NO311437B1

NO311437B1 - Process and apparatus for refining magnesium and magnesium alloys

Info

Publication number: NO311437B1
Application number: NO19991606A
Authority: NO
Inventors: Per Bakke; Frede Frisvold
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2001-11-26
Also published as: NO991606D0; NO991606L; WO2000058527A1; AU3336400A

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og et apparat for raffinering av magnesium og magnesiumlegeringer uten bruk av flussmidler. The invention relates to a method and an apparatus for refining magnesium and magnesium alloys without the use of fluxes.

Arbeidet i et produksjonsanlegg hvor man støper deler av magnesium eller magnesiumlegeringer fører til at det også dannes en viss mengde skrapmetall. Hittil har den vanligste måten å behandle dette skrapet på vært å sende skrapmetallet tilbake til magnesiumleverandøren som i sin tur resirkulerer det til rene barrer av magnesium eller magnesiumlegering, som igjen finner veien tilbake til kunden. Barrene må smeltes igjen på magnesiumstøperiet. Dette er ikke en ideell situasjon, siden metallet må transporteres over lange avstander, noe som både er tidkrevende og dyrt. Å støpe barrer og smelte dem igjen er også energikrevende. The work in a production facility where parts of magnesium or magnesium alloys are cast leads to the formation of a certain amount of scrap metal. Until now, the most common way to process this scrap has been to send the scrap metal back to the magnesium supplier, who in turn recycles it into pure ingots of magnesium or magnesium alloy, which in turn find their way back to the customer. The ingots must be remelted at the magnesium foundry. This is not an ideal situation, since the metal has to be transported over long distances, which is both time-consuming and expensive. Casting ingots and melting them again is also energy-intensive.

En av de vanligste måtene å resirkulere skrapmetall på er ved å raffinere dem ved hjelp av flussmidler. For å redusere innholdet av visse forurensninger i råmagnesium blir dette behandlet med flussmidler eller saltblandinger. Flussmidlene har to grunnleggende funksjoner, å fjerne visse urenheter fra magnesium og å beskytte det smeltede metallet mot kontakt med atmosfæren. I US patent No. 5 167 700 beskrives en metode for resirkulering av skrapmetall ved hjelp av flussmidler. Imidlertid er dette en komplisert prosess som krever store enheter og store ferdigheter av arbeiderne for at det skal oppnås gode resultater, og derfor egner den seg ikke for bruk i magnesiumstøperier. Bare en liten mengde saltrester vil forurense det støpte produktet og redusere korrosjonsegenskapene. One of the most common ways to recycle scrap metal is by refining it using fluxes. To reduce the content of certain contaminants in raw magnesium, this is treated with fluxes or salt mixtures. The fluxes have two basic functions, to remove certain impurities from the magnesium and to protect the molten metal from contact with the atmosphere. In US patent no. 5 167 700 describes a method for recycling scrap metal using fluxes. However, this is a complicated process that requires large units and great skill of the workers to achieve good results, and is therefore not suitable for use in magnesium foundries. Only a small amount of salt residue will contaminate the cast product and reduce its corrosion properties.

Hvis det fantes en enkel og effektiv måte å resirkulere det på, ville skrapmetallet bli resirkulert på stedet med en gang uten behov for først oppvarming, så støping av barrer, transport og ny smelting igjen. If there was a simple and efficient way to recycle it, the scrap metal would be recycled on site at once without the need for first heating, then casting ingots, transport and remelting again.

Det er også kjent andre metoder for flussmiddelfri raffinering av magnesium og magnesiumlegeringer. I japansk patent nr. 93034044 beskrives et keramisk filter som brukes til å filtrere smeltet magnesium. Filteret lages av elektrisk smeltet aluminapulver og fritte. Det hevdes at det er mer effektivt enn konvensjonelle trådnettfiltre i rustfritt stål og forbedrer resirkuleringsprosessen for skrapmetall av magnesiumlegering. Other methods are also known for the flux-free refining of magnesium and magnesium alloys. Japanese Patent No. 93034044 describes a ceramic filter used to filter molten magnesium. The filter is made from electrically fused alumina powder and frit. It is claimed to be more efficient than conventional stainless steel wire mesh filters and improves the magnesium alloy scrap metal recycling process.

Fra V. W. Petrovich og J. S. Waltrip, "Fluxless refining of magnesium scrap", Proceedings of 45th IMA Conference, 1988, s. 11-18, er det kjent en skrapsmeltingsprosess. Skrapet avfettes, forvarmes og overføres til en smelte- og støpeform. Prosessen bruker SF6-C02-luft som beskyttende atmosfære og bruker et filtersystem for effektiv fjerning av ikke-metalliske inklusjoner. Et luftdrevet mekanisk røreverk hjelper til med smeltingen av skrapet. Et "wedge-screen" sylindrisk filter av rustfritt stål brukes sammen med en elektromagnetisk pumpe. Dette filteret gir et svært lite volum for avsetning av partikler. Som et resultat må det også byttes ut svært ofte hvis dette filteret skal være effektivt,. På den annen side, hvis filteret kan stå lenge uten å bli tett, kan det ikke fjerne inklusjoner effektivt. From V. W. Petrovich and J. S. Waltrip, "Fluxless refining of magnesium scrap", Proceedings of 45th IMA Conference, 1988, pp. 11-18, a scrap smelting process is known. The scrap is degreased, preheated and transferred to a melting and casting mold. The process uses SF6-C02 air as a protective atmosphere and uses a filter system for effective removal of non-metallic inclusions. An air-driven mechanical stirrer helps with the melting of the scrap. A "wedge-screen" stainless steel cylindrical filter is used in conjunction with an electromagnetic pump. This filter provides a very small volume for the deposition of particles. As a result, it also needs to be replaced very often if this filter is to be effective. On the other hand, if the filter can stand for a long time without becoming clogged, it cannot remove inclusions effectively.

Fra S.E.Housh og V.Petrovich, "Magnesium refining: A fluxless alternative", SAE technical paper 920071, Warrendale PA, USA, 1992, er det kjent en metode for å omsmelte og raffinere magnesiumskrap. Denne metoden baserer seg på argonsprinkling og flotasjon for å fjerne oksidene. Oksidene skummes fra toppen av smeiten. I tillegg fant man det nødvendig å filtrere smeiten for å bli kvitt de største inklusjonene. Selv om noen oksider kan fjernes ved gassrensing, spesielt oksidfilmer, er ulemper med denne metoden økt slaggdannelse, prisen av gassen og økt forbruk av dekkgass foruten at fordamping av metall er en sikkerhetsrisiko. From S.E.Housh and V.Petrovich, "Magnesium refining: A fluxless alternative", SAE technical paper 920071, Warrendale PA, USA, 1992, a method for remelting and refining magnesium scrap is known. This method is based on argon sprinkling and flotation to remove the oxides. The oxides are skimmed from the top of the smelt. In addition, it was found necessary to filter the smelt to get rid of the largest inclusions. Although some oxides can be removed by gas cleaning, especially oxide films, the disadvantages of this method are increased slag formation, the price of the gas and increased consumption of cover gas, besides the fact that vaporization of metal is a safety risk.

Internasjonal patentsøknad W09841474 beskriver en metode for å fjerne faste partikler fra magnesiumklorid eller smeltet magnesium ved filtrering. Metallet smeltes i en smelteovn som inneholder smeltet metall og overføres gjennom en hevertanordning utstyrt med et filter til en støpeovn for å fjerne eventuelle uønskede faste partikler. Det brukes en vakuumpumpe for å overføre metallet til støpeovnen. Metallet overføres deretter til støpeformen gjennom et separat rør ved at pumpen stoppes og det sprøytes tørr luft eller inertgass inn i samlekaret i støpeovnen for å skape et positivt trykk som tvinger det filtrerte smeltede metallet inn i formen. Også her kan man stille spørsmål om levetiden for filteret. International patent application W09841474 describes a method for removing solid particles from magnesium chloride or molten magnesium by filtration. The metal is melted in a furnace containing molten metal and transferred through a sieve device equipped with a filter to a casting furnace to remove any unwanted solid particles. A vacuum pump is used to transfer the metal to the furnace. The metal is then transferred to the mold through a separate pipe by stopping the pump and injecting dry air or inert gas into the header in the furnace to create a positive pressure that forces the filtered molten metal into the mold. Here, too, questions can be asked about the lifespan of the filter.

Som man ser av litteraturen er de filterne som foreslås for magnesium i industrielt bruk kakefiltre. Selv om det er grunn til å tro at noen av disse filterne fjerner inklusjoner godt, fortelles det ikke noe om hvor ofte de må skiftes. Det bygges opp en filterkake og de partiklene som allerede er avsatt fungerer som filter. Dermed øker trykkfallet betydelig. Sikter og keramiske skumfiltre er eksempler på filtre som hovedsakelig fungerer som kakefiltre. Filtre som fungerer som kakefiltre må byttes og renses hyppig. As can be seen from the literature, the filters proposed for magnesium in industrial use are cake filters. Although there is reason to believe that some of these filters remove inclusions well, nothing is said about how often they need to be changed. A filter cake is built up and the particles that have already been deposited act as a filter. This increases the pressure drop significantly. Strainers and ceramic foam filters are examples of filters that function primarily as cake filters. Filters that function as cake filters must be changed and cleaned frequently.

I aluminiumsindustrien er sengfiltre brukt i store raffineringsovner i primære støperier. Disse ovnene kan være minst 10 ganger så store som de ovnene som brukes i magnesiumstøperier for presstøping. Sengfiltre brukes for eksempel ikke ved presstøping av aluminium. Kompakte sengfiltre ble utviklet ganske nylig (se Norsk patent nr. 174 164), men de brukes for det meste i primær produksjon og ikke i for eksempel presstøperier. In the aluminum industry, bed filters are used in large refining furnaces in primary foundries. These furnaces can be at least 10 times the size of the furnaces used in die casting magnesium foundries. Bed filters are not used, for example, in aluminum die-casting. Compact bed filters were developed quite recently (see Norwegian patent no. 174 164), but they are mostly used in primary production and not in, for example, die foundries.

Målet for denne oppfinnelsen er å komme frem til en fremgangsmåte for raffinering av magnesium og magnesiumlegeringer som er sikker og gir gode resultater med hensyn til renhet av metallet, slaggdannelse, forbruk av dekkgass og sikkerhet. Den må være enkel i drift og vedlikehold og egnet for lokal resirkulering av skrapmetall. The aim of this invention is to arrive at a method for refining magnesium and magnesium alloys which is safe and gives good results with regard to purity of the metal, slag formation, consumption of shielding gas and safety. It must be easy to operate and maintain and suitable for local recycling of scrap metal.

Disse og andre mål med oppfinnelsen oppnås med fremgangsmåten og apparatet som beskrives nedenfor. Oppfinnelsen beskrives og karakteriseres ytterligere ved patentkravene som følger med. These and other objects of the invention are achieved by the method and apparatus described below. The invention is further described and characterized by the accompanying patent claims.

Oppfinnelsen dreier seg altså om en fremgangsmåte for raffinering av magnesium og magnesiumlegeringer uten bruk av flussmidler, hvor fast metall smeltes ved å senkes ned i en smelte av smeltet metall som befinner seg i en ovn og filtreres, hvor en strøm av smeltet metall ved hjelp av en pumpe føres opp gjennom et lag av finfordelt filtermateriale som er anbrakt i en filterinnsats. Denne pumpen kan plasseres inne i filterinnsatsen, over filtermaterialet eller i et kammer etter filteret i strømningsretningen. Alternativt kan det faste metallet smeltes i en separat ovn og overføres til den ovnen som inneholder filtermaterialet. The invention thus relates to a method for refining magnesium and magnesium alloys without the use of fluxes, where solid metal is melted by being lowered into a melt of molten metal located in a furnace and filtered, where a stream of molten metal by means of a pump is guided up through a layer of finely divided filter material which is placed in a filter insert. This pump can be placed inside the filter insert, above the filter material or in a chamber after the filter in the flow direction. Alternatively, the solid metal can be melted in a separate furnace and transferred to the furnace containing the filter material.

Oppfinnelsen vedrører også et apparat for raffinering av magnesium og magnesiumlegeringer uten bruk av flussmidler, som innbefatter et første kammer for tilførsel og smelting av fast metall og et andre kammer som inneholder en filterinnsats med finfordelt filtermateriale. En pumpe er plassert over filteret eller i et avdelt rom som ligger etter filteret i strømningsretningen. De to kamrene kan befinne seg i den samme smelteovnen eller smeltingen kan finne sted i en separat smelteovn. The invention also relates to an apparatus for refining magnesium and magnesium alloys without the use of fluxes, which includes a first chamber for supplying and melting solid metal and a second chamber containing a filter insert with finely divided filter material. A pump is placed above the filter or in a separate compartment located after the filter in the direction of flow. The two chambers can be in the same melting furnace or the melting can take place in a separate melting furnace.

Oppfinnelsen vedrører også et filter til bruk ved raffinering av magnesium og magnesiumlegeringer uten bruk av flussmidler, som innbefatter en filterinnsats i form av en stålbeholder med bunn av jerngitter som inneholder et lag av finfordelt filtermateriale. Fortrinnsvis er filtermaterialet laget av stål eller et annet metall som ikke reagerer med det smeltede magnesiumet. Hulrommene inne i filtermaterialet bør være mye større enn partiklene som skal holdes tilbake av filteret. Det foretrekkes at høyden av filterlaget er større enn eller lik bredden av filterinnsatsen. The invention also relates to a filter for use in refining magnesium and magnesium alloys without the use of fluxes, which includes a filter insert in the form of a steel container with an iron grid bottom containing a layer of finely divided filter material. Preferably, the filter material is made of steel or another metal that does not react with the molten magnesium. The voids inside the filter material should be much larger than the particles to be retained by the filter. It is preferred that the height of the filter layer is greater than or equal to the width of the filter insert.

Oppfinnelsen beskrives videre med henvisning til figur 1-3, hvor The invention is further described with reference to figures 1-3, where

figur 1A viser ovnen med filteret sett fra siden figure 1A shows the oven with the filter seen from the side

figur 1B viser ovnen sett ovenfra figure 1B shows the oven seen from above

figur 2A viser, sett fra siden, en smelteovn i kombinasjon med en ovn hvor figure 2A shows, seen from the side, a melting furnace in combination with a furnace where

filteret og pumpen befinner seg i separate kamre. the filter and the pump are located in separate chambers.

figur 2B viser ovnen med filter sett ovenfra figure 2B shows the oven with filter seen from above

figur 3 viser en graf av filtreringseffektiviteten som funksjon av filterlengden figure 3 shows a graph of the filtering efficiency as a function of the filter length

Figur 1 er en skjematisk tegning av ovnen 1. Ovnen er utstyrt med en smeltedigel av badekartypen som er kurvet i begge ender. Det kan også brukes sylindriske eller rektangulære digler. En passasje 3 for påfylling av skrapmetall, utstyrt med et "skjørt" 4, bør minimalisere spredning av slagg utenfor påfyllingspassasjen og også sørge for at temperaturfallene begrenser seg til passasjen. Skjørtet ble bare sveiset til passasjen, ikke til digelen. En stålsylinder 5 med en jernrist 6 sveiset til bunnen utgjør filterinnsatsen. Filterinnsatsen trenger ikke å være sylindrisk, den kan ha en hvilken som helst egnet form. Rundt den øvre åpningen har sylinderen en flens 7 som hviler på ovnsdekselet 8. Sylinderen er arrangert slik at det skal være lett å bytte ut filtermaterialet 9. Sylinderen kan løftes ut og fjernes fra ovnen. Enten kan man sette inn en ny sylinder, eller den gamle kan settes tilbake etter at den er tømt for brukt filtermateriale. Man kan fylle på nytt filtermateriale mens sylinderen er utenfor ovnen eller etter at den er satt inn i ovnen igjen. En gassfortrengningspumpe 10 er plassert omtrent 5 cm ovenfor filtermaterialet. En egnet pumpe er vist i U.S. patent No. 5 400 931. En flens 11 er sveiset til gassfortrengningspumpen og passer nøyaktig over filterinnsatsen slik at metallrommet innenfor lukkes tett til og behovet for dekkgass reduseres til et minimum. Fortrinnsvis brukes argon som føres inn gjennom gassinntaket 12 til pumpen. Det kan brukes en hvilken som helt type av pumpe som egner seg for bruk i forbindelse med magnesium og magnesiumlegeringer. Imidlertid anbefales det ikke å bruke sentrifugalpumper i dette arrangementet, siden de vil føre til at det filtrerte metallet virvles opp i betydelig grad. Det spesielle arrangementet med pumpen plassert inne i beholderen fører til at hele filtervolumet utnyttes homogent. Pumpen transporterer metallet for eksempel til en fyllsylinder (ikke avbildet) for støping av metalldeler eller til en støpeform for barrer. Dekselet er utstyrt med en inspeksjonsluke 13 slik at man kan følge metallnivået under drift. Med arrangementet som er vist i figur 1 vil fast metall føres til kammeret 14 og filteret plasseres i kammer 15. Det er også mulig å smelte metallet i en separat ovn. Figure 1 is a schematic drawing of furnace 1. The furnace is equipped with a bathtub-type crucible which is curved at both ends. Cylindrical or rectangular crucibles can also be used. A passage 3 for filling scrap metal, provided with a "skirt" 4, should minimize the spread of slag outside the filling passage and also ensure that the temperature drops are limited to the passage. The skirt was only welded to the passage, not to the crucible. A steel cylinder 5 with an iron grate 6 welded to the bottom forms the filter insert. The filter insert does not have to be cylindrical, it can have any suitable shape. Around the upper opening, the cylinder has a flange 7 which rests on the oven cover 8. The cylinder is arranged so that it should be easy to replace the filter material 9. The cylinder can be lifted out and removed from the oven. Either a new cylinder can be inserted, or the old one can be put back after it has been emptied of used filter material. You can fill in new filter material while the cylinder is outside the oven or after it has been put back into the oven. A gas displacement pump 10 is placed approximately 5 cm above the filter material. A suitable pump is shown in U.S. Pat. patent no. 5 400 931. A flange 11 is welded to the gas displacement pump and fits exactly over the filter insert so that the metal space inside is tightly closed and the need for shielding gas is reduced to a minimum. Preferably, argon is used which is fed in through the gas inlet 12 to the pump. Any type of pump suitable for use in connection with magnesium and magnesium alloys can be used. However, it is not recommended to use centrifugal pumps in this arrangement, as they will cause the filtered metal to swirl up significantly. The special arrangement with the pump placed inside the container means that the entire filter volume is utilized homogeneously. The pump transports the metal, for example, to a filling cylinder (not shown) for casting metal parts or to a mold for ingots. The cover is equipped with an inspection hatch 13 so that the metal level can be monitored during operation. With the arrangement shown in Figure 1, solid metal will be fed to chamber 14 and the filter placed in chamber 15. It is also possible to melt the metal in a separate furnace.

Et alternativt arrangement som utnytter dette filteret ville være å plassere pumpen i et separat kammer etter filteret i metallstrømmen. I figur 2 vises et slikt arrangement i kombinasjon med en separat smelteovn 16. Denne ovnen er delt i to kamre av en vegg 17 som ikke går helt ned til bunnen slik at det blir en passasje i bunnen og smeltet metall kan forflytte seg fra det ene kammeret til det andre. Det fylles på med fast metall i det første kammeret i smelteovnen, og det overføres til det første kammeret 18 i ovnen ved siden av gjennom en hevert 19. Filterinnsatsen med filtermaterialet 9 er plassert i det midtre kammeret 20 og hviler på en sokkel 21. Det er viktig at det ikke er noe åpent rom mellom innsatsen og sokkelen for å sikre at alt metallet føres gjennom filteret. Filteret er utstyrt med en anordning 22 for å gjøre det lettere å løfte det ut av ovnen. An alternative arrangement utilizing this filter would be to place the pump in a separate chamber after the filter in the metal stream. Figure 2 shows such an arrangement in combination with a separate melting furnace 16. This furnace is divided into two chambers by a wall 17 which does not go all the way down to the bottom so that there is a passage in the bottom and molten metal can move from one the chamber of the other. It is filled with solid metal in the first chamber of the melting furnace, and it is transferred to the first chamber 18 in the furnace next to it through a sieve 19. The filter insert with the filter material 9 is placed in the middle chamber 20 and rests on a base 21. is important that there is no open space between the insert and the base to ensure that all the metal is passed through the filter. The filter is equipped with a device 22 to make it easier to lift it out of the oven.

I et tredje kammer er det plassert en sentrifugalpumpe 23. Metallet strømmer som illustrert ved pilene i figur 2 fra det første kammeret gjennom en åpning i skilleveggen 24 under filteret, gjennom filtermaterialet og ut av det andre kammeret gjennom en åpning i den motsatte skilleveggen 25, over filteret. Metallet transporteres deretter av pumpen for eksempel til en støpehylse (ikke avbildet) for støping av metalldeler, eller til en støpeform for barrer. A centrifugal pump 23 is placed in a third chamber. As illustrated by the arrows in figure 2, the metal flows from the first chamber through an opening in the partition wall 24 below the filter, through the filter material and out of the second chamber through an opening in the opposite partition wall 25, above the filter. The metal is then transported by the pump, for example, to a casting sleeve (not shown) for casting metal parts, or to a mold for ingots.

Filtermaterialet lages fortrinnsvis av stål, for eksempel i form av kuler eller Raschig-ringer. Sistnevnte foretrekkes, siden det spesifikke overflatearealet for ringer er mye større enn for en kule. Stålrør er billige forbruksvarer og et filtermateriale av stål kan lett rengjøres med syre. Det er imidlertid mulig å bruke et hvilket som helst materiale som ikke reagerer med smeltet magnesium, for eksempel magnesiumoksid, kalsiumoksid eller visse sorter aluminiumoksid. Også størrelsen og formen av filtermaterialet kan variere innen vide grenser. Det er imidlertid nødvendig at åpningene eller porene i filteret er mye større enn størrelsen av partiklene de holder tilbake. Et sengfilter er gjerne stort og har store indre overflater, slik at det kan holde tilbake et stort antall inklusjoner før det er utbrukt. Filteret er fortrinnsvis høyere enn det er bredt for å sikre at hele tverrsnittet utnyttes. The filter material is preferably made of steel, for example in the form of balls or Raschig rings. The latter is preferred, since the specific surface area of rings is much greater than that of a sphere. Steel pipes are cheap consumables and a steel filter material can be easily cleaned with acid. However, it is possible to use any material that does not react with molten magnesium, such as magnesium oxide, calcium oxide or certain types of aluminum oxide. The size and shape of the filter material can also vary within wide limits. However, it is necessary that the openings or pores in the filter are much larger than the size of the particles they retain. A bed filter is usually large and has large internal surfaces, so that it can retain a large number of inclusions before it is used up. The filter is preferably taller than it is wide to ensure that the entire cross-section is utilized.

Eksempel Example

Det ble utført en rekke eksperimenter med en 180 kW motstandsovn i henhold til figur 1, med en 1000 mm lang og 500 mm bred badekardigel. Dybden av digelen var 1000 mm, slik at metallnivået under drift var 850-900 mm. Filterinnsatsen var en sylinder med indre diameter 400 mm som var utstyrt med et gitter i bunnen. Filtermaterialet besto av 60 m rør av bløtt stål med ytre diameter 25 mm, kuttet i lengder på 25 mm. Dette ga en filtertykkelse på 250-300 mm. Ideelt sett burde filteret vært lenger, minst 500 mm, men på grunn av den begrensede dybden av digelen og det forholdsvis store volumet som kreves for denne spesielle gassfortrengningspumpen kunne ikke filterlengden være mer enn 250-300 mm. I dette arrangementet hvor filteret er like langt som det er bredt ventes det en ensartet utnyttelse av hele filtervolumet. A series of experiments were carried out with a 180 kW resistance furnace according to Figure 1, with a 1000 mm long and 500 mm wide bath crucible. The depth of the crucible was 1000 mm, so that the metal level during operation was 850-900 mm. The filter insert was a cylinder with an inner diameter of 400 mm which was equipped with a grid at the bottom. The filter material consisted of 60 m of mild steel pipe with an outer diameter of 25 mm, cut into lengths of 25 mm. This gave a filter thickness of 250-300 mm. Ideally the filter should have been longer, at least 500mm, but due to the limited depth of the crucible and the relatively large volume required for this particular gas displacement pump, the filter length could not be more than 250-300mm. In this arrangement, where the filter is as long as it is wide, uniform utilization of the entire filter volume is expected.

SFe/luft-blandinger ble innført i alle rommene. Støpingen ble utført med en gassfortrengningspumpe med en skuddkapasitet på 5 kg. Når den eksperimentelle serien startet var ovnen 3/4 fylt med smeltede AZ91 -barrer. Ovnen ble så fylt opp med presstøpeavfall klasse I, som består av "runners, biscuits trimmings" og kasserte støpedeler, ikke noe vått, fettet eller malt materiale (P.M.D. Pinfold og D. Øymo, "An evacuation of refined, recycled AZ91D-alloy", SAE Technical Paper, 930420, 1993). SFe/air mixtures were introduced into all rooms. The casting was carried out with a gas displacement pump with a shot capacity of 5 kg. When the experimental series started, the furnace was 3/4 filled with molten AZ91 ingots. The furnace was then filled with die-casting waste class I, which consists of "runners, biscuits trimmings" and discarded castings, no wet, greasy or painted material (P.M.D. Pinfold and D. Øymo, "An evacuation of refined, recycled AZ91D-alloy" , SAE Technical Paper, 930420, 1993).

Under eksperimentet ble skrapmetall av klasse I tilført med tilstrekkelig hastighet til å opprettholde nivået i badet. Det er også mulig, og foretrekkes, å smelte skrapet i en separat ovn og overføre det smeltede metallet gjennom en hevertanordning til ovnen der filteret befinner seg. Hydros metode for anslag av magnesiuminklusjoner (Hydro Magnesium Inclusion Assessment Method, HMIAM)(P. Bakke og D. O. Karlsen, "Inclusion assessment in magnesium and magnesium base alloys", SAE Technical paper 970330, 1997) ble brukt til å bestemme renheten av metallet. Det var ikke mulig å ta HMIAM-prøver fra nær filterinngangen. Derfor ble det kjørt en delt forsøksserie, først en referansedel uten filter, hvor det ble støpt 1,9 tonn AZ91-legering fra det tomme filterrommet. Deretter ble det støpt 2,4 tonn filtrert materiale. Det ble tatt 26 HMIAM-prøver nær pumpeinngangen med regelmessige mellomrom. Man fikk støpe-/påfyllingshastigheter på 450 kg/t i perioder på 12-15 minutter. Temperaturen ble holdt jevnt på omtrent 680 °C under eksperimentene. Tabell 1 viser resultatene av HMIAM-målingene. Estimert filtreringseffektivitet for oksidpartikler og oksidfilmer er også oppført under forutsetning av at metallkvaliteten er tilsvarende under begge delene av forsøksserien. During the experiment, Class I scrap metal was fed at a rate sufficient to maintain the level in the bath. It is also possible, and preferred, to melt the scrap in a separate furnace and transfer the molten metal through a sieve device to the furnace where the filter is located. Hydro's method for estimating magnesium inclusions (Hydro Magnesium Inclusion Assessment Method, HMIAM)(P. Bakke and D. O. Karlsen, "Inclusion assessment in magnesium and magnesium base alloys", SAE Technical paper 970330, 1997) was used to determine the purity of the metal. It was not possible to take HMIAM samples from close to the filter inlet. Therefore, a split test series was run, first a reference part without a filter, where 1.9 tonnes of AZ91 alloy was cast from the empty filter space. 2.4 tonnes of filtered material were then cast. 26 HMIAM samples were taken near the pump inlet at regular intervals. Casting/filling speeds of 450 kg/h were achieved in periods of 12-15 minutes. The temperature was kept constant at approximately 680 °C during the experiments. Table 1 shows the results of the HMIAM measurements. Estimated filtration efficiency for oxide particles and oxide films is also listed under the assumption that the metal quality is similar during both parts of the test series.

Drass ble også fjernet med regelmessige mellomrom. Under referanseperioden ble det fjernet 3,8 % dross, mens det ble fjernet 7,4 % dross under filterperioden. Dette kan tyde på at metallet i gjennomsnitt var nesten dobbelt så rent under referanseperioden. Filtreringseffektiviteten i tabell 1 bør derfor korrigeres for denne faktoren. Dette gir en filtreringseffektivitet i området 0,6-0,7. Drass was also removed at regular intervals. During the reference period, 3.8% dross was removed, while 7.4% dross was removed during the filter period. This may indicate that the metal was on average almost twice as pure during the reference period. The filtration efficiency in Table 1 should therefore be corrected for this factor. This gives a filtration efficiency in the range of 0.6-0.7.

I figur 2 er filterlengden plottet som funksjon av filtreringseffektiviteten. Man ser for eksempel at hvis filtreringseffektiviteten (E) for et filter av lengde L er 0,5, vil en dobling av lengden øke E til 0,75. For en gitt form og størrelse av filtermateriale bestemmes filtreringseffektiviteten av lengden av det dype sengfilteret, mens tverrsnittet av filteret bestemmer levetiden. In Figure 2, the filter length is plotted as a function of the filtering efficiency. One sees, for example, that if the filtering efficiency (E) for a filter of length L is 0.5, doubling the length will increase E to 0.75. For a given shape and size of filter material, the filtration efficiency is determined by the length of the deep bed filter, while the cross-section of the filter determines its lifetime.

I praksis vil man ikke kjøre et enovnssystem på 100 % skrap ved presstøping. Ved såkalt interncelle-resirkulering hvor skrapet (straks) sendes tilbake til ovnen det er støpt i, kan man typisk fylle på 20-70 % skrap sammen med barrene. I et slikt system kan et filter som fjerner 50-80 % av inklusjonene vise seg tilstrekkelig hvis man fjerner drosset regelmessig. Dette er det mulig å oppnå med et 0,25-1 m langt sengfilter, avhengig av dimensjonene på filtermaterialet. Med et to-ovnerssystem kan man plassere et sengfilter, kanskje med tettere filtermateriale, like før pumpeinntaket. Et slikt filter med mindre kapasitet, som krever mindre plass og gir et renere metall, kan anvendes fordi metallet som skal filtreres trolig er betydelig renere enn metallet i et enovnssystem. Dermed kan tiden mellom hver gang man må bytte filter likevel bli tilstrekkelig lang. In practice, you will not run a single-furnace system of 100% scrap in die casting. With so-called internal cell recycling, where the scrap is (immediately) sent back to the furnace in which it was cast, you can typically add 20-70% scrap together with the ingots. In such a system, a filter that removes 50-80% of the inclusions may prove sufficient if the choke is removed regularly. This can be achieved with a 0.25-1 m long bed filter, depending on the dimensions of the filter material. With a two-furnace system, you can place a bed filter, perhaps with denser filter material, just before the pump intake. Such a filter with a smaller capacity, which requires less space and produces a cleaner metal, can be used because the metal to be filtered is probably significantly cleaner than the metal in a single-furnace system. Thus, the time between each time you have to change the filter can still be sufficiently long.

Claims

1. Process for flux-free smelting and refining of magnesium and magnesium alloys where solid metal is melted by being immersed in a melt of liquid metal located in a furnace (1) and filtered, characterized by that a stream of molten metal is led up through a layer of finely divided filter material (9) located in a filter insert (5,6), by means of a pump (10) arranged inside the filter insert, above the filter material, or in a room which lies after the filter in the direction of flow.

2. Procedure according to claim 1, characterized by that the solid material is melted in a separate furnace and transferred to the furnace (1) which contains the filter material.

3. Apparatus for flux-free smelting and refining of magnesium or magnesium alloys comprising a first chamber for filling and melting solid metal, characterized by that a second chamber contains a filter insert (5,6) with finely divided filter material (9) and where a pump (10) is placed above the filter or in a room that lies after the filter in the direction of flow.

4. Apparatus according to claim 3, characterized by that the two chambers are located in the same oven.

5. Apparatus according to claim 3, characterized by that the filter insert consists of a steel container (5) with an iron grid bottom (6), which contains a layer of finely divided filter material (9).

6. Apparatus according to claim 3 or 5, characterized by that the filter material (9) is made of steel or another material that does not react with molten magnesium.

7. Apparatus according to claim 3 or 5, characterized by that the filter material is shaped like Raschig rings.

8. Apparatus according to claim 3, characterized by that the openings between the filter material are much larger than the particles to be retained in the filter, and where the height of the filter layer is preferably equal to or greater than the width of the filter insert.

9. Use of a bed filter comprising a steel container (5) with a bottom of iron grid (6) containing a layer of finely divided filter material, for flux-free refining of molten magnesium and magnesium alloys.