DE1909579B2

DE1909579B2 - Schneilösliches Zusatzmittel für Aluminiumschmelzen

Info

Publication number: DE1909579B2
Application number: DE1909579A
Authority: DE
Inventors: Charles Mecham Lewiston Brown; Harry James Lewiston Brown; Nicholas James Buffalo Pappas
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Elkem Metals Co LP
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-26
Publication date: 1974-01-31
Also published as: BE728694A; SU456415A3; PL88899B1; JPS4841405B1; CS199224B2; GB1264547A; DE1909579C3; SE367437B; NO129408B; ES364055A1; FR2002638A1; DE1909579A1; US3592637A

Description

Tabelle I

Zeitdauer nach dem Zusatz	Gelöstes Mn	Ungelbstes Mn
Minuten	%	%
0	0,02	1,5
2	0,23	1,24
4	0,50	1,02
8	0,84	0,68
15	1,12	0,40

Zusammensetzung der Kügelchen ist in der folgenden Tabelle Ua aufgeführt; die Dichte der Kügelchen und die ermittelten Versuchsergebnisse sind in der Tabelle Ub aufgeführt.

Tabellella

Werden diese Werte unter Verwendung halblogaritbmiseher Koordinaten aufgetragen, so ergibt sich eine Steigung von —0,039, die als Lösungsgeschwindigkeit K bezeichnet wird. Analog wurden die Auflösungsgeschwindigkeiten weiterer Zusatzmittel bestimmt; in allen Fällen bedeuten höhere negative Werte für K groSere Auflösungsgeschwindigkeiten.

Beispiel 2

Analog zu Beispiel 1 wurden 34 g Zusatzmittel in Form von Kügelchen mit einem Durchmesser von 22 mm zugesetzt. Diese Kügelchen bestanden aus gepreßten Mischungen, die unter einem Druck von 1400 kg/cm² zusammengepreßt worden waren. Die

	IO	Mangan-	Zusam mensetzung	Ursprünglicher
Material	Schuppen ...		Teit-hen-
₁₅ Aluminium..		durehmesser
	100% Mn
Ferro-	100% Al	< 104 μπι
manganI ...		147 bis
		43 μιτι
₂₀ Ferro-	(90% Mn, 2% Si,
mangan II ..	6,7% C, Rest Fe)	^ 208 μπι

	(86% Mn, 9% Si,
0,05% C, Rest Fe)	S 208 μηι

Weitere Stoffe, einschließlich eines »Härters* aus Mangan mit 5% Mn, Rest Al, wurden nach dem Vetfahren des Beispiels 1 geprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle Hb enthalten.

Tabelle Hb

Probe Nr.	Art und For»n des Z.-satzes	Lösungsgesch Badtempe 760	windigkeit K ratur°C 850	Dichte dei g/cm³	Kügelchen % der theore tischen Dichte
1	20%Mn + 80%Al	-0,50		2,56	83%
2	50% Mn + 50% Al	-0,55		3,53	88%
3	90% Mn + 10% Al	-0,20		4,26	68%
4	50 % Ferromangan I + 50% Al		-0,75	3,16	64%
5	Ferromangan I und II + 50% Aluminium	-0,60		3,53
6	5% Mn + 95% Al, Kügelchen	-0,032		2,41	86%
7	Ferromangan I, 0 10 mm		-0,005
8	5% Mn-»Härter«, 38-mm-Stücke	-0,152	-0,18
9	Mn-Schuppen, stückig, 50 · 3 mm	-0,0159	-0,039
10	Mn-Schuppen, 0 0,1 mm	-0,256
11	Legierung aus 60% Mn, 40% Al, 0 10 mm	-0,122	-0,235

Die Proben 1 bis 5 fallen unter den Bereich der Erfindung: bei allen Proben 1 bis 11 lag die Manganausbeute bei 95% oder höher.

Aus der Tabelle Hb ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Zusatzmittel (Proben 1 bis 5) sehr rasch aufgelöst werden; d.h., diese Proben zeigen negativere Werte für K. Insbesondere zeigen die erfindungsgemäßen Zusatzmittel 1, 2, 4 und 5 Auflösungsgeschwindigkeiten, die um ein Mehrfaches höher sind als die Lösungsgeschwindigkeiten der handelsüblichen Zusätze 7 und 8. Die Lösungsgeschwindigkeiten für den Zusatz 2 und den handelsüblichen Härter sind in der Zeichnung graphisch dargestellt. Die Tabelle Hb zeigt, daß erfindungsgemäße Zusatzmittel mit etwa 50% Mn und 50% Al (2 und 4) sehr hohe Auflösungsgeschwindigkeiten aufweisen. Der Zusatz 10 aus elektrolytischeiri Mangan mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 mm besitzt ebenfalls eine gute Auflösungsgeschwindigkeit. In dieser Form kann Mangan aber nicht zweckmäßig schmelzflüssigem Aluminium zugesetzt werden, da das Mangan die Schlacke auf der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums nur schlecht durchdringt. Es treten Manganverluste durch Oxidation auf, ferner ergeben sich Schwierigkeiten durch Entflammung und Staubbildung.

909

Beispiel 3

Wolframpulver mit Teilchendurchmessern von 7 μηι wurde unter einem Druck von 700 kg/cm^a zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser gepreßt. Diese Kügelchen wurden bei 850° C geschmolzenem Aluminium zugesetzt, in einer solchen Menge, daß ein Wolfram gehalt von 1% erreicht werden sollte. Dabei wurde keine Auflösung des Wolframs festgestellt.

Beispiel 4

Ein Gemisch aus 50% Wolframpulver mit Teilchendurchmessern von 7 μΐη und 50 % Aluminiumpulver mit Teilchendurchmessern von 147 bis 43 μηι wurde bei einem Druck von 700 kg/cm² zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser gepreßt. Diese Kügelchen hatten eine Dichte von 3,7 g/cm³. Sie wurden geschmolzenem Aluminium bei 760⁰C in einer solchen Menge zugegeben, daß die Legierung 1% Wolfram enthalten sollte. Die Lösungsgeschwindigkeit K betrug —0,036. Mehr als 95 % des zugesetzten Wolframs wurden gelöst. eine Metallfolie eingeschlagen und geschmolzenem Aluminium bei 79O⁰C in einer solchen Menge zugegeben, daß die Legierung 3,5 % Chrom enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit K betrug -0,068.

Beispiel 10

50% Pulver aus elementarem Chrom mit Teilchendurchmessern von 208 μη: und darunter wurden mit 50% Aluminiumpulver nach Beispiel 6 gemischt. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 700 kg/cm² zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser gepreßt.. Die Kügelchen hatten eine Dichte von 3,15 g/cm³. Sie wurden einem Bad aus geschmolzenem Aluminium bei 760° C in einer solchen Menge zugegeben, daß die Legierung einen Gehalt von 1,5% Chrom haben sollte. Die erhaltene Lösungsgeschwindigkeit ΛΓbetrug -0,56. M"ihr als 95 % des zugesetzten Chroms wurden gelöst.

Beispiel 11 Beispiel 5

Molybdänpulver mit Teilchendurchmessern von 7 μΐη wurde bei einem Druck von 700 kg/cm² zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser gepreßt. Die so erhaltenen Kügelchen wurden geschmolzenem Aluminium bei 850° C in einer solchen Menge zugegeben, daß die Legierung 1 % Molybdän enthalten sollte. Es wurde kein gelöstes Molybdän festgestellt.

Beispiel 6

Ein Gemisch aus 50% Molybdänpulver mit Teilchendurchmessern von 7 μίτι und 50% Aluminiumpulver mit Teilchendurchmessern von 1470 bis 43 μΐη wurde bei einem Druck von 700 kg/cm² zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser gepreßt. Die Kügelchen hatten eine Dichte von 3,3 g/cm³. Sie wurden einem Bad aus geschmolzenem Aluminium bei 76O⁰C in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Legierung 1% Molybdän enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit/: betrug —0,029. Mehr als 95% des zugesetzten Molybdäns wurden gelöst.

Beispiel 7

Ein Pulver aus Ferrochrom mit 70% Cr, 2% Si, Rest Fe mit Teilchendurchmessern von 104 μπι und darunter wurde m eine Metallfolie eingeschlagen und einer Aluminiumschmelze bei 760°C in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Legierung 1,5% Chrom enthalten sollte. Die Lösungsgeschwindigkeit K betrag -0,002.

Ein Gemisch aus 50 Gewichtsteiien einer pulverförmiger! Legierung aus 85% Mn, 9% Si, Rest Fe

mit Teilchendurchmessern von 208 μπι und darunter wurden mit 42 Gewichtsteilen Pulver aus 92% Al und 8% Cr mit Teilchendurchmessern von 208 μ\ν. und darunter gemischt. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 700 kg/cm² zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser gepreßt, die eine Dichte von 3,21 g/cm³ hatten. Diese Kügelchen wurden geschmolzenem Aluminium bei 760⁰C in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Legierung 1,5% Mangan enthalten sollte. Die Lösungsgeschwindigkeit K betrug —0,14. Mehr als 95% des zugesetzten Mangans wurden gelöst.

Beispiel 12

37% Manganpulver und 63% einer Legierung aus 60% Aluminium und 40% Vanadium mit Teilchendurchmessern von 208 μη und darunter wurden bei einem Druck von 700 kg/cm² zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser mit einer Dichte von 2,65 g/cm³ gepreßt. Diese Kügelchen wurden geschmolzenem AIuminium bei 760° C in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Legierung 1,5% Mangan enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit K betrug —0,04. V/eitere Versuche wurden durchgeführt, um den Temperaturabfall bei Zusätzen von 1,5% Mangan zu geschmolzenem Aluminium zu bestimmen. Zur Bestimmung der Temperatur wurde ein Thermoelement verwendet.

Beispiel 8

des im Beispiel 7 genannten Ferrochroms wurden mit 50% des im Beispiel 6 erwähnten Aluminiumpulvers gemischt. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 700 kg/cm² zu Kügelchen von 22 mm Durchmesser gepreßt, die eine Dichte von 3,08 g/cm³ hatten. Diese Kügelchen wurden bei 760° C geschmolzenem Aluminium in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Legierung 1,5% Chrom enthalten sollte. Die festgestellte Lösungsgeschwindigkeit K betrug —0,093. Mehr als 95 % dss zugesetzten Chroms wurden gelöst.

B e i sp i e 1 9 _;

Pulver aus elementarem Chrom mit einem Teilchendurchmesser von 104 (xm und darunter wurde in

Tabelle III

	Temperaturabfall, ⁰C	760° C
Zusätze	Badtemperatur
	73G°C	90
Probe Nr. 8
Handelsüblicher Härter	70	8
Probe Nr. 2
50%Mn + 50%Al ...	8

Die Tabelle III zeigt, daß der erfindungsgemäße Zusatz Nr. 2 einen geringeren Temperaturabfall ver-

ursacht als das handelsübliche Material. Das ist ein bedeutender Vorteil der Erfindung.

Weitere Versuche wurden mit verschiedenen gepreßten Zusatzmitteln aus elektrolytischem Mangan und elementarem Aluminium durchgeführt, die nach

dem Beispiel 2 hergestellt worden waren. Lediglich die Dichten der Preßkörper wurden geändert, um die Wirkung dieser Änderungen auf die Auflösungsgeschwindigkeit festzustellen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV aufgeführt.

	Tabelle	IV	Dichte	Lösungsgeschwindigkeit K bei einer Badtemperatur von 760 C
Zusatzmittel	%der theoretischen Dichte	3,53 g/cm³ 2,4 g/cm³ 3,6 g/cm³ 3,95 g/cm³	-0.55 -0,45 -0,042 -0,027
Nr. 2 50% Mn + 50% Al 50% Mn + 50% Al 50% Mn + 50% Al 50% Mn + 50% Al	88 61 91 95 +

Die Tabelle zeigt, daß Dichten über 95 % der theoretischen vermieden werden sollen, da hierbei die Lösungsgeschwindigkeit scharf absinkt. Gemäß der Erfindung liegen die Dichten für die Preßkörper zwischen 65 und 90% der theoretischen Dichte.

Weitere Versuche wurden durchgeführt, um den Einfluß der Teilchendurchmesser der Ausgangsstoffe auf die Lösungsgeschwindigkeit festzustellen. Hierzu wurden je 34 g Preßkörper mit einem Durchmesser von 22 mm aus 50% Mangan und 50% Aluminium mit einer Dichte von etwa 3,50 ± 0,05 g/cm³ verwendet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V aufgeführt.

Tabelle V

Durchmesser
der Manganteilchen

833
208
104

Lösungsgeschwindigkeii K bei 760° C

Aluminium-Teilchendurchmesser
833 bis
208 μπι

833 μίτι liegen. Vorzugsweise sollte der Teilchendurch messer unter 208 μίτι liegen.

Auch die Abmessungen der Preßkörper, welche als Zusatzmittel dienen, haben wesentlichen Einfluß auf

as die Auflösungsgeschwindigkeit. Die Preßkörper aus Mischungen sollten in einer Dimension nicht mehr als etwa 22 mm groß, vorzugsweise nicht mehr als etwa 12,5 mm groß sein, d. h., bei zylindrischen Preßkörpern sollte entweder der Durchmesser oder die Länge nicht mehr als 22 mm betragen. Die optimalen Abmessungen liegen zwischen etwa 6 bis 12,5 mm. Die folgende Tabelle VI bringt die Auflösungsgeschwindigkeiten für zylindrische Preßkörper mit einer Dichte von 3,40 ± 0,15 g/cm³ aus elektrolytischem Mangan mit Teilchendurchmessern von 104 μηι und darunter und aus Aluminiumpulver mit Teilchendurchmessern von 147 bis 43 μπι.

833 μπι

-0,069

-0,313
-0,465

104 μπι 4<j —

-0,63

Die Tabelle zeigt, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn die Teilchendurchmesser unter

Tabelle VI	Auflösungs geschwindigkeit K bei 76O⁰C
Kleinste Preßkörper-Abmessung (mm)	-0,71 -0,64 -0,55 -0,3V.'
6 12,5 IS 22

Claims

Aufgabe der Erfindung sind metallhaltige Zusatzmittel für Aluminiumschmelzen, die wirtschaftlich Patentansprüche: hergestellt werden können und die von geschmolzenem Aluminium rasch und weitgehend vollständig gelöst 5 werden.

1. Schnellösliches Zusatzmittel für Aluminium- Die erfindungsgemäßen Zusatzmittel bestehen aus schmelzen, gekennzeichnet durch eine einer innigen Mischung aus 10 bis 90% Aluminium innige Mischung aus 10 bis 90% Aluminium und und 90 bis 10% zumindest eines der folgenden Metalle 90 bis 10% zumindest eines der folgenden Metalle Mangan, Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, Vana-Mangan, Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, io dium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel, Niob, Tantal, Vanadium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel, Niob, Zirkonium, Hafnium, Silber, oder deren Legierungen, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Silber, oder deren die in Form kompakter Stücke mit einer Dichte von Legierungen, das in Form kompakter Stücke mit 65 bis 95 % der theoretischen Dichte der Mischung voreiner Dichte von· 65 bis 95% der theoretischen liegt, deren maximale Dicke 22,2 mm nicht übersteigt. Dichte der Mischung vorliegt, deren maximale 15 Ein bevorzugtes Zusatzmittel besteht aus einer Mi-Dicke 22,2 mm nicht übersteigt. schung aus 30 bis 70% Aluminium und 70 tis 30%

2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet zumindest eines der folgenden Metalle Mangan, durch eine Mischung aus 30 bis 70% Aluminium Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, Vanadium, und 70 bis 30% zumindest eines der folgenden Me- Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel, Niob, Tantal, Zirkotalle Mangan, Chrom, Wolfram, Molybdän, 20 nium, Hafnium, Silber, oder deren Legierungen.
Titan, Vanadium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel, Weitere bevorzugte Zusatzmittel bestehen aus einer Niob, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Silber, oder Mischung aus 10 bis 90% Aluminium und 90 bis 10% deren Legierungen. Ferromangan bzw. aus einer Mischung aus 10 bis 90%

3. Zusatzmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet Aluminium und 90 bis 10% Ferrochrom. Auch diese durch eine Mischung aus 10 bis 90 % Aluminium 25 bevorzugten Ausführungsformen liegen in Form kom- und 90 bis 10% Ferromangan. pakter Stücke mit einer Dichte von 65 bis 95% der

4. Zusatzmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet theoretischen Dichte der Mischung vor, deren maxidurcb eine Mischung aus 10 bis 90% Aluminium male Dicke 22,2 mm nicht übersteigt.

und 90 bis 10% Ferrochrom. Die obengenannten Metalle können in dem erfin-

30 dungsgemäßen Zusatzmittel auch in Form von Legierungen vorliegen, die mindestens 50 Gewichtsprozent eines oder mehrerer dieser Metalle enthalten. Für die rasche und weitgehend vollständige Auf-

lösung der erfindungsgemäßen Zusatzmittel in einer

35 Aluminiumschmelze sind die Dichte und die äußeren Abmessungen des Zusatzmittels von besonderer Bedeutung. Erfindungsgemäß liegt das Zusatzmittel in kompakten Stücken, etwa in Form von Preßkörpern

Die Erfindung betrifft schneilösliche Zusatzmittel oder Kügelchen vor, mit einer so großen Dichte, daß für Aluminiumschmelzen. 40 diese durch ihr eigenes Gewicht unter die Oberfläche

Bei metallurgischen Verfahren ist es bekannt, die der Metallschmelze herabsinken. Von Bedeutung ist gewünschten Legierungszusammensetzungen durch ferner die Teilchengröße der Ausgangsstoffe; diese Zugabe von Feststoffen zu dem geschmolzenen Grund- sollten einen Durchmesser unter 0,85 mm, vorzugsmetall zu erhalten. So wird beispielsweise geschmolze- weise unter 0,2 mm, aufweisen, um eine optimale Lönem Aluminium Mangan in Form von Mangan-Alu- 45 sungsgeschwindigkeit ?u erreichen. Diese Ausgangsminium-Legierungen mit etwa 5 bis 20% Mangan zu- materialien werden zu kompakten Stücken verdichtet, gesetzt, um erhöhte Festigkeit des gekneteten Alumi- Hierbei sind sehr hohe Dichten zu vermeiden, um die niums zu erzielen. Auch Chrom, Wolfram, Molybdän, besten V'erte für die Lösungsgeschwindigkeit zu erhal-Vanadium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel, Niob und ten. Erfindungsgemäß weisen die kompakten Stücke andere Metalle können in vorlegierter Form den Me- 50 65 bis 95% der maximalen theoretischen Dichte der tallschmelzen zugegeben werden, um Legierungen mit Mischung auf. Zur optimalen Auflösung dieses Mabestimmten Eigenschaften zu erhalten. So wird bei- terials in geschmolzenem Aluminium ist es erforderspielsweise Aluminiumschmelzen Chrom zugesetzt, um lieh, daß die Abmessungen der kompakten Stücke beeine erhöhte Korrosionsbeständigkeit zu erzielen, und stimmte Werte nicht überschreiten. Erfindungsgemäß zu Titan werden Molybdän, Eisen, Vanadium und 55 beträgt die maximale Dicke dieser Stücke nicht mehr Chrom als Stabilisatoren hinzugefügt. als 22,2 mm.

Aus der französischen Patentschrift 1396 811 ist Die nachstehenden Beispiele beschreiben einige Ausferner bekannt, geschmolzenem Stahl zur Entfernung fübiungsformen der Erfindung,
von Desoxidationsprodukten und anderer Arten von

Einschlüssen, zur wirksamen Entschwefelung und zur 60 B e i s ρ i e I 1

Erhöhung des Mangangehaltes Briketts zuzusetzen,

welche Ferromangan, Aluminium, Flußspat und Kalk 2,27 kg Aluminium wurden bei 85O°C in schmelzenthalten können. flüssigem Zustand gehalten. Dieser Schmelze wurden

Die bisher als Zusatzmittel verwendeten Vorlegie- 34 g (1,5%) elektrolytische Manganschuppen mit Ab' rungen sind verhältnismäßig teuer. Ihre Lösungs- 65 messungen von 50 · 3,2 mm zugesetzt. In verschiedenen geschwindigkeit ist häufig nicht genügend, was bei der Zeitabständen wurden Proben aus der Schmelze entAnwendung zu größeren und unerwünschten Erniedri- nommen und deren Mangangehalt bestimmt. Die Ergungen der Badtemperatur führt. gebnisse sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt.