DE2818495B1 - Verfahren zum Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem Induktionsrinnenschmelzofen - Google Patents
Verfahren zum Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem InduktionsrinnenschmelzofenInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Bei Verfahren der angegebenen Gattung ist es bekannt, der Schmelze Abschlacksalze zuzugeben, die
verhindern sollen, daß sich in den Schmelzkanälen fest anhaftende Aluminiumoxid-Ablagerungen bilden. Diese
Abschlacksalze bestehen im wesentlichen aus Kroylith (Na3ALFe) und enthalten zusätzlich Schmelzpunkterniedrigende
Flußsalze, insbesondere Calziumfluorid (Ca2F2), Natriumfluorid (NaF), Aluminiumfluorid (ALF3)
und Magnesiumfluorid (MgF2).
Weiterhin ist es nach dem Stande der Technik bekannt, die feuerfeste Auskleidung der Schmelzkanäle
des Induktionsrinnenschmelzofens mit einem Salzgemisch zu imprägnieren, welches beispielsweise 80%
Kochsalz (NaCl) und 20% Kryolith (Na3AlF6) enthält.
Diese Imprägnierung verhindert für eine gewisse Zeit, daß das Aluminium der Schmelze Bestandteile der
feuerfesten Auskleidung, beispielsweise Quarz (SiO2), Eisenoxid (Fe2O3) oder Titanoxid (TiO2) reduziert,
wodurch die feuerfeste Auskleidung aufquillt und zerstört wird.
Die Zugabe von hauptsächlich Kryolith enthaltenden eo
Abschlacksalzen und die Verwendung der erwähnten kryolithhaltigen Salzimprägnierung haben jedoch den
Nachteil, daß Natrium in die Schmelze gelangt. Nach der Reaktionsgleichung
65
Na3AlF6 + Al
2AlF3+ 3 Na (1)
wird bei der Zugabe von Kryolith zur Schmelze Natrium in die Schmelze eingebracht. Die Reaktionsgleichung
(1) verläuft auf Grund des Massenwirkungsgesetzes im wesentlichen von links nach rechts, wenn
der Schmelze Kryolith zugegeben wird. Das gebildete Natrium muß durch einen entsprechenden Raffinationsprozeß anschließend wieder aus der Schmelze entfernt
werden, denn ein zu hoher Natriumgehalt beeinträchtigt die Walzfähigkeit der gegossenen Produkte. Nach dem
Stande der Technik (DE-OS 17 58 378) ist es zu diesem Zweck bekannt, über poröse Stopfensteine Chlorgas
oder ein mit Chlorgas vermischtes Inertgas in die Schmelzkanäle der Induktoreinheiten einzublasen.
Das Einblasen von Chlor bereitet jedoch auf Grund der großen Agressivität von Chlor Schwierigkeiten. So
sind im Zuge der immer strenger werdenden Bestimmungen gegen die Umweltverschmutzung kostspielige
Gaswaschanlagen erforderlich. Gleichzeitig ist eine Arbeitsplatz-Sicherung unbedingt nötig, die die Anschaffung
von teueren Alarmanlagen bedingt. Schließlich ist die Verwendung von gasförmigem Chlor auch
deswegen teuer, weil dieses Gas sehr stark korrodierend wirkt, so daß die gesamten Anlagen in Mitleidenschaft
gezogen werden. Dies gilt sowohl für die eigentliche Ofenanlage als auch für die Stranggießmaschine und
sonstige Betriebseinrichtungen.
Nach dem Stande der Technik (DE-AS 25 44 854) ist es im Zusammenhang mit der Raffination einer
Aluminiumschmelze bekannt, zum Entfernen von Natrium und anderen Alkalimetallverunreinigungen
u. a. Chlor-Fluor-Kohlenstoff in die Schmelze einzuleiten. Dabei bildet das von dem Chlor-Fluor-Kohlenstoff
abspaltende Fluor mit dem Aluminium der Schmelze und den in der Schmelze ebenfalls vorhandenen
Natriumverunreinigungen u. a. auch Kryolith. Sinn und Zweck dieses Raffinationsverfahrens ist es, möglichst
reines Aluminium zu erhalten. Setzt man das auf diese Art und Weise gereinigte Aluminium als Einsatz im
Induktionsrinnenschmelzofen ein und verwendet dabei zur Vermeidung von Ablagerungen in den Schmelzkanälen
und zum Schutz der feuerfesten Auskleidung der Schmelzkanäle die oben erwähnten kryolithhaltigen
Abschlacksalze und Salzimprägnierungen, so macht das hierdurch in die Schmelze gelangende Natrium den
Erfolg der Raffination zumindest teilweise wieder zunichte, so daß die Schmelze vor dem Vergießen
erneut gereinigt werden muß.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Schmelzverfahren der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1
angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß die Bildung von fest anhaftenden Ablagerungen an der
Auskleidung der Schmelzkanäle der Induktoreinheiten sowie der Angriff der Schmelze am Auskleidungsmaterial
vermieden werden, ohne daß gesondert zu entfernendes Natrium in die Schmelze gelangt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1
aufgeführten Maßnahmen vor.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden die für den Schutz der Auskleidung der Schmelzkanäle
erforderlichen kryolithhaltigen Salzgemische nicht der Schmelze zugesetzt, sondern in der Schmelze gebildet.
Dabei nimmt der Gehalt an Alkaliverunreinigungen nicht zu, sondern ab, so daß am Ende des Schmelzprozesses
die nach dem Stande der Technik erforderliche Nachreinigung der Schmelze nicht mehr notwendig ist.
Die Lehre der Erfindung verlegt gewissermaßen den abschließenden Teil des Raffinationsprozesses in das
Schmelzaggregat (Induktionsrinnenschmelzofen) und
ORJGfNAU INSPECTED
| 2 Na + F2 — | (2) |
| 2 Li + F2 — | (3) |
| 2 K + F2 — | (4) |
| Ca + F2 — | (5) |
| Mg + F2 — | (6) |
| 2Al + 3 F2 — | (7) |
| -► 2NaF | |
| -> 2LiF | |
| -> 2KF | |
| — CaF2 | |
| -» MgF2 | |
| -> 2 AlF3 |
verhindert hierdurch, daß sich die Schmelzkanäle von dessen Induktoreinheiten zusetzen und die feuerfeste
Auskleidung der Schmelzkanäle angegriffen wird. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird es
infolge der Vermeidung von Ablagerungen in den Schmelzkanälen darüber hinaus ermöglicht, die elektrische
Leistung der Induktoreinheiten beträchtlich zu erhöhen.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung bildet das aus den Fluor abspaltenden Verbindungen stammende
Fluor nach den Reaktionsgleichungen
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mit den im Schmelzguteinsatz vorhandenen Metallen vor allem Aluminiumfluorid und Magnesiumfluorid
sowie die als Flußsalze wirkenden Fluoride der Elemente Natrium, Lithium, Kalium und Calcium. Durch
das nach der Reaktionsgleichung (7) vorhandene Angebot an Aluminiumfluorid und das im Schmelzguteinsatz
vorhandene Natrium verläuft nach dem Massenwirkungsgesetz die Reaktionsgleichung (1) von
rechts nach links, d. h. es werden aus dem gebildeten Aluminiumfluorid und dem Natrium Kryolith und
Aluminium gebildet. Weiterhin bildet sich aus dem nach (2) gebildeten Natriumfluorid und dem nach (7)
gebildeten Aluminiumfluorid nach der Reaktionsgleichung
3 NaF + AlF3 Na3AlF6
(8)
ebenfalls Kryolith. Schließlich bildet sich aus dem nach (3) gebildeten Lithiumfluorid und dem nach (5)
gebildeten Aluminiumfluorid sowie dem im Schmelzgut enthaltenen Natrium das kryolithähnliche LiNa2AlFo,
welches auf Kryolith eine schmelzpunktabsenkende Wirkung hat.
Als fluorabspaltende Verbindungen kommen insbesondere Fluor-Kohlenstoff und/oder Chlor-Fluor-Kohlenstoff
infrage. Falls sich zuviel Kryolith bildet, wird vorzugsweise eine Verbindung eingeleitet, die neben
Fluor auch Chlor abspaltet, also beispielsweise Chlor-Fluor-Kohlenstoff.
Das zusätzlich frei werdende Chlor bildet mit den im Einsatz vorhandenen Metallen
folgende Chloride:
| 2 Na + Cl2 — | (9) |
| 2 Li + Cl2 - | (10) |
| 2 K + Cl2 - | (H) |
| Ca + Cl2 — | (12) |
| Mg + Cl2 — | (13) |
| 2AI + 3Cl2- | (14) |
| -> 2 NaCl | |
| -> 2 LiCl | |
| -» 2KCl | |
| -> CaCl2 | |
| -> MgCl2 | |
| -> 2AlCI3 |
60
Hierdurch wird eine weitere Möglichkeit geschaffen, den Gehalt der Schmelze an Natrium, Lithium, Kalium
und Calcium gezielt auf das gewünschte Maß abzusen-
65 ken, und dabei die sich bildende Menge an Kryolith zu begrenzen.
Die erhöhten Gehalte an Natrium sowie Lithium, Calcium und Kalium im Schmelzguteinsatz können
dadurch hergestellt werden, daß ein entsprechend niedrig raffiniertes Einsatzgut eingekauft wird, was den
besonderen Vorteil hat, daß ein derartiges Einsatzgut billig zu beschaffen ist. Die erhöhten Gehalte können
aber auch dadurch eingestellt werden, daß dem Schmelzguteinsatz Stoffe eingegeben werden, die diese
Elemente in entsprechenden Mengen enthalten.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Schmelzguteinsatz
50—100 ppm Natrium sowie jeweils 50 —100 ppm
Lithium und/oder Calcium und/oder Kalium enthält. Bei diesen Mengen an Natrium, Lithium, Calcium und
Kalium können in ausreichenden Mengen Kryolith sowie Lithium-, Calcium- und Kaliumfluorid gebildet
werden.
Weiterhin kann dem Gasgemisch zusätzlich eine Chlor abspaltende Substanz, insbesondere Chlor-Kohlenstoff
zugesetzt werden. Diese Chlor abspaltende Substanz wird dann eingegeben, wenn sich zuviel
Kryolith oder Fluoride bilden. Insbesondere wird diese Chlor abspaltende Substanz gegen Ende des Prozesses
eingesetzt, falls abzusehen ist, daß allein durch die Zugabe von Fluor abspaltenden Substanzen die
erforderlichen niedrigen Endgehalte an Natrium, Lithium, Calcium und Kalium nicht erreicht werden.
Zweckmäßig besteht das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Gasgemisch aus einem
inerten Trägergas, insbesondere Stickstoff oder Argon, dem die aktiven Substanzen in Abhängigkeit von den
Erfordernissen der Schmelze und/oder dem Zustand der Auskleidung der Schmelzkanäle der Induktoreinheiten
gesteuert zugemischt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles näher erläutert
Ein Rinnenschmelzofen mit 501 Fassungsvermögen und einem Chargengewicht von 30 t wird mit einem
Einsatzgut beschickt, welches neben Aluminium 75 ppm Natrium, 75 ppm Lithium, 75 ppm Calcium und 75 ppm
Kalium enthält Die sechs Induktoreinheiten dieses Schmelzofens haben jeweils eine elektrische Leistung
von 600 KW. Die Schmelzkanäle der Induktoreinheiten sind mit porösen Stopfensteinen versehen, über welche
während des Schmelzvorganges kontinuierlich ein Gasgemisch in die einzelnen Schmelzkanäle eingeblasen
wird. Das Gasgemisch besteht zunächst aus neun Teilen Argon und einem Teil Freon 12 (CCl2F2). Die
zugeführte Menge beträgt insgesamt 10 Nl pro Minute und Induktoreinheit Die sich bildende Krätze und
Schlacke wird in geeigneten Abständen abgekratzt. Die
Analyse der Schmelze wird regelmäßig überwacht. Sinkt der Gehalt an Natrium, Lithium, Kalium und
Calcium, insbesondere der Gehalt an Natrium, zu langsam ab, so wird entweder die Konzentration an
Freon 12 am Gasgemisch erhöht oder dem Gasgemisch zusätzlich Tetrachlorkohlenstoff (CCU) zugegeben.
Sinkt der Gehalt an diesen Stoffen jedoch zu schnell ab, wird die zugegebene Menge an Freon 12 verringert.
Gleichzeitig wird die Menge an gebildetem Kryolith überwacht. Es soll gerade soviel Kryolith gebildet
werden, wie zum Schutz der Auskleidung der Schmelzkanäle und zur Vermeidung von Aluminiumoxid-Ablagerungen
erforderlich ist. Wird zu wenig Kryolith gebildet, so wird das Freon 12 ganz oder teilweise durch
Freon 14 (CF4) ersetzt, um das Angebot an Fluor zu
5 6
erhöhen. Wird zuviel Kryolith gebildet, so wird das und/oder Chlor-Fluor-Kohlenstoff und/oder Chlor-Angebot
an Chlor erhöht, beispielsweise durch Zugabe Kohlenstoff so gesteuert, daß die Analyse der Schmelze
von Tetrachlorkohlenstoff oder durch Verwendung von am Ende des Schmelzprozsses die erforderlichen
Freon 11 (CCl3F) anstelle von Freon 12 (CCI2F2). niedrigen Werte an Natrium, Lithium, Kalium und
Insgesamt wird die Zugabe von Fluor-Kohlenstoff 5 Calcium aufweist.
Claims (4)
1. Verfahren zum Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einem Induktionsrinnenschmelzofen,
bei dem die Schmelzrinnen durch Kryolith vor dem Angriff der Schmelze geschützt werden und bei dem in die Schmelzkanäle der
Induktoreinheiten ein Gas oder Gasgemisch, das Halogene oder Halogene abspaltende Verbindungen
enthält, eingeleitet wird und die mit den Verunreinigungen der Schmelze gebildeten Reaktionsprodukte
von der Schmelze entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des erforderlichen Kryoliths im Schmelzguteinsatz
ein Gehalt an Natrium von mindestens 15 ppm, sowie ein Gehalt an Lithium und/oder Calzium
und/oder Kalium von zusammen mindestens 15 ppm eingestellt wird und daß Fluor abspaltende Verbindungen
eingeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluor abspaltende Verbindungen
Fluor-Kohlenstoff und/oder ein Chlor-Fluor-Kohlenstoff eingeleitet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzguteinsatz
ein Gehalt von 50—100 ppm Natrium sowie jeweils 50—100 ppm Lithium und/oder Calzium und/oder
Kalium eingestellt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Chlor abspaltende
Verbindung, insbesondere Chlor-Kohlenstoff eingeleitet wird.
Priority Applications (4)
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