EP-4737833-A1 - METHOD FOR MELTING AND THEN KEEPING WARM A LIGHT METAL ALLOY, IN PARTICULAR AN ALUMINIUM ALLOY, IN AN ELECTRIC ARC FURNACE AND ELECTRIC ARC FURNACE

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen und anschließendem Warmhalten einer Leichtmetalllegierung (6-6b), insbesondere einer Aluminiumlegierung, in einem Lichtbogenofen (1-1b). Zweckmäßigerweise wird in einer Schmelzkammer (2-2b) des Lichtbogenofens (1-1b) eine Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt, die ein Reaktivgas und/oder ein Inertgas aufweist. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt, indem ein Silan mit der Summenformel Si n H 2n+2 oder Mischungen von Silanen aus der Gruppe der Silane mit der Summenformel Si n H 2n+2 in die Schmelzkammer (2-2b) eingebracht wird bzw. werden, wobei n < 6 ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Lichtbogenofen (1-1b).

Inventors

• WILHELM, JOCHEN
• Linke, Frederik

Assignees

• Nemak, S.A.B. de C.V.

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241031

Claims (15)

1. Verfahren zum Schmelzen und anschließendem Warmhalten einer Leichtmetalllegierung (6-6b), insbesondere einer Aluminiumlegierung, in einem Lichtbogenofen (1-1b), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schmelzkammer (2-2b) des Lichtbogenofens (1-1b) eine Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt wird, die ein Reaktivgas und/oder ein Inertgas aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , die Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt wird, indem ein Silan mit der Summenformel Si n -H 2n+2 oder Mischungen von Silanen aus der Gruppe der Silane mit der Summenformel Si n H 2n+2 in die Schmelzkammer (2-2b) eingebracht wird bzw. werden, wobei n < 6 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt wird, indem ein Silan mit der Summenformel Si n H 2n+2 oder Mischungen von Silanen aus der Gruppe der Silane mit der Summenformel Si n H 2n+2 und ein Inertgas in die Schmelzkammer (2-2b) eingebracht wird bzw. werden, wobei n < 6 , und ein Anteil an Silanen aus der Gruppe der Silane mit der Summenformel Si n H 2n+2 an der Gasatmosphäre zwischen 0,01 Vol.-% und 30,00 Vol.-% beträgt, wobei eine Summe sämtlicher die Gasatmosphäre bildender Gase 100 Vol.-% beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt wird, indem Monosilan (SiH 4 ) in die Schmelzkammer eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt wird, indem ein Inertgas und Monosilan (SiH 4 ) in die Schmelzkammer (2-2b) eingebracht werden, wobei ein Anteil an Monosilan (SiH 4 ) an der Gasatmosphäre zwischen 0,01 Vol-% und 30,00 Vol-% beträgt, wobei eine Summe sämtlicher die Gasatmosphäre bildender Gase 100 Vol.-% beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre (8-8b) erzeugt wird, indem in die Schmelzkammer (2-2b) ein Inertgas eingebracht wird, und im Bereich eines Lichtbogens (7-7b) des Lichtbogenschmelzofens (1-1b) zusätzlich ein Silan aus der Gruppe der Silane mit der Summenformel Si n H 2n+2 , vorzugsweise Monosilan (SiH 4 ), oder Mischungen von Silanen aus der Gruppe der Silane mit der Summenformel Si n H 2n+2 eingebracht werden, wobei n < 6 ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtbogen (7-7b) zwischen einer ersten Elektrode (5-5b; 12) und einer zweiten Elektrode (9) ausgebildet wird, wobei eine der Elektroden zumindest teilweise von einer in der Schmelzkammer (2-2b) angeordneten Leichtmetalllegierung (6-6b) gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtbogen (7) zwischen einer ersten Elektrode (10) und einer zweiten Elektrode (11) ausgebildet wird, wobei beide Elektroden (10, 11) oberhalb einer in der Schmelzkammer (2) angeordneten Leichtmetalllegierung (6) angeordnet sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtbogen (7) zwischen einer ersten Elektrode (9) und einer zweiten hohlen Elektrode (12), in die die erste Elektrode (9) zumindest bereichsweise eintaucht, ausgebildet wird.
10. Lichtbogenofen (1-1b), der zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist, und der eine Schmelzkammer (2-2b) aufweist.
11. Lichtbogenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen (1-1b) eine Chargierkammer (15) aufweist, die fluidisch mit einer Schmelzkammer (2-2b) verbunden ist.
12. Lichtbogenofen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen (1-1b) eine Chargierkammer (15) mit einer Heizeinrichtung (19) umfasst, wobei die Heizeinrichtung (19) zur Vorerwärmung einer zu schmelzenden Leichtmetalllegierung (6-6b) eingerichtet ist.
13. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen (1-1b) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtbogens (7-7b) aufweist, die zwei Elektroden (5-5b; 10, 11; 9, 12) umfasst, zwischen denen ein Lichtbogen (7-7b) ausgebildet werden kann, wobei eine der zwei Elektroden von einer in dem Lichtbogenofen angeordneten Leichtmetalllegierung (6-6b) gebildet ist, oder beide Elektroden (10, 11) oberhalb einer in dem Lichtbogenofen (1-1b) angeordneten Leichtmetalllegierung (6-6b) angeordnet sind.
14. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet , der Lichtbogenofen (1-1b) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtbogens (7-7b) aufweist, die zwei Elektroden umfasst, zwischen denen ein Lichtbogen ausgebildet werden kann, wobei eine erste der beiden Elektroden (12) hohl ist und eine zweite der beiden Elektroden (9) zumindest teilweise in die erste hohle Elektrode (12) eintaucht, wobei der Lichtbogen (7-7b) in einem Hohlraum der ersten hohlen Elektrode (12) bei Betrieb des Lichtbogenofens (1-1b) ausgebildet ist.
15. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen (1-1b) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtbogens 7-7b) aufweist, die zwei Elektroden (5-5b; 10, 11; 9, 12) umfasst, wobei eine der Elektroden (5b) in eine Abdeckung (24) eingebracht ist, und die Abdeckung (24) auf einen Bereich (25) einer in dem Lichtbogenofen (7-7b) angeordneten Leichtmetalllegierung (6b) aufsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen und anschließendem Warmhalten einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, in einem Lichtbogenofen sowie einen Lichtbogenofen. Durch Benutzung sind Lichtbogenöfen zum Schmelzen und anschließendem Warmhaltenvon Eisenlegierungen bekannt. Außerdem sind gasbetriebene Schmelzöfen zum Schmelzen und anschließendem Warmhalten von Aluminiumlegierungen oder anderen Leichtmetalllegierungen bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das eine Leichtmetalllegierung in einem Lichtbogenofen, das heißt in einem Lichtbogenschmelzofen, schmelzbar ist und die Schmelze anschließend warmgehalten werden kann. Bei Verwendung von sogenanntem grünen Strom zum Betrieb des Lichtbogenofens ist beispielsweise ein Schmelzen und Warmhalten einer Aluminiumlegierung CO2-neutral möglich. Bisher wurden keine Lichtbogenöfen zum Schmelzen von Leichtmetalllegierungen, insbesondere Aluminiumlegierungen verwendet, da Leichtmetalllegierungen beim Schmelzen besonders anfällig für eine Aufnahme von Gasen wie Wasserstoff oder einen Einschluss von festen Reaktionsprodukten sind, die durch Reaktion von Legierungseigenschaften verschlechternden Elementen wie Wasserstoff oder Sauerstoff gebildet werden. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, mit dem eine qualitativ hochwertige Leichtmetalllegierungsschmelze herstellbar ist und die Leichmetalllegierungsschmelze anschließend warmgehalten werden kann. Denkbar ist, dass durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bestehende Verunreinigungen, beispielsweise Sauerstoff, aus einer Legierung entfernt und über die Ofenatmosphäre abgeführt wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einer Schmelzkammer des Lichtbogenofens eine Gasatmosphäre erzeugt wird, die ein Reaktivgas und/oder ein Inertgas aufweist. Eine Schmelzkammer ist ein Bereich des Lichtbogenofens, in dem eine zu schmelzende Leichtmetalllegierung durch Einbringung von Wärmeenergie geschmolzen werden kann. Eine Gasatmosphäre kann eine Schutzgasatmosphäre sein. Wasserstoff und Sauerstoff sind bei Leichtmetalllegierungen üblicherweise Elemente, die eine Qualität eines Gussteils, das aus der geschmolzenen Leichtmetalllegierung hergestellt ist, herabzusetzen. Beispielsweise bewirkt in einer schmelzflüssigen Aluminiumlegierung gelöster Wasserstoff bei deren Erstarrung die sogenannte Wasserstoffporosität, die ein erheblicher Qualitätsmangel ist. Wasserstoff kann beispielsweise durch hohe Luftfeuchtigkeit bei Beladung eines Schmelzofens in eine Schmelze gelangen. In eine flüssige Aluminiumlegierung eingebrachter Sauerstoff reagiert mit Aluminium zu Aluminiumoxid, durch das ein als Einschluss ausgebildeter Gefügedefekt in einem aus der geschmolzenen Leichtmetalllegierung hergestellten Gussteil vorliegt. Eine mechanische Festigkeit des Gussteils wird dadurch lokal im Bereich des Einschlusses erheblich verringert. Dadurch, dass die Gasatmosphäre ein Reaktivgas und/oder ein Inertgas aufweist, wird verhindert, dass beispielsweise Sauerstoff oder Wasserstoff in eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schmelze gelangen können. Ein Inertgas ist ein Gas, das eine unerwünschte gasförmige Komponente in der Schmelzkammer verdrängt ohne selbst chemisch zu reagieren, während ein Reaktivgas ein solches Gas ist, welches mit einer unerwünschten gasförmigen Komponenten in der Schmelzkammer chemisch reagiert und diese durch Bildung einer neuen Komponente unschädlich macht. Ein Inertgas kann beispielsweise ein Edelgas wie Argon (Ar) oder Stickstoff (N2) sein. Vorteilhaft ist mit einem erfindungsgemäßen Verfahren eines besonders saubere, das heißt verschmutzungsfreie Schmelze, herstellbar. Zweckmäßigerweise wird die Gasatmosphäre erzeugt, indem ein Silan mit der Summenformel SinH2n+2 oder Mischungen von Silanen aus der Gruppe der Silane mit der Summenformel SinH2n+2 in die Schmelzkammer eingebracht wird bzw. werden, wobei n < 6 ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass für n < 6 eine besonders saubere Schmelze herstellbar ist, das heißt eine Schmelze, die nahezu frei von unerwünschten Reaktionsprodukten ist. Ein Silan reagiert beispielsweise mit Sauerstoff in der Schmelzkammer zu SiO2, welches in einer Leichtmetalllegierungsschmelze wie einer Aluminiumlegierung nicht löslich ist und durch sogenanntes Abkrätzen aus der Schmelze entfernt werden kann. Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass durch eine Mischung verschiedener Silane eine Reaktivität der Gasatmosphäre einstellbar ist. So sind beispielsweise für eine Gasatmosphäre eines Lichtbogenofens, der zum Schmelzen einer Aluminiumlegierung verwendet wird, Silane aus der genannten Gruppe mit 0 < n < 3 vorteilhaft, während für eine Magnesiumlegierung Mischungen von Silanen mit 2 < n < 4 vorteilhaft sind. Diejenigen Silane aus der vorgenannten Gruppe, die bei Raumtemperatur flüssig sind, können durch eine