WO2002012575A2

WO2002012575A2 - Verfahren zum schützen der oberfläche einer magnesiumschmelze mittels kohlendioxid

Info

Publication number: WO2002012575A2
Application number: PCT/EP2001/008983
Authority: WO
Inventors: Christoph Pelz; Alexander Jurmann
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2002-02-14
Also published as: DE10038543A1; WO2002012575A3; EP1315842A2; AU2001293716A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen der Oberfläche einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Legierung mit Magnesium, bei dem eine Schutzschicht auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der betreffenden Schmelze Kohlendioxid in fester Form, beispielsweise in Form von Kohlendioxid-Schnee oder Kohlendioxid-Pellets, aufgebracht wird.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Schützen der Oberfläche einer Magnesiumschmelze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen der Oberfläche einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Legierung mit Magnesium, bei dem eine Schutzschicht auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht wird.

Geschmolzenes Magnesium nimmt wegen seiner enorm hohen Affinität zu Sauerstoff eine Sonderstellung unter den Metallschmelzen ein. Um ein Entzünden und Brennen einer Magnesiumschmelze sowie die Einschleppung von Partikeln z.B. aus Oxiden oder Salzen zu verhindern, ist es notwendig, den Zutritt von Sauerstoff zur Magnesiumschmelze zu verhindern. Dazu werden in aller Regel Schmelzbadabdeckungen unterschiedlicher Art vorgesehen. Solche Abdeckungen werden bislang bewerkstelligt durch:

1. Aufbringen von Salzen oder Salzgemischen;

2. Zulegieren von deckschichtbildenden Elementen wie Beryllium zur Schmelze;

3. Schaffung eines dünnen Schutzfilms durch reaktive Gase wie SO₂ oder SF₆; 4. Aufbringen von Inertgasen wie Argon und Stickstoff;

'5. Aufbringen von Inertgasen wie Argon und Stickstoff in flüssiger Form (vgl. DE-PS 3109066).

Die Inertgasabdeckungen haben hierbei den Nachteil, daß die Abdampfung von Magnesium nicht verhindert wird. Salzabdeckungen haben zum Nachteil, daß Salzpartikel die Schmelze verunreinigen. SF6 hat den Nachteil, daß es die Ozonschicht schädigt während SO2 an sich giftig ist.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Anmelderin die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Schützen der Oberfläche einer Magnesiumschmelze anzugeben, mit dem die genannten Nachteile - jedoch unter Beibehaltung der Funktion - vermieden werden. Dieses Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Oberfläche der betreffenden Schmelze Kohlendioxid in fester Form, beispielsweise Kohlendioxid-Schnee oder Kohlendioxid-Pellets, aufgebracht wird.

In überraschender Weise wird durch diese Maßnahme einerseits ein wirksamer Schutz der Magnesiumschmelze erzeugt, der andererseits nicht die Nachteile alter Verfahren aufweist. Der Effekt des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht darin, daß sich zwischen der Schmelze und dem Gasraum eine feste Zwischenschicht bildet, die ein Abdampfen von Magnesium sowie eine Oxidpartikelbildung mit Magnesium wirksam verhindert.

Besonders günstig ist dieser Effekt mit Kohlendioxid-Schnee zu erzielen, der bekanntlich mit entsprechenden Düsen unmittelbar aus Kohlendioxid-Speichern - Gasflaschen oder kryogenen Speichern - erzeugbar ist. Kohlendioxid-Schnee ist praktisch jederzeit in beliebigen Quantitäten verfügbar und kann daher problemlos - mit entsprechenden Vorgaben - gesteuert oder auch geregelt - abhängig von der Messung kritscher Parameter - zugegeben werden. Die Formeigenschaften von Schnee tragen ein übriges zur guten Funktion des "Schneeverfahrens" bei. Dennoch sind vergleichbare Ergebnisse ebenso mit Kohlendioxid-Pellets erreichbar, die grundsätzlich verpreßten Kohlendioxid-Schnee darstellen. Jedoch sind die Kohlendioxid-Pellets oder Körner oder Tabletten für die Verfahrensdurchführung eigenständig zu bevorraten und über geeignete Fördereinrichtungen der Schmelzeoberfläche zuzuführen oder zu chargieren. Im Gegensatz zu Schneemethode liegt der reine Verbrauch an Kohlendioxid etwas niedriger, da der Verlust an gasförmigem Kohlendioxid bei vorgelagerter Pellet-Erzeugung geringer ausfällt als bei der in-situ Erzeugung von Kohlendioxid-Schnee. Im übrigen ist bei der Anwendung von Kohlendioxid-Pellets zu beachten, daß deren Dimensionierung nicht zu grob gewählt wird, um die Ausbildung einer weitgehend kompakten Zwischen- oder Deckschicht zu gewährleisten.

Durch das ständige Abdampfen von CO₂ aus der festen Kohlendioxidschicht kann ferner in einer geschlossenen Ofeneinrichtung, z.B. durch ein Überdruck-Regelventil, ein Überdruck gegenüber der Umgebung gehalten werden, der den Zutritt von Sauerstoff aus der Luft in die Ofeneinrichtung sehr effektiv verhindert. Auf diese Weise wird - in geschlossenen Systemen - nahezu jedwedes Gefahrenpotential hinsichtlich von Bränden unterbunden. Das erfindungsgemäße Vorgehen ist jedoch auch bei offenen Systemen wie Tiegel, Pfannen oder Rinnen effektiv und vorteilhaft.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sauerstoffgehalt der - in einem geschlossenen System - über der Schmelze sich bildenden Atmosphäre bestimmt und die Menge des pro Zeiteinheit der Schmelzeoberfiäche zugeführten festen Kohlendioxids anhand des gemessenen Sauerstoffgehalts so eingestellt, daß der Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre in jedem Falle unterhalb 3 Vol-%, vorzugsweise unter 2 Vol-%, bleibt. Die effektive Trennwirkung der erfindungsgemäßen Abdeckung erlaubt im Grundsatz höhere Restsauerstoffgehalte als dies bei bekannten Verfahren der Fall ist. Daher ergibt sich auch aus wirtschaftlicher Sicht ein günstiges Verfahren.

Ausführungsbeispiel: In einem Schmelzofen mit ca. 85 Liter wurden bis zu 50 kg Magnesiumlegierung geschmolzen und anschließend vergossen. Dabei wurden während des Schmelzens pro Stunde ca. 2 kg Kohlendioxid-Pellets auf die ca. 20 Quadratdezimeter betragende Oberfläche der Schmelze aufgebracht. Mit dieser Menge festem CO₂ wurde keinerlei Ansätze von Bränden oder sonstigen unerwünschten Abläufen festgestellt. Gleiches galt für die Anwendung einer entsprechenden Menge Kohlendioxid-Schnees.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schützen der Oberfläche einer Magnesiumschmelze oder einer Schmelze einer Legierung mit Magnesium, bei dem eine Schutzschicht auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der betreffenden Schmelze Kohlendioxid in fester Form aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid-Schnee auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid-Pellets auf die Oberfläche der Schmelze aufgebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem geschlossenen System durchgeführt wird (abgeschlossene Kammer(n)).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Mehrkammerofens nur bestimmten Teilen oder Kammern des Ofens Kohlendioxid in fester Form zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung geregelt erfolgt, indem der Druck oder der Sauerstoffgehalt des Kohlendioxid- Gases im Kopfraum der geschlossenen Kammer in einem bestimmten Wertebereich gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei offenen Systemen durchgeführt wird (offener Tiegel).