DE60124022T2

DE60124022T2 - Schutzgasatmosphäre für Nichteisenmetallschmelzen auf Fluoridbasis mit geringerer Treibhauswirkung

Info

Publication number: DE60124022T2
Application number: DE60124022T
Authority: DE
Inventors: John Peter Lansdale Hobbs; James Francis Orwigsburg Heffron; Andrew Joseph Allentown Woytek
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: ATE343654T1; NO20010631D0; JP3655553B2; ES2273752T3; DK1122322T3; DE60124022D1; CA2333517A1; EP1122322A1; EP1122322B1; JP2001279342A; NO20010631L; US6398844B1; PT1122322E; CA2333517C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Schutzgasabdeckung geschmolzener Metalle und Legierungen mit Gasgemischen und speziell ein Verfahren zur Schutzgasabdeckung geschmolzener Nichteisen-Metalle und Legierungen unter Verwendung von Gasen mit verringerten globalen Erwärmungspotenzialen/Treibhauswirkung relativ zum Stand der Technik.
Oben offene Behälter wie Induktionsöfen, die verwendet werden, um Metalle einzuschmelzen, werden so betrieben, dass die Oberfläche des Metalls während des Schmelzens und die Oberfläche des Schmelzbades der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt sind. Die Luft in der Atmosphäre neigt dazu, die Schmelze zu oxidieren, wobei dadurch der Verlust von Metall, der Verlust von Legierungszusätzen und die Bildung von Schlacke verursacht werden, die Schwierigkeiten bei der Metallbearbeitung, die Verkürzung der temperaturbeständigen Lebensdauer und die Förderung nicht metallischer Einschlüsse in den endgültigen Gussformen, das Aufnehmen unerwünschter Gase in den Metallen, die Porosität und die schwache Metallgewinnung bewirken. Eine Lösung ist es, den Induktionsofen in einer Unterdruck- oder atmosphärischen Kammer zum Schmelzen und/oder Bearbeiten der Metalle zu umschließen. Vollständig umschlossene Systeme sind jedoch sehr kostspielig und begrenzen den physikalischen und visuellen Zugang zu den Metallen, die geschmolzen werden.
Als Alternativen wurden flüssige Flussmittelsalze, synthetische Schlacke, Holzkohle-Abdeckungen und ähnliche Verfahren und Verbindungen auf dem kostenempfindlichen Gebiet der Großserien-Metallaufbereitung verwendet, um die Metalloxidierung, die Gasaufnahme und den Verlust von Legierungszusätzen zu minimieren. Zum Beispiel lehrt der Stand der Technik, dass eine schnelle Oxidation oder Feuer durch die Verwendung von Flussmitteln vermieden werden kann, die schmelzen oder reagieren, um eine Schutzschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu bilden. Diese Schutzschicht aus dicker Schlacke scheidet jedoch gutes Metall ab, was einen Verlust von bis zu 2% der Schmelze zur Folge hat. Es kann außerdem aufbrechen und in der Schmelze enthalten sein, wobei schädliche Einschlüsse gebildet werden. Zusätzlich ist das Metall in der Schlacke herauslösbar und erzeugt ein gefährliches Abfallprodukt.
Diese Verfahren nach dem Stand der Technik erfordern außerdem eine zusätzliche Behandlung und Bearbeitung und verursachen Entsorgungsprobleme. Diese Verfahren verringern häufig die Lebensdauer des Ofens oder die wärmebeständige Lebensdauer der Gießkelle, erhöhen die Häufigkeit von Abschaltungen zum Auskleiden oder Ausbessern der feuerfesten Materialien und erzeugen nicht metallische Einschlüsse, die vom Metallbad getrennt werden müssen, bevor das Metall in eine Gussform gegossen wird.
Bei der Suche nach Lösungen der oben genannten Probleme wandte sich die Metallindustrie der Schutzgasabdeckung in einer inerten Gasatmosphäre zu. Eine Art des Gasschutzsystems basiert auf der Schwerkraftverteilung von kryogenem bzw. durch Tieftemperatur verflüssigtem inertem Gas über die Oberfläche eines zu schützenden warmen Metalls. Solche kryogenen bzw. Tieftemperatur-Schutzsysteme werden im US Patent Nr. 4 990 183 offenbart und beansprucht.
Das US Patent Nr. 5 518 221 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, um den Innenraum eines Behälters, der warme Flüssigkeiten oder Festkörper in Induktionsöfen, Tiegelöfen oder Gießkellen während des Füllens, Schmelzens, Legierens, Behandelns, Überhitzens und Gießens oder Entnehmens der Metalle und Metalllegierungen enthält, inaktiv bzw. inert zu machen. Das Verfahren und die Vorrichtung verwenden einen Wirbel aus inertem Gas, um die Oberfläche des Metalls vom Zeitpunkt der Füllung des Ofens bis zu dem Zeitpunkt zu schützen oder zu bedecken, an dem der Ofen abgegossen oder abgestochen wird oder das in einem Ofen oder einer Gießkelle oder einem anderen Behälter enthaltene geschmolzene Metall inaktiv gemacht wird. Der Gaswirbel wird durch eine einzigartige Vorrichtung begrenzt, die auf der Oberseite des Ofens oder des Behälters, der das zu schützende Material enthält, angebracht ist. Es kann ein beliebiges inertes Gas verwendet werden, das schwerer ist als Luft, um die Erfindung praktisch auszuführen. Zusätzlich zu Argon und Stickstoff können abhängig vom zu schützenden Material Gase wie Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe verwendet werden.
Während einige kryogene bzw. Tieftemperatur-Schutzgasabdeckungssysteme ganz wirksam sind, ist die Verwendung solcher Systeme auf metallurgische Anlagen und Behälter beschränkt, die von gut isolierten kryogenen bzw. Tieftemperatur-Rohrleitungen versorgt oder mit kryogenen bzw. Tieftemperatur-Speichertanks in enger Nähe zum Einsatzort der kryogenen Flüssigkeit ausgestattet sein können. Dies ist nicht immer praktisch, und einige kryogene Schutzabdeckungsgassysteme wurden durch eine schwache Wirksamkeit aufgrund des vorzeitigen Auskochens der kryogenen Flüssigkeit und der grob vereinfachten Ausführung der Verteilerdüsen geplagt, die das ausgekochte Gas abgelassen haben.
Darüber hinaus verteilen die kryogenen bzw. Tieftemperatur-Verteiler die kryogene Flüssigkeit häufig nicht gleichmäßig über die geschützte Oberfläche, wobei dies zu einer vorübergehenden Ansammlung oder einem Einschluss der Flüssigkeit in Taschen unter der Schlacke oder dem Metallschaum führt, was Explosionen bei einem anschließenden schnellen Aufkochen zur Folge haben kann.
Es wurden weitere Ansätze für unterschiedliche geschmolzene Metalle und Legierungen bei weiteren Versuchen vorgenommen, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Zum Beispiel offenbart das US Patent Nr. 4 770 697 ein Verfahren zum Schützen einer Aluminium-Lithium-Legierung während des Schmelzens, Gießens und der Herstellung von bearbeiteten Formen durch das Umhüllen der freiliegenden Oberflächen mit einer Atmosphäre, die eine wirksame Menge einer Halogen-Verbindung (z. B. Dichlordifluormethan) mit wenigstens einem Fluor-Atom und einem weiteren Halogen-Atom enthält, wobei das weitere Halogen-Atom aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Chlor, Brom und Jod besteht, und das Verhältnis von Fluor zu dem weiteren Halogen-Atom in der Halogen-Verbindung kleiner oder gleich Eins ist. Es wird eine passivierende und selbst härtende viskose Flüssigkeitsschicht gebildet, die die Legierung vor Lithium-Verlust aufgrund der Verdampfung, der Oxidation der Legierung und der Wasserstoff-Aufnahme durch die Legierung schützt.
Ein weiterer Ansatz für einige geschmolzene Metalle wie Magnesium ist es, Hemmstoffe in der Luft zu verwenden. Die frühere Praxis war es, Koks und Schwefel zu verbrennen, und ein gasförmiges Mittel, CO₂ oder SO₂, zu erzeugen. Man hat festgestellt, dass eine Atmosphäre aus CO₂ gegenüber den gewöhnlich verwendeten, kommerziellen Atmosphären aus N₂, Ar oder He wegen des Fehlens der Verdampfung des Magnesiums, des Fehlens von überschüssigen Reaktionsprodukten und der verringerten Notwendigkeit für die Umhüllung über dem geschmolzenen Metall, äußerst luftdicht zu sein, überlegen ist.
Die Verwendung dieser Hemmstoffe hat jedoch verschiedene Nachteile. Z. B. werfen sowohl CO₂ als auch SO₂ Umwelt- und Gesundheitsprobleme wie Atembeschwerden für das Personal, die Beseitigung des Restschlamms und eine korrosive Atmosphäre auf, die sowohl für die Anlage als auch für die Ausrüstung schädlich ist. Des Weiteren ist SO₂ giftig und kann Explosionen verursachen.
Während BF₃ als ein sehr wirksamer Hemmstoff erwähnt wurde, ist es für kommerzielle Verfahren nicht geeignet, da es sehr giftig und korrosiv ist. Schwefelhexafluorid (SF₆) wurde ebenfalls als eine von vielen Fluor enthaltenden Verbindungen erwähnt, die in der Luft als ein Oxidationshemmstoff für geschmolzene Metalle wie Magnesium verwendet werden kann. Eine Zusammenfassung von Praktiken der Industrie für die Verwendung von SF₆ als eine Schutzatmosphäre, Ideen zur Verringerung des Verbrauchs und der Emissionen und Kommentare zu Sicherheitsfragen, die mit Reaktivität und Gesundheit verbunden sind, werden in "Recommended Practices for the Conversation of Sulfur Hexafluoride in Magnesium Melting Operations", veröffentlicht von der International Magnesium Association (1998) als ein "Technical Committee Report (Bericht der technischen Kommission)" (nachfolgend "IMA Technical Committee Report" bezeichnet) zur Verfügung gestellt.
Die Verwendung von reinem SF₆ wurde wegen seines heftigen Angriffs auf eisenhaltige Ausrüstungen generell verworfen. Zusätzlich wurde berichtet, dass die Verwendung von reinem SF₆ zum Schutz von geschmolzenen Metallen wie Magnesium Explosionen verursacht hat. Obwohl Schwefelhexafluorid (SF₆) als physiologisch inaktiv bzw. inert betrachtet wird, ist es ein einfaches erstickendes Mittel, das durch die Verdrängung von Sauerstoff aus der Atmungsatmosphäre wirkt.
Später hat man herausgefunden, dass bei geringen Konzentrationen von SF₆ in Luft (< 1 %) eine dünne Schutzschicht aus MgO (und MgF₂) auf der Schmelzfläche des Magnesiums gebildet wird. Vorteilhafterweise zeigte SF₆ selbst bei hohen Temperaturen in der Luft geringfügige oder keine Reaktionen.
Die Verwendung von SF₆ und Luft hat jedoch einige Nachteile. Der Hauptnachteil ist die Freigabe in die Atmosphäre von Material mit einem hohen globalen Erwärmungspotenzial (global warming potential – GWP).
Es wurde außerdem herausgefunden, dass CO₂ zusammen mit SF₆ und Luft verwendet werden könnte. Eine Gasatmosphäre aus Luft, SF₆ und CO₂ hat verschiedene Vorteile. Erstens ist diese Atmosphäre nicht giftig und nicht korrosiv. Zweitens beseitigt sie die Notwendigkeit zur Verwendung von Salz-Flussmitteln und die Notwendigkeit, den sich ergebenden Schlamm zu beseitigen. Drittens hat die Verwendung einer solchen Atmosphäre einen geringeren Metallverlust, die Beseitigung von Korrosionswirkungen und saubere Gussstücke zur Folge. Viertens stellt ein Gießverfahren unter Verwendung einer solchen Atmosphäre eine saubere Arbeitsweise und verbesserte Arbeitsbedingungen zur Verfügung. Fünftens verringert die Zugabe von CO₂ zur Schutzgasatmosphäre die Konzentration von SF₆, bei der ein wirksamer inaktiver Film auf dem Metal gebildet wird. Insgesamt stellt die Zugabe von CO₂ zu einer Luft/SF₆-Atmosphäre einen verbesserten Schutz im Vergleich zu dem Schutz zur Verfügung, der mit einer Luft/SF₆-Atmosphäre erreicht wird.
Die Verwendung einer Atmosphäre aus SF₆ und CO₂ hat aber auch Nachteile. Sowohl SF₆ als auch CO₂ sind Treibhausgase, d. h., jedes hat ein globales Erwärmungspotenzial von über 100 Jahren (GWP₁₀₀). Damit gibt es einen Bedarf, die Menge von SF₆ und CO₂, die in die Atmosphäre freigegeben wird, zu verringern. SF₆ hat in 100 Jahren ein globales Erwärmungspotenzial (GWP₁₀₀) von 23.900 relativ zu CO₂. Das internationale Interesse gegenüber der globalen Erwärmung hat seine Aufmerksamkeit auf die lange atmosphärische Lebensdauer von SF₆ (etwa 3.200 Jahre im Vergleich zu 50–200 Jahre für CO₂) zusammen mit seiner hohen Wirksamkeit als ein Treibhausgas (23.900 mal das GWP₁₀₀ von CO₂ auf einer Molbasis) gerichtet und hat zu einem Ruf nach freiwilligen Verringerungen der Emissionen geführt. Deswegen ist die Verwendung von SF₆ eingeschränkt, wobei erwartet wird, dass sie in naher Zukunft verboten wird. Zusätzlich ist SF₆ ein relativ teures Gas.
Einige der besten Alternativen für SF₆ als Schutzgase würden Perfluorkohlenwasserstoffe wie CF₄, C₂F₆ und C₃F₈ sein, wobei diese Materialien aber auch hohe GWP's haben. Weitere Alternativen würden Chlorfluorkohlenwasserstoffe (CFC) oder teilweise fluorierte Kohlenwasserstoffe (HCFC) seien. Die Verwendung von CFC und HCFC ist jedoch ebenfalls eingeschränkt, wobei die meisten dieser Materialien als Ozonverminderer unter dem Montreal-Protokoll verboten sind.
Eine weitere Alternative für SF₆ als ein Schutzgas ist SO₂. Wenn SO₂ als ein Schutzgas verwendet wird, liegt die wirksame Konzentration über einer Schmelze typischerweise im Bereich von etwa 30% bis 70% SO₂, wobei etwa 50% normal sind. Wie früher erörtert wurde, wirft SO₂ jedoch Umwelt- und Gesundheitsprobleme auf, ist giftig und kann Explosionen verursachen. Zusätzlich kann die Verwendung von SO₂ in so relativ hohen Konzentrationen Korrosionsprobleme an den Tiegelwänden verursachen.
Die WO 00/64 614 offenbart eine Abdeckungsgas-Zusammensetzung zum Schutz von geschmolzenem Magnesium oder von Magnesiumlegierungen, die einen Fluor enthaltenden Hemmstoff und ein Trägergas aufweist. Jeder Bestandteil der Zusammensetzung hat ein globales Erwärmungspotenzial von weniger als 5000. Bevorzugte Verbindungen sind Fluorkohlenwasserstoffe.
Die US-A-1 972 317 offenbart ein Verfahren zum Hemmen der Oxidation von geschmolzenem Magnesium, das die Aufrechterhaltung einer Fluor enthaltenden Atmosphäre in Kontakt mit der Oberfläche des Magnesiums umfasst. Für die Fluor enthaltenden Verbindungen werden elementares Fluor oder Fluor enthaltende Verbindungen, die Elemente wie Antimon, Arsen, Wismut, Bor, Brom, Kohlenstoff, Chlor, Wasserstoff, Jod, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor, Silizium, Schwefel, Zinn und Titan enthalten, aufgelistet. Unter den bevorzugten Verbindungen zeigt dieses Dokument die Verwendung von NF₃ oder SO₂F₂. Alle diese Verbindungen können mit einem Verdünnungsmittel wie Luft oder Stickstoff verwendet werden.
Es wird ein Verfahren zur Verhinderung der Oxidation von geschmolzenen Nichteisen-Metallen und Legierungen gewünscht, das die Schwierigkeiten und Nachteile nach dem Stand der Technik überwindet, um bessere und vorteilhaftere Ergebnisse zur Verfügung zu stellen.
Es wird weiterhin ein verbessertes Verfahren zur Bearbeitung von geschmolzenen Nichteisen-Metallen und Legierungen unter Verwendung von Schutzgasen mit niedrigeren globalen Erwärmungspotenzialen als die Gase gewünscht, die bei den Verfahren nach dem Stand der Technik verwendet werden.
Es wird außerdem ein verbessertes Verfahren zur Bearbeitung von geschmolzenen Nichteisen-Metallen und Legierungen unter Verwendung von Schutzgasen gewünscht, das die Schwierigkeiten und Nachteile nach dem Stand der Technik überwindet, um bessere und vorteilhaftere Ergebnisse zur Verfügung zu stellen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in Anspruch 1 definiert ist, ist eine Verbesserung eines Verfahrens zur Verarbeitung eines geschmolzenen Nichteisen-Metalls und von Legierungen dieses Metalls unter Verwendung eines Schutzgases (Blanketing gas) mit einem globalen Erwärmungspotential. Die Verbesserung umfasst die Verringerung des globalen Erwärmungspotenzials des Schutzgases durch Schützen des geschmolzenen Nichteisen-Metalls und der Legierungen mit einer Gasmischung mit wenigstens einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus SO₂F₂, NF₃, SO₂ClF, SOF₂, SOF₄, NOF und SF₄ besteht.
Die wenigstens eine Verbindung wird mit einer ersten Konzentration von weniger als 10% auf Molbasis der Gasmischung zur Verfügung gestellt. Zusätzlich kann es mehrere Varianten geben. Nach einer Variante beträgt die erste Konzentration etwa 1 % bis etwa 6%. Nach einer weiteren Variante beträgt die erste Konzentration etwa 3% bis etwa 6%.
Die Gasmischung umfasst weiterhin CO₂ und wenigstens eine Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus N₂, Ar und Luft besteht, wobei CO₂ bei einer zweiten Konzentration von etwa 30% bis etwa 60% auf Molbasis vorgesehen ist. Nach einer Variante von der Variante ist die wenigstens eine Verbindung SO₂F₂, die bei einer ersten Konzentration von weniger als etwa 3% auf Molbasis vorgesehen ist. Nach einer Variante von der Variante beträgt die erste Konzentration von SO₂F₂ etwa 0,5% bis etwa 2,9%.
Die Gasmischung kann des Weiteren SO₂ enthalten.
Eine weitere Ausführungform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren wie im ersten Ausführungsbeispiel der Verbesserung des Verfahrens, wobei wenigstens ein Arbeitsgang an dem Nichteisen-Metall und den Legierungen durchgeführt wird, wobei der wenigstens eine Arbeitsgang aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Schmelzen, Halten, Legieren, Abgießen (Ladling), Umrühren, Ausgießen, Gießen und Übertragen bzw. Transportieren des Nichteisen-Metalls und der Legierungen besteht.
Wie durch Anspruch 2 angegeben ist, weist die vorliegende Erfindung außerdem ein Verfahren zur Verhinderung der Oxidation eines geschmolzenen Nichteisen-Metalls und der Legierungen dieses Metalls mit Schutzgasabdeckung auf, die das Schützen des geschmolzenen Nichteisen-Metalls und der Legierungen mit einer Atmosphäre umfasst, die eine effektive Menge von wenigstens einer Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus SO₂F₂, NF₃, SO₂ClF, SOF₂, SOF₄, NOF and SF₄ besteht, die bei einer ersten Konzentration von weniger als etwa 10% auf einer Molbasis der Atmosphäre vorgesehen ist. Zusätzlich kann es mehrere Varianten von der Variation geben. Nach einer Variante beträgt die erste Konzentration etwa 1 % bis etwa 6%. Nach einer weiteren Variante beträgt die erste Konzentration etwa 3% bis etwa 6%.
Die Atmosphäre umfasst weiterhin CO₂ und wenigstens eine Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus N₂, Ar und Luft besteht, wobei CO₂ bei einer zweiten Konzentration von etwa 30% bis etwa 60% auf einer Molbasis vorgesehen ist. Nach einer Variante von der Variante ist die wenigstens eine Verbindung SO₂F₂, die bei einer ersten Konzentration von weniger als etwa 3% auf einer Molbasis vorgesehen ist. Nach einer Variante von der Variante beträgt die erste Konzentration von SO₂F₂ etwa 0,5% bis etwa 2,9%.
Die Gasmischung kann des Weiteren SO₂ enthalten.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren wie im ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, wobei wenigstens ein Arbeitsgang an dem Nichteisen-Metall und den Legierungen durchgeführt wird, wobei der wenigstens eine Arbeitsgang aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Schmelzen, Halten, Abgießen (Ladling), Umrühren, Ausgießen, Gießen und Übertragen bzw. Transportieren der Nichteisen-Metalle und der Legierungen besteht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verhinderung der Oxidation von geschmolzenen Nichteisen-Metallen oder Legierungen durch Schutzgasabdeckung der geschmolzenen Metalle oder Legierungen mit einer Atmosphäre zur Verfügung, die eine effektive Menge von wenigstens einer Verbindung mit einem verringerten GWP enthält, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus SO₂F₂, SOF₂, SOF₄, NF₃, SO₂ClF, NOF and SF₄ besteht.
Die Erfindung kann in vielen Arten von Arbeitsgängen angewandt werden, die das Schmelzen, Halten, Legieren, Abgießen, Umrühren, Ausgießen, Gießen und Übertragen bzw. Transportieren von Nichteisen-Metallen und deren Legierungen aufweist, aber nicht darauf beschränkt ist. Zusätzliche Anwendungen beinhalten solche Arbeitsgänge wie den Schutz von Schrott bei der Verdichtung, das Vorbereiten von Pulver für ein verbessertes Legieren, den Schutz von reaktiven Metallen während der elektrischen Lichtbogenbeschichtung und die Verbesserung der Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit von Erzeugnissen aus Magnesium oder auf Magnesium basierenden Legierungen. Der Fachmann wird weitere Arbeitsgänge erkennen, auf die die Erfindung ebenfalls angewandt werden kann.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Gase haben geringere GWP's und/oder sind weniger giftig als die Gase, die nach dem Stand der Technik verwendet werden. Da die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Gase reaktionsfreudiger sind als SF₆, können diese Gase bei Konzentrationen verwendet werden, die einen äquivalenten oder niedrigeren Fluor-Pegel zuführen. Mit anderen Worten, wenn SF₆ nützlicherweise bei einer Konzentration von 1 % verwendet werden kann, dann wird SO₂F₂ einen ähnlichen Nutzen bei Konzentrationen von näherungsweise ≤ 3% haben.
Die ausgewählte Verbindung ist bei einer Konzentration von weniger als etwa 10% (auf einer Molbasis) der Gasmischung vorgesehen. Es wird mehr vorgezogen, dass sich die Konzentration im Bereich von etwa 1 % bis etwa 6% befinden sollte, wobei es noch mehr vorgezogen wird, dass sie sich im Bereich von etwa 3% bis etwa 6% befinden sollte.
Die Gasmischung umfasst weiterhin CO₂ und wenigstens eine Komponente die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus N₂, Ar und Luft als Verdünnungsmittel besteht. (SO₂ könnte ebenfalls als das Verdünnungsmittel verwendet werden, ist aber wegen der mit SO₂ verbundenen möglichen Korrosionsprobleme weniger wünschenswert). Die wirksamsten Gemische zur Schutzgasabdeckung von Nichteisen-Metallen enthalten erhebliche Konzentrationen von CO₂ im Bereich von etwa 30% bis etwa 60%. Einige Nichteisen-Metalle könnten außerdem von der Zugabe von Chlor oder Chlor enthaltenden Sorten (wie SO₂-ClF) zum Schutzgasgemisch einen Nutzen ziehen.
Zum Beispiel ist nach einem Ausführungsbeispiel CO₂ das Verdünnungsmittel in der Schutzatmosphäre bei einer Konzentration von etwa 30% bis etwa 60% auf einer Molbasis, wobei SO₂F₂ bei einer Konzentration von weniger als etwa 3% auf einer Molbasis und vorzugsweise bei etwa 0,5% bis etwa 2,9% vorgesehen ist.
Tabelle 1 vergleicht die bevorzugten Gase, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, mit verschiedenen Gasen, die nach dem Stand der Technik verwendet werden, mit Bezug auf GWP und weitere Eigenschaften. TABELLE 1

(1) "CAS" für Chemical Abstract Services (etwa chemischer Kurzfassungskatalog).
(2) "OSHA" für Occupational Safety and Health Administration (etwa Arbeitsschutzbehörde); und "PEL" für Permissible Exposure Limit (etwa zulässige Aussetzungsbegrenzung) in Teilen pro Million (parts per million – ppm)
(3) "ACGIH" für American Conference of Governmental Industrial Hygienists (etwa Amerikanische Konferenz staatlicher gewerblicher Hygieniker); "TWA" Time Weighted Average (etwa zeitgewichteter Mittelwert) in Teilen pro Million (parts per million – ppm) "STEL" für Short Term Exposure Limit (etwa kurzfristige Aussetzungsbegrenzung) in Teilen pro Million (parts per million – ppm)
(4) "GWP₁₀₀" für Global Warming Potential (globales Erwärmungspotenzial) relativ zu dem von CO₂, geschätzt über 100 Jahre; zum Beispiel beträgt das GWP₁₀₀ von SF₆ 24.900 mal das GWP₁₀₀ von CO₂. Die Anmelder sind sich keinerlei veröffentlichter Daten bezüglich der GWP's für die Verbindungen bewusst, für die das GWP₁₀₀ als ~1 gekennzeichnet ist.
(5) Atmosphärische Reaktionen von SO₂ erzeugen Sulfat-Aerosole. Diese Aerosole haben einen negativen Strahlungsantrieb zur Folge, d. h. sie neigen dazu, die Erdoberfläche abzukühlen, sind aber auch eine Hauptquelle für den sauren Regen.
(6) "not known (NK)"(nicht bekannt); die atmosphärische Lebensdauer dieser Sorten sind den Anmeldern nicht bekannt, wobei man aber annimmt, dass sie mit denen von CO₂ vergleichbar sind.

Der Vergleich von GWP₁₀₀ zeigt, dass sechs der sieben bevorzugten Gase, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden (SO₂F₂, NF₃, SO₂ClF, SF₄, SOF₂, NOF and SOF₄) erheblich niedrigere GWP₁₀₀'s haben als die Gase, die nach dem Stand der Technik verwendet werden. (Von den sieben Gasen hat nur NF₃ ein GWP₁₀₀ größer als ~1, wobei das GWP₁₀₀ von NF₃ aber noch um ein Vielfaches niedriger ist als das GWP₁₀₀ von SF₆ und die atmosphärische Lebensdauer von NF₃ ebenfalls kürzer ist als die von SF₆). Des Weiteren hat der Stand der Technik die mögliche Nutzung dieser Gase zur Schutzgasabdeckung nicht gelehrt oder nicht einmal erkannt. Zum Beispiel zeigt der IMA Technical Committee Report, dass SO₂F₂ und SF₄ Nebenprodukte der schützenden chemischen Zusammensetzung von SF₆ für Magnesium sind, wobei der Bericht aber nicht realisiert, dass sowohl SO₂F₂ als auch SF₄ starke Quellen für Fluor zum Schutz der Schmelze sind.
Während die vorliegende Erfindung ausführlich mit Bezug auf bestimmte spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, soll die Erfindung nichtsdestoweniger nicht auf die beschriebenen Einzelheiten beschränkt sein. Stattdessen wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen der Einzelheiten in Umfang und Bereich der Ansprüche, und ohne von Umfang der Ansprüche abzuweichen, vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung eines geschmolzenen Nichteisen-Metalls und von Legierungen dieses Metalls unter Verwendung eines Schutzgases (Blanketing gas) mit einem globalen Erwärmungspotential/einer Treibhauswirkung mit den Schritten der Verringerung des globalen Erwärmungspotentials/der Treibhauswirkung des Schutzgases durch a) Schützen des geschmolzenen Nichteisen-Metalls und der Legierung mit einer Gasmischung mit wenigstens einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt, die aus SO₂F₂, NF₃, SO₂CLF, SOF₂, SOF₄, NOF und SF₄ besteht, b) Vorsehen der wenigstens einen Verbindung mit einer ersten Konzentration von weniger als 10% auf Molbasis der Gasmischung, c) wobei die Gasmischung weiterhin CO₂ aufweist, das mit einer zweiten Konzentration von 30–60% auf Molbasis vorgesehen ist, und d) wobei der verbleibende Teil des Schutzgases wenigstens eine Komponente aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus N₂, Ar und Luft als Verdünnungsmittel besteht.
Verfahren zur Verhinderung der Oxidation eines geschmolzenen Nichteisen-Metalls und Legierungen dieses Metalls mit Schutzgasabdeckung des geschmolzenen Nichteisen-Metalls und der Legierungen mit einer Atmosphäre, die eine effektive Menge wenigstens einer Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus SO₂F₂, NF₃, SO₂CLF, SOF₂, SOF₄, NOF and SF₄ besteht, wobei die wenigstens eine Verbindung bei einer ersten Konzentration von weniger als 10% auf Molbasis der Atmosphäre vorgesehen ist, wobei die Atmosphäre weiterhin CO₂ aufweist, das bei einer zweiten Konzentration von 30% bis 60% auf Molbasis vorgesehen ist, und wobei der verbleibende Teil der Atmosphäre wenigstens eine Komponente aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus N₂, Ar und Luft als Verdünnungsmittel besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Konzentration 1 % bis 6% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Konzentration 3% bis 6% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die gasförmige Mischung weiterhin SO₂ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Verbindung SO₂F₂ ist, die bei der ersten Konzentration von weniger als 3% auf Molbasis vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Konzentration von SO₂F₂ 0,5% bis 2,9% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Arbeitsgang an dem Nichteisen-Metall und den Legierungen durchgeführt wird, wobei der wenigstens eine Arbeitsgang aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Schmelzen, Haltelegieren (Holding Alloying), Abgießen (Ladling), Umrühren, Ausgießen, Gießen und Übertragen bzw. Transportieren des Nichteisen-Metalls und der Legierungen besteht.