manera tal que las placas de óxido de aluminio están unidas fijamente con el acero. Inesperadamente, se adhiere el adhesivo tanto a la pared del crisol de acero como también a las placas de tierra arcillosa sinterizada, pese a la diferente dilatación con el calor, de manera tan fija que las placas permanecen fijamente unidas con el crisol de acero. Como adhesivo se emplea una masa cerámica con una composición de 85% Al_{2}O_{3,} 14,5% MgO y 0,5% SiO_{2}, juntamente con silicato sódico en relaciones de 1:1-6:1, preferentemente 4:1. El espesor de las placas de óxido de aluminio, que se colocan herméticamente una junto a otra, está elegido tan delgado que a pesar del efecto aislante del óxido de aluminio puede realizarse un calentamiento 4 del crisol de acero desde fuera. Las placas tienen ventajosamente un espesor de entre 3 mm y 10 mm y tienen por lo demás un tamaño cualquiera, que está no obstante adaptado a las dimensiones del crisol a revestir. En un revestimiento de grandes superficies planas, tiene lugar un anclaje adicional de las placas al crisol de acero.

La invención mejora el estado de la técnica en los siguientes puntos:

-: no se presenta hierro como impureza del baño de fusión cuando se realiza el calentamiento desde fuera.

-: las aleaciones de magnesio que contienen circonio pueden, cuando se realiza el calentamiento desde fuera, fabricarse sin excedente de circonio.

-: es posible un reciclado de las aleaciones de magnesio que contienen circonio sin tener que realizar una aleación posterior añadiendo circonio, cuando el calentamiento se realiza desde fuera.

-: no resulta un desgaste del crisol de hierro.

-: pueden fabricarse aleaciones de magnesio libres de manganeso, cuando el calentamiento se realiza desde fuera.

La invención se describirá más en detalle mediante ejemplos de ejecución.

Ejemplo 1

En una caldera de acero con un volumen de 10 l, tras eliminar la capa de óxido, se adhieren placas de tierra de arcilla sinterizada (fase principal corindón \alpha) de las dimensiones 50 x 25 x 4 mm. Como adhesivo se utiliza una masa cerámica con una composición de un 85% Al_{2}O_{3}, 14,5% de MgO y 0,5% de SiO_{2}, juntamente con silicato sódico en la relación 6:1. Tras el secado, se calienta el crisol revestido en un horno calentado eléctricamente con resistencias con una velocidad de calentamiento de 5 K/min. y se funden 10 Kg de magnesio puro y se mantienen 5 horas a una temperatura del baño de fusión de 720ºC. Tras vaciar el horno, se desconecta el mismo y se enfría. El revestimiento no había sido atacado y pese al cambio de temperatura se adhería fijamente a la pared del crisol de acero. El contenido en hierro del material de partida no se había modificado. Era en el material de partida de 0,026% en masa y en el producto de 0,023% en masa.

Ejemplo 2

En el crisol de acero revestido de placas de óxido de aluminio del ejemplo 1 se realizaron 10 procesos de fusión con enfriamientos intercalados tras cada proceso de fusión, con aleaciones de magnesio. El revestimiento seguía adhiriéndose fijamente a la pared del crisol de acero, pese al cambio de temperatura. No se presentó un aumento del contenido en hierro de las aleaciones.

Claims

1. Crisol de acero para la fusión y/o conservación de magnesio líquido y aleaciones de magnesio libres de hierro, pudiendo calentarse el crisol de acero indirectamente, caracterizado porque sobre la pared interior del crisol de acero están adheridas placas de tierra arcillosa sinterizada con un espesor de 2 mm a 20 mm.

2. Crisol de acero para la fusión y/o conservación de magnesio líquido y aleaciones de magnesio libres de hierro, caracterizado porque, estas placas de tierra arcillosa sinterizada tienen un espesor de 3 mm a 10 mm.

3. Crisol de acero para la fusión y/o conservación de magnesio líquido y aleaciones de magnesio libres de hierro según las reivindicaciones 1 y 2,

caracterizado porque el adhesivo es una masa cerámica con una composición de 85% Al_{2}O_{3} , 14,5% MgO y 0,5% SiO_{2} , juntamente con silicato sódico en la relación 1:1 a 6:1 preferentemente 4:1.

4. Procedimiento para la fusión y/o conservación de magnesio líquido y aleaciones de magnesio libres de hierro en un crisol de acero según las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado porque la aleación de magnesio libre de hierro se fabrica libre de manganeso.

5. Procedimiento para la fusión y/o conservación de magnesio líquido y aleaciones de magnesio libres de hierro en un crisol de acero según las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado porque se fabrica una aleación de magnesio conteniendo circonio sin añadir material de aleación de circonio excedente.