MXPA01010941A - Gases de recubrimiento. - Google Patents

Gases de recubrimiento.

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Abstract

Una composicion de gases de recubrimiento para proteger la aleacion de magnesio/magnesio fundida incluye un agente inhibidor que contiene fluor y un gas portador. Cada componente de la composicion tiene un Potencial de Calentamiento Global (GWP) (haciendo referencia al GWP absoluto para el dioxido de carbono a un horizonte de tiempo de 100 años) de menos de 5,000.

Description

GASES DE RECUBRIMIENTO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a composiciones útiles como gases de recubrimiento para proteger aleaciones fundidas de magnesio/magnesio. La presente invención también se refiere a un método para proteger aleaciones fundidas de magnesio/magnesio y a un método para extinguir los fuegos de aleaciones de magnesio/magnesio . El magnesio es un elemento altamente reactivo y termodinámicamente inestable. El magnesio fundido se oxida fácilmente y violentamente en aire ambiente, quemándose con una temperatura de flama de aproximadamente 2820°C. se han usado tres propuestas para inhibir el severo proceso de oxidación. Pueden rociarse fundentes de recubrimiento de sal sobre el metal fundido; puede excluirse el oxigeno de ponerse en contacto con el metal fundido manteando el metal fundido con un gas inerte tal como helio, nitrógeno o argón; o una composición de gas de recubrimiento protector puede usarse para mantear el metal fundido. Las composiciones de gas de recubrimiento protector comprenden típicamente aire y/o dióxido de carbono en una pequeña cantidad de un agente inhibidor que reacciona/ interactúa con el metal fundido para formar una película/capa sobre la superficie del metal fundido la cual lo protege de oxidación. Hasta hoy, el mecanismo por el cual los agentes inhibitorios protegen los metales reactivos fundidos no está bien entendido. La patente norteamericana no. 1,972,317 se refiere a métodos para inhibir la oxidación de metales fácilmente oxidables, incluyendo magnesio y sus aleaciones. La patente registra que en el momento de su presentación en 1932, se hablan propuesto numerosas soluciones al problema de oxidación incluyendo desplazar la atmósfera en contacto con el metal con un gas tal como nitrógeno, dióxido de carbono o dióxido de azufre. La patente norteamericana 1,972,317 enseña la inhibición de la oxidación al mantener en la atmósfera en contacto con el metal fundido un gas inhibidor que contiene flúor ya sea en forma de metal o combinada. Se hace referencia a muchos compuestos que contienen flúor con los sólidos borofluoruro de amonio, s i 1 ico fluoruro de amonio, bifluoruro de amonio y fluofosfato de amonio o diciéndose que se prefieren los gases producidos a partir de ahi durante el s- calentamiento. No obstante la expedición de la patente norteamericana 1,972,317 en 1934, no fue hasta la mitad de los 70' s que un compuesto que contiene flúor encontró aceptación comercial como un 5 agente inhibidor en un gas de recubrimiento. Antes de aproximadamente la mitad de los 70's, el dióxido de azufre (S02) se usó ampliamente como un agente inhibidor en una composición de gas de recubrimiento de magnesio pero se reemplazo por 10 hexafluoruro de azufre (SF ) el cual se volvió el estándar industrial. Típicamente, las composiciones de gas de recubrimiento basadas en SF contienen 0.2-1% en volumen de SF4 y un gas portador tal como aire, dióxido de carbono, argón o nitrógeno. El SF 15 tiene las ventajas de que es un gas incoloro, indoloro, no tóxico que puede usarse para proteger la aleación de magnesio/magnesio fundida y en la producción de lingotes brillantes y resplandecientes con formación de escoria relati amente baja. Sin 20 embargo, el SF4 sufre de varias desventajas. Sus productos de descomposición basados en azufre a alta temperatura son muy tóxicos. Es caro, tiene fuentes limitadas de suministro, es uno de los peores gases de invernadero conocidos que tiene un potencial de 25 calentamiento global (GWP) a un horizonte de tiempo de 100 años de 23,900 con relación a 1 para el dióxido de carbono. También se nota que una vez que el magnesio ha encendido, el fuego resultante no puede extingirse aún con altas concentraciones de SF4. El S02 es aún peor a este respecto puesto que puede acelerar un fuego de magnesio. El único gas de recubrimiento conocido para extinguir un fuego de magnesio es trifluoruro de boro (BF2) que es muy caro y muy tóxico. Son deseables las composiciones de gas de recubrimiento alternativas. En un primer aspecto, la presente invención proporciona una composición de gas de recubrimiento para proteger la aleación de magnesio/magnesio fundida, incluyendo la composición un agente inhibidor que contiene flúor y un gas portador, en donde cada componente de la composición tiene un potencial de calentamiento global (GWP) (haciendo referencia al GWP absoluto para el dióxido de carbono en un horizonte de tiempo de 100 años) de menos de 5000. Preferiblemente, el agente inhibidor tiene potencial de agotamiento de ozono minimo, más preferiblemente el agente inhibidor no tiene potencial de agotamiento de ozono.
Preferiblemente, el agente inhibidor no es tóxico. A este respecto los compuestos que tienen un Valor Limite de Umbral -Tiempo Pesado Promedio (TLV-TWA) (la concentración de tiempo pesado promedio para un dia de trabajo de 8 horas normal y una semana de trabajo de 40 horas, al cual casi todos los trabajadores pueden estar repetidamente expuestos dia tras dia, sin efecto adverso) como se expide por the American Conference of Governmental Industrial Hygienists de menos de 100 ppm se considera que son tóxicos. A manera de ejemplo, el BF2, tetraf luoruro de silicio (SiF4), trifluoruro de nitrógeno (NF3) y fluoruro de sulfurilo (S02F2) descritos en la patente norteamericana 1972317 son tóxicos. La composición puede incluir una mezcla de agentes inhibitorios (teniendo cada uno un GWP menor de 5000) y preferiblemente comprende una cantidad menor de agente inhibidor y una cantidad mayor de un gas portador. Preferiblemente, la composición consiste de menos del 1% en volumen de agente inhibidor y el gas portador de equilibrio. Más preferiblemente, la composición contiene menos de 0.5% en volumen (más preferiblemente menos de 0.1% en volumen de agente inhibidor) .
Preferiblemente, cada componente de la composición tiene un GWP de menos de 3000, más preferiblemente, menos de 1500. Los gases portadores adecuados incluyen aire, dióxido de carbono, argón, nitrógeno y mezclas de los mismos . El agente inhibidor puede seleccionarse a partir del grupo que consiste de hidro fluorocarburos (HFCs) hidrofluoroéteres (HFEs) y mezclas de los mismos. Preferiblemente, el agente inhibidor tiene un punto de ebullición de menos de 100°C, más preferiblemente menos de 80°C. En donde el agente inhibidor es gaseoso a temperatura ambiente, puede difundirse en el gas portador a la concentración deseadas. En donde el agente inhibidor es liquido a temperatura ambiente, puede despacharse del gas portador a una concentración deseada al pasar un flujo de gas portador sobre el agente inhibidor. Los hidrof luorocarburos e hidro fluoroé tere s adecuado se enlistan en la Tabla 1 siguiente la cual incluye sus puntos de ebullición (BP) y sus GWP (haciendo referencia al GWP absoluto para el dióxido de carbono a un horizonte de tiempo de 100 años) lo cual ha sido originado a partir de IPCC 1996.
-J Una composición de gas de recubrimiento preferida consiste de 1 , 1 , 1 , 2- tetraf luoroetano y aire seco. El trabajo experimental ha demostrado que tal composición de gas de recubrimiento proporciona protección al menos igual a la de las composiciones basadas en SF4 y puede utilizarse a concentraciones inferiores de agente inhibidor. El SF4 tiene un GWP en exceso de 18 veces el del 1,1,1,2-tetrafluoroetano y tiene actualmente más de 2^ veces el costo del 1 , 1 , 1 , 2-t etraf luoroet ano . En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método para proteger la aleación de magnesio/magnesio fundida, incluyendo el método mantear la aleación de magnesio/magnesio fundida con una composición de gas de recubrimiento conforme al primer aspecto de la presente invención. El método conforme al segundo aspecto de la presente invención se aplica para proteger la aleación de magnes io /magne s io fundida en un recipiente de fundición tal como un horno y durante la fundición . En un tercer aspecto, la presente invención proporciona el uso de un agente inhibidor como se define con respecto al primer aspecto de la presente invención para prevenir o minimizar la oxidación de la aleación de magnesio/magnesio fundida a manera de ejemplo, un agente inhibidor de la presente invención puede usarse para prevenir o minimizar la oxidación de la aleación de magnesio/magnesio fundida durante la fundición de arena. En donde el agente inhibidor es gaseoso a temperatura ambiente, el molde de arena puede purgarse con agente inhibidor antes de vaciar el metal fundido. En donde el agente inhibidor es liquido a temperatura ambiente, el molde de arena puede rociarse con agente inhibidor a partir de una botella de exprimir o similares antes del vertido del metal fundido. Otros métodos adecuados para usar agentes inhibidores de la presente invención para prevenir o minimizar oxidación de la aleación de magne s io /magne s io fundida serán fácilmente aparentes para aquellos con experiencia en la técnica de la práctica de fundición. En un cuarto aspecto, la presente invención proporciona un método para extinguir un fuego de aleación de magnesio/magnesio, incluyendo el método de exponer el fuego a una atmósfera de un agente inhibidor como se define con respecto al primer aspecto de la presente invención. El fuego puede exponerse asi, por ejemplo, sometiéndolo a un flujo del agente inhibidor o sumergiéndolo en un recipiente que contiene el agente inhibidor.
EJEMPLOS Los ejemplos no comparativos que siguen son ilustrativos de las modalidades preferidas de la presente invención y no debe interpretarse como que limitan el alcance de la presente invención de ninguna forma.
Ejemplo 1 Un horno de crisol que contiene 100 gramos de magnesio puro fundido a 680°C, se manteo con una composición gaseosa que consiste de 0.02% en volumen de 1 , 1 , 1 , 2 -tet raf luoroetano y el aire seco de equilibrio. Se observó buena protección del magnesio fundido, con la formación de una película de superficie protectora delgada. La ruptura deliberada de la película de superficie no indujo la quemadura de la muestra de magnesio fundida.
Ejemplo Comparativo 1 El Ejemplo Comparativo 1 fue idéntico al Ejemplo 1 con la excepción de que el 1,1,1,2-tetrafluoroetano fue reemplazado por SF4. No se observó buena protección de magnesio fundido, y la muestra de magnesio se quemó rápidamente. La protección adecuada de la muestra de magnesio fundida se logró solamente cuando la composición gaseosa consistió de 0.05% en volumen de SF4 y el aire seco de equilibrio. En esta concentración de SF la ruptura deliberada de la película de superficie resultó en la quemadura localizada de la muestra de magnesio fundida. El Ejemplo 1 y el Ejemplo Comparativo 1 demuestran que la composición de gas de recubrimiento de la invención proporciona buena protección del magnesio fundido a una concentración inferior que una composición basada en SF .
Ejemplo 2 Se fundió una serie de lingotes individuales de magnesio puro y aleación de magnesio-aluminio AZ91 en un molde de lingote de 8 kg dentro de una cámara de atmósfera controlable. El metal fundido se aspiró bajo vacio dentro de la cámara para llenar el molde del lingote. Cuando el molde de lingote estuvo lleno, se cerró al vacio, la cámara se llenó con una composición de gas de recubrimiento, y el metal fundido se dejo solidificar. En el caso de la aleación AZ91 la composición de gas de recubrimiento consistió de 0.04% en volumen de 1,1,1,2-tetraf luoroetano y el aire seco de equilibrio. La composición de gas de recubrimiento para la fundición de magnesio puro consistió de 0.01% en volumen de 1 , 1 , 1 , 2 -te t raf luoroet ano y el aire seco de equi libr io . Los lingotes individuales de magnesio puro y aleación AZ91 se produjeron libres de quemadura, con terminado de superficie brillante resplandeciente, con muy bajos niveles de escoria, y sin reacción con los recubrimientos de molde de nitruro de boro.
Ejemplo Comparativo 2 El Ejemplo Comparativo 2 fue idéntico al Ejemplo 2 con la excepción de que el 1,1,1,2-tetrafluoroetano se reemplazó por SF el cual se usó a la misma concentración, es decir 0.04% en volumen en aire seco para la aleación AZ91 y 0.1% en volumen en aire seco para magnesio puro. Los lingotes producidos en el Ejemplo 2 tuvieron niveles inferiores de escoria y tuvieron un terminado de superficie más atractivo que aquellos producidos en el Ejemplo Comparativo 2.
Ejemplo 3 Un pequeño flujo de 1 , 1 , 1 , 2 - te traf luoroetano se midió continuamente en un recipiente que se usó para recolectar escoria de magnesio fundido. Durante el transporte de la escoria a partir del horno al recipiente, la escoria se puso en contacto con el aire y se encendió. Al colocar la escoria dentro del recipiente, la quemadura se detuvo rápidamente.
Ejemplo Comparativo 3 El Ejemplo Comparativo 3 fue idéntico al Ejemplo 3 con la excepción de que 1,1,1,2-tetrafluoroetano se reemplazó por SF . En este caso, la escoria continuó quemándose después de colocarse dentro del recipiente. El Ejemplo 3 y el Ejemplo Comparativo 3 demuestran que un agente inhibidor de la presente invención es capaz de suprimir la quemadura de metal / escoria de magnesio. Esto permite la minimización de humos de magnesio en un ambiente de trabajo y la prevención de la oxidación del contenido metálico de magnesio en la escoria. Esto permitirla operaciones de procesamiento de escoria para recuperar el contenido metálico de magnesio valioso .
Ejemplo 4 Los lingotes de magnesio puro se fundieron en moldes de lingote de 8 kg en una máquina de fundición de lingotes de tamaño industrial que tiene una cámara de atmósfera controlable. La máquina de fundición se operó a una velocidad de fundición de 3 toneladas de metal fundido por hora con 330 litros por minuto de aire seco y 3.3 litros por minuto de 1 , 1 , 1 , 2-t et raf luoroet ano introducidos dentro de la cámara. Los lingotes se produjeron libres de quemadura, con terminado de superficie brillante resplandeciente, con muy bajos niveles de escoria y sin reacción con los recubrimientos de molde de nitruro de boro.
Ejemplo Comparativo 4 El Ejemplo Comparativo 4 fue idéntico al Ejemplo 4 con la excepción de que el 1,1,1,2-tetrafluoroetano se reemplazo por SF4 el cual se usó a la misma velocidad de flujo y a la misma conce tración en aire seco. Los lingotes producidos en el Ejemplo Comparativo 4 presentaron propiedades similares a aquellas producidas en el Ejemplo 4. El Ejemplo 4 y el Ejemplo Comparativo 4 demuestran que el gas de la invención puede reemplazar exitosamente al SF para la producción continua a escala industrial de lingotes de magnes io .
Ejemplo 5 Una serie de lingotes individuales de magnesio puro se fundieron en un molde de lingote de 8 kg dentro de una cámara de atmósfera controlable. El metal fundido se aspiró bajo vacio dentro de la cámara para llenar el molde del lingote. Cuando el molde del lingote se llenó, el vacio se cerró, la cámara se llenó con composición de gas de recubrimiento, y el metal fundido se dejo solidificar. La composición de gas de recubrimiento se produjo pasando 0.5 litros por minuto de aire seco sobre 50 ml del liquido HFE metoxi-nonaf luorobutano . La mezcla en fase de gas resultante fluyó al aparato de fundición de lingotes individuales. Los lingotes individuales se produjeron libres de quemadura, con terminado de superficie brillante resplandeciente, con muy bajos niveles de escoria y sin reacción con los recubrimientos de molde de nitruro de boro.
Ejemplo 6 Una serie de lingotes individuales de magnesio puro se fundieron en un molde de lingote de 8 kg dentro de una cámara de atmósfera controlable. El metal fundido se aspiro bajo vacio dentro de la cámara para llenar el molde del lingote. Cuando el molde del lingote se llenó, el vacio se cerró, la cámara se llenó con composición de gas de recubrimiento, y el metal fundido se dejo solidificar. La composición de gas de recubrimiento se produjo pasando 0.5 litros por minuto de aire seco sobre 50 ml del liquido HFC dihidrodecafluoropentano. La mezcla en fase de gas resultante fluyó al aparato de fundición de lingotes individuales. Los lingotes individuales se produjeron libres de quemadura, con terminado de superficie brillante resplandeciente, con muy bajos niveles de escoria y sin reacción con los recubrimientos de molde de nitruro de boro.
Ejemplo 7 Un horno que contiene 20 kg de magnesio fundido a 700°C se manteo con una composición de gas de recubrimiento. La composición de gas de recubrimiento se produjo pasando 0.6 litros por minuto de aire seco sobre 50 ml del liquido HFE metoxi-nonaf luorobutano . La mezcla en fase de gas resultante fluyó al horno. Se observó buena protección de magnesio fundido con la formación de una película de superficie protectora delgada. La ruptura deliberada de la película de superficie no indujo la quemadura de la muestra de magnesio fundida .
Ejemplo 8 Un horno que contiene 20 kg de magnesio fundido a 700°C se manteo con una composición de gas de recubrimiento. La composición de gas de recubrimiento se produjo pasando 0.9 litros por minuto de aire seco sobre 50 ml del liquido HFE etoxinonaf luorobutano . La mezcla en fase de gas resultante fluyó al horno. Se observó buena protección de magnesio fundido con la formación de una película de superficie protectora delgada. La ruptura deliberada de la película de superficie no indujo la quemadura de la muestra de magnesio fundida .
Ejemplo 9 Un horno que contiene 20 kg de magnesio fundido a 700°C se manteo con una composición de gas de recubrimiento. La composición de gas de recubrimiento se produjo pasando 0.9 litros por minuto de aire seco sobre 50 ml del liquido HFC dihidrodecafluoropentano. La mezcla en fase de gas resultante fluyó al horno. Se observó buena protección de magnesio fundido con la formación de una película de superficie protectora delgada. La ruptura deliberada de la película de superficie no indujo la quemadura de la muestra de magnesio fundida .
Ejemplo 10 Un horno que contiene 20 kg de magnesio fundido a 700°C se manteo con una composición de gas que consiste de 0.4% en volumen de di flúor oet ano y el aire seco de equilibrio. Se observó buena protección del magnesio fundido, con la formación de una película de superficie protectora delgada. La ruptura deliberada de la película de superficie no indujo la quemadura de la muestra de magnesio fundida .
Ejemplo Comparativo 10 El Ejemplo Comparativo 10 fue idéntico al Ejemplo 10 con la excepción de que el di fluoro etano se reemplazó por SF4, el cual se usó a la misma concentración. Se observó buena protección del magnesio fundido. El Ejemplo 10 y el Ejemplo Comparativo 10 demuestran que un agente inhibidor de la presente invención proporciona protección equivalente del metal de magnesio fundido comparado con SF4 Ejemplo 11 Se produjeron fundiciones exprimidas de magnesio vertiendo a mano magnesio fundido dentro de la manga de perdigones de una máquina de fundición por inyección exprimida vertical. Antes de verter el magnesio fundido dentro de la manga de perdigones, un pequeño volumen de 1 , 1 , 1 , 2 - t e tra fluoroetano puro se introdujo dentro de la manga de perdigones. Esto protegió al magnesio fundido en la manga de perdigones y previno al magnesio fundido de quemarse durante el llenado del molde.
Ejemplo 12 Se produjeron diversos componentes de magnesio usando la técnica de fundición de envoltura. Antes de llenar la camisa de horno de fundición de envoltura con magnesio fundido, la camisa de horno se purgó con 1,1,1,2-tetrafluoroetano puro. Esto previno al magnesio de quemarse solidificando a la vez dentro de la camisa de horno. Al calentar, el molde de la camisa de horno se eliminó. La fundición de magnesio presentó un buen terminado de superficie.
Ejemplo 13 Se produjeron diversos componentes de magnesio usando la técnica de fundición en arena. Antes de llenar el molde de arena con magnesio fundido, el molde de arena se purgó con 1,1,1,2-tetrafluoroetano puro. Esto previno al magnesio de quemarse solidificando a la vez dentro del molde de arena. Al enfriar, el molde de arena se eliminó. La fundición de magnesio presentó un buen terminado de superf i cié .
Ejemplo 14 Un horno de fusión que tiene un diámetro de 1.6 metros y que contiene 4 toneladas de magnesio puro fundido se manteo con 60 litros por minuto de aire seco y 0.6 litros por minuto de 1,1,1,2-tetrafluoroetano. Se observó buena protección del magnesio fundido, con la formación de una película de superficie protectora delgada.
Ejemplo Comparativo 14 El Ejemplo Comparativo 14 fue idéntico al Ejemplo 14 con la excepción de que 1,1,1,2-tet raf luoroetano se reemplazo por SF4 a diferentes velocidades de flujo. La velocidad de flujo del aire seco se mantuvo en 60 litros por minuto. La buena protección del magnesio fundido se logró solamente a una velocidad de flujo de SF4 de dos litros por minuto . El Ejemplo 14 y Ejemplo Comparativo 14 demuestran que la composición de gas de recubrimiento de la invención proporciona buena protección a escala industrial del magnesio fundido a una concentración inferior de una composición basada en SF4.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Composición de gas de recubrimiento para proteger la aleación de magnesio/magnesio fundida, incluyendo la composición un agente inhibidor que contiene flúor y un gas portador, en donde cada componente de la composición tiene un potencial de calentamiento global (GWP) (haciendo referencia al GWP absoluto para el dióxido de carbono a un horizonte de tiempo de 100 años) de menos de 5000.
2. Composición como se reclama en la reivindicación 1, en donde el agente inhibidor no tiene potencial de agotamiento de ozono.
3. Composición como se reclama en la rei indicación 1 o reivindicación 2, en donde el gas portador se selecciona a partir del grupo que consiste de aire, dióxido de carbono, argón, nitrógeno y mezclas de los mismos.
4. Composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde cada componente de la composición tiene un GWP de menos de 3000.
5. Composición como se reclama en cualquiera de las rei indicaciones precedentes, en donde el agente inhibidor se selecciona a partir del grupo que consiste de hidro fluorocarburos , hidro fluoroét eres y mezclas de los mismos.
6. Composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el agente inhibidor tiene un punto de ebullición de menos de 100°C.
7. Composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el agente inhibidor se selecciona a partir del grupo que consiste de di f luorome taño , pent a flúor oet ano 1,1,1,2-tetrafluoroetano, difluoroetano, heptafluoropropano, me toxinona- f luorobutano , etoxi-nonafluorobutano, dihidrodeca- f luoropent ano y mezclas de los mismos.
8. Composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde cada componente de la composición tiene un GWP de menos de 1500.
9. Composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el agente inhibidor es 1 , 1 , 1 , 2 -te traf luoroet ano y el gas portador es aire seco.
10. Composición como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que contiene menos del 1% en volumen de agente inhibidor .
11. Composición como se reclama en la reivindicación 10, que contiene menos del 0.5% en volumen del agente inhibidor.
12. Composición como se reclama en la reivindicación 11, que contiene menos del 0.1% en volumen del agente inhibidor.
13. Composición de gas de recubrimiento sustancialmente como se describe en la presente en cualquier Ejemplo no comparativo.
14. Método para proteger la aleación de magnesio/magnesio fundida, que incluye el método mantear la aleación de magnesio/magnesio con una composición de gas de recubrimiento como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
15. Uso de un agente inhibidor como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para prevenir o minimizar la oxidación de la aleación de magnesio/magnesio fundida.
16. Método para extinguir un fuego de aleación de magnesio/magnesio, incluyendo el método exponer el fuego a una atmósfera de un agente inhibidor como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-12.
MXPA01010941A 1999-04-28 2000-04-28 Gases de recubrimiento. MXPA01010941A (es)

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