DE1131895B

DE1131895B - Verfahren zur Herstellung von Magnesium-Silicium-Legierungen

Info

Publication number: DE1131895B
Application number: DEM40979A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Curt Figge; Dr Franz Kaess; Erich Pfluger; Dr Johann Drost
Original assignee: SKW Trostberg AG; Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG; Evonik Operations GmbH
Priority date: 1959-03-26
Filing date: 1959-03-26
Publication date: 1962-06-20

Description

Verfahren zur Herstellung von Magnesium-Silicium-Legierungen Legierungen, die in der Eisen- und Nichteisenmetallurgie Verwendung finden und die als Hauptbestandteile außer Silicium noch Magnesium, Calcium, Eisen, Nickel, Kupfer; Mangan-, Aluminium oder Seltene Erdmetalle enthalten, bieten bei der Herstellung gewisse Schwierigkeiten. Insbesondere, wenn solche Legierungen Magnesium oder ähnliche Legierungselemente mit niedrigem Siedepunkt und hoher Sauerstoffaffinität enthalten, führen sie leicht zu unkontrollierbarem Abbrennen und erschweren daher die Einhaltung einer einheitlichen und definierten Zusammensetzung der Legierung.
Es ist bekannt, Magnesium-Silicium-Legierungen, die auch Calcium und Eisen enthalten, in der Weise herzustellen, daß zunächst Ferrosilicium-Calcium-Silicium-Gemische im Graphitstabofen oder Lichtbogenofen erschmolzen werden. Die flüssigen Legierungen werden dann in einen Tiegel aus kohlenstoffhaltigem Material übergeführt und das Magnesium in die Schmelze eingeführt. Dabei entsteht durch das Lösen des Magnesiums meist ein Temperaturabfall der Schmelze, der das Entleeren des Tiegels erschwert und weitere Nachteile zur Folge hat. Auch ist das Einlegieren des Magnesiums in die flüssige Siliciumlegierung trotz aller Vorsichtsmaßnahmen nicht ungefährlich.
Es wurde nun gefunden, daß man diese Schwierigkeiten vermeiden kann und daß es möglich ist, jede Oualität von homogenen Magnesium-Silicium-Legierungen mit mindestens 1511/o Silicium, die außer Calcium und Eisen z. B. noch Nickel, Kupfer, Mangan, Aluminium und Seltene Erdmetalle enthalten können, auf einfache Weise mit sehr guten Metallausbeuten und treffsicher herzustellen, wenn hierfür ein Induktionsofen mit einem an sich bekannten, vorwiegend aus Kohlenstoff bestehenden oder mit Kohlenstoffzuschlägen hergestellten Tiegelmaterial verwendet wird. Der Tiegel des Induktionsofens besteht dabei aus Kohlenstoffstampfmasse, Graphit oder Kohlensteinen, ebenso wie auch Graphittontiegel verwendet werden können. Dieses für die Herstellung von Magnesium-Silicium-Legierungen an sich bekannte Tiegelmaterial hat den Vorteil, daß es nicht angegriffen wird, wofür eine besonders große Gefahr besteht, da die Oxyde der Legierungsmetalle im allgemeinen zu den Stoffen gehören, aus denen die Ofenwandungen von üblichen Schmelzöfen hergestellt sind. Durch Reaktion der Bestandteile der Schmelze mit der Ofenwandung kann es daher leicht zur Bildung von Schlacken kommen, wodurch nicht nur die erstrebte Legierungszusammensetzung erschwert, sondern auch das Ofenfutter vorzeitig zerstört worden ist. Bei der Verwendung eines Tiegels aus kohlenstoffhaltigem Material überzieht sich im Laufe der Zeit der obere Teil des Tiegels, der nicht mit der flüssigen Schmelze in Berührung kommt, mit einer Schicht von Oxyden, die ein Abbrennen dieser Teile des Tiegels durch den Luftsauerstoff verhindern, andererseits aber die Legierungszusammensetzung nicht stören.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zweckmäßig, so vorzugehen, daß das Magnesium zusammen mit den Legierungspartnern aufgeschmolzen wird, wobei das in fester Form vorgelegte Magnesium von den anderen Legierungspartnern überschichtet wird, um einen Abbrand des Magnesiums und damit eine Ungenauigkeit in der beabsichtigten Legierungszusammensetzung auszuschließen.
Es kann auch zweckmäßig sein, das Magnesium zunächst im Induktionsofen aufzuschmelzen und anschließend das flüssige Magnesium zuerst mit Calcium-Silicium zu versetzen und in dem Maße, wie dies gelöst wird, Ferrosilicium und/oder Siliciummetall ratenweise so zuzusetzen, daß die Oberfläche der Schmelze möglichst lange mit festem Material bedeckt bleibt. Es zeigte sich nämlich, daß das geschmolzene Magnesium von einer Temperatur von etwa 750° C in kurzer Zeit Siliciumlegierungen, z. B. 75 bis 90o/oiges Ferrosilicium oder Calcium-Silicium, sowie Siliciummetall in stückiger Form bei langsamer Temperatursteigerung völlig lösen kann. Dabei kann es zweckmäßig sein, die festen Legierungsbestandteile bereits in vorgewärmter Form, z. B. unter Ausnutzung der Abhitze, in den Ofen einzubringen, wodurch eine Herabsetzung des spezifischen Stromverbrauchs erreicht wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bisher üblichen Verfahren liegt darin, daß die Legierung bei einer Temperatur hergestellt werden kann, die 200 bis 300° C tiefer liegt als bisher, nämlich bei höchstens 1200° C. Der Lösevorgang geht völlig ruhig vor sich, wobei die Badbewegung im Induktionsofen für die Verflüssigung von großer Bedeutung ist, da hierdurch die noch nicht gelösten Teile umspült werden und damit eine völlige Homogenisierung herbeigeführt wird.
Statt der bisher angegebenen Wege ist es auch möglich, magnesiumhaltige Schmelzen dadurch herzustellen, daß das Magnesium im Induktionsofen in fester oder flüssiger Form mit geschmolzenen Legierungsbestandteilen, z. B. Ferrosilicium, Calcium-Silicium und/oder Siliciummetall; oder einem Gemisch dieser geschmolzenen Legierungsbestandteile übergossen und anschließend homogenisiert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren treten erheblich geringere Abbrandverluste an den Legierungsbestandteilen mit niedrigem Siedepunkt ein als bei der Anwendung anderer Verfahren. Durch die Verwendung von wesentlichen Bestandteilen an Kohle 3 enthaltendem Tiegelmaterial ist eine ausreichende Wärmeübertragung gesichert, wodurch eine überhitzung vermieden wird und ein erheblich geringerer Verschleiß eintritt: Infolge der Homogenisierung der Schmelze durch den Induktionsstrom ist es nicht mehr erforderlich, die Schmelze von außen zu rühren, wodurch die Rauchbelästigung und Unfallgefahr erheblich vermindert wird. Legierungen, für die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, wurden früher mindestens in zwei Öfen und in mehreren Arbeitsgängen hergestellt. Durch die Möglichkeit, solche Legierungen in einem Arbeitsgang in einem einzigen Ofen herzustellen, ist eine erhebliche Stromersparnis und damit eine Vereinfachung und Verbilligung des Verfahrens erzielt worden.
In allen Fällen, in denen unter Verwendung eine Induktionsofens mit einem vorwiegend aus Kohlenstoff bestehenden oder mit Kohlenstoffzuschlägen hergestellten Tiegel Legierungen der Zusammensetzung hergestellt werden, wie sie hier angegeben sind, kann es zweckmäßig sein, daß ein Teil oder alle Legierungsbestandteile im Induktionsofen durch Widerstandsheizung eingeschmolzen werden und daß die Schmelze anschließend durch induktive Heizung homogenisiert wird.
Es hat sich als günstig erwiesen, die Induktionsspule nicht in einer durchgehenden Wicklung anzufertigen, sondern sie zu unterteilen und jeden Teil für sich an den Transformator anzuschließen. Dadurch kann derjenige Teil des Tiegels, der die meiste Energie aufzunehmen hat, stärker als die übrigen Teile des Tiegels belastet werden.. Durch die Wahl in der Höhe der Frequenz des Heizstromes kann ein entscheidender Einfluß auf die Heftigkeit der Badbewegung im Tiegel ausgeübt werden, die für jede Legierungsart verschieden sein kann. Je stärker die Badbewegung im Tiegel, desto größer ist die Gefahr der Oxydation durch Luftsauerstoff, je geringer sie ist, desto langsamer der Löse- und Homogenisierungsvorgang.
' _ Beispiel 91 kg Magnesium in Barren werden in den leeren vorgeheizten Tiegel aus Kohlenstoffstampfmasse eingebracht und mit 40 kg CaSi und 170 kg grobstückigem 75%igem FeSi und 3,2 kg Cer-Mischmetall abgedeckt. Dann wird der Strom eingeschaltet und der Tiegelinhalt innerhalb von 40 bis 45 Minuten zusammengeschmolzen, wobei die Temperatur nicht über 1250° C ansteigen soll. Nach Verflüssigung des Tiegelinhaltes wird bei verminderter Strombelastung 5 Minuten homogenisiert und anschließend nach Abschaltung des Stromes der Ofen durch Kippen entleert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Magnesium-Silicium-Legierungen mit mindestens 15% Siliciumgehalt, die außer Calcium und Eisen z. B. noch Nickel, Kupfer, Mangan, Aluminium und Seltene Erdmetalle enthalten können, in einem Tiegel, der vorwiegend aus Kohlenstoff besteht oder mit Kohlenstoffzuschlägen hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungspartner in diesem Tiegel im Induktionsofen aufgeschmolzen und miteinander legiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium in fester Form vorgelegt, von den anderen Legierungspartnern überschichtet und mit diesen zusammen aufgeschmolzen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Magnesium verflüssigt und anschließend das flüssige Magnesium zuerst mit Calcium-Silicium versetzt und in dem Maße, wie es gelöst wird, Ferrosilicium und/oder Siliciummetall ratenweise so zugegeben wird, daß die Badoberfläche möglichst lange mit festem Material bedeckt bleibt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium im Induktionsofen in fester oder flüssiger Form mit geschmolzenen Legierungsbestandteilen, z. B. Ferrosilicium, Calcium-Silicium und/oder Siliciummetall oder einem Gemisch dieser geschmolzenen Legierungsbestandteile übergossen und anschließend homogenisiert wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Arbeiten mit einer teilweise abschaltbaren Heizspule und/oder durch Änderung der Frequenz die Badbewegung im Induktionsofen reguliert wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder alle Legierungsbestandteile im Induktionsofen durch Widerstandheizung aufgeschmolzen werden und daß die Schmelze anschließend durch induktive Heizung homogenisiert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 901960, 1035 910; deutsche Auslegeschrift Nr. 1022 014.