Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In der Magnesiumgie\u00dftechnik stellen die derzeit industriell eingesetzten Schutzgase aufgrund ihrer hohen Toxizit\u00e4t (SO2) oder ihres hohen Treibhauspotentials (SF6) eine gro\u00dfe Umweltbelastung dar. M\u00f6gliche alternative Schutzsysteme (CO2-Schneeabdeckung) sind aufgrund des hohen Gasverbrauchs wirtschaftlich nicht konkurrenzf\u00e4hig. Ziel dieses Projektes war die Verbrauchsreduzierung der ben\u00f6tigten Schutzstoffe bei der gie\u00dftechnischen Verarbeitung von Magnesium, um die wirtschaftliche Nutzung alternativer Schutzkonzepte zu erm\u00f6glichen. Der Schwerpunkt dieses Projektes liegt in der Reduzierung der zu sch\u00fctzenden Schmelzbadoberfl\u00e4che durch den Einsatz keramischer Schwimmk\u00f6rper.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAusgangspunkt des Forschungsprojektes war eine Voruntersuchung verschiedener keramischer Materialien hinsichtlich ihrer chemisch-physikalischen Best\u00e4ndigkeit in Kontakt mit fl\u00fcssigem Magnesium bei ca. 600 – 800\u00b0C. Auf Basis der Untersuchungsergebnisse wurden unter Umwelt-, Wirtschaftlichkeits- und Technologieaspekten gleicherma\u00dfen optimale keramische Materialien ausgew\u00e4hlt. Im Anschluss wurden aus den ausgew\u00e4hlten Materialien keramische Hohlkugeln und por\u00f6se Kugeln geeigneter Gr\u00f6\u00dfe und Dichte hergestellt und erprobt. Dazu wurden das Benetzungsverhalten und die Haftung der Mg-Schmelze auf der Keramik, das Infiltrationsverhalten der Schmelze in por\u00f6se Keramikk\u00f6rper sowie deren Thermo-schockbest\u00e4ndigkeit untersucht. Die chemische Best\u00e4ndigkeit wurde analysiert und ausgewertet. Die Schmelzeabdeckung durch die entwickelten keramischen Materialien wurde in Zeitstandsversuchen in Labor\u00f6fen getestet und hinsichtlich der Reduktion der Oberfl\u00e4che analysiert. Ebenfalls sind hier grundle-gende Untersuchungen zum Legierungseinfluss auf die Keramiken, zum Nachchargieren von Masselmaterial und zur Abdampfneigung von Schmelzematerial erfolgt. Die verbleibende reaktive Schmelzbad-oberfl\u00e4che sollte mit gasf\u00f6rmigem oder festem CO2 gegen\u00fcber der Umgebungsatmosph\u00e4re abgedeckt und der notwendige Schutzmittelverbrauch ermittelt wird.
\nDie Herstellung und Charakterisierung der keramischen Werkstoffe ist der Arbeitsbereich des FGK, w\u00e4hrend das IW in Garbsen f\u00fcr alle Magnesiumschmelze betreffenden Untersuchungen zust\u00e4ndig ist.
\nUm einen Einsatz des entwickelten Schmelzeschutzsystems in den KMU wirtschaftlich zu erm\u00f6glichen, wurden alle Forschungsschwerpunkte und Materialentwicklungen praxisorientiert und unter Ber\u00fccksichti-gung von \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Aspekten durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
W\u00e4hrend der Untersuchungen zur chemisch-physikalischen Best\u00e4ndigkeit verschiedener keramischer Materialien am Institut f\u00fcr Werkstoffkunde haben sich nach den Kriterien der chemischen Vertr\u00e4glichkeit, der Temperaturwechselfestigkeit, der Verf\u00fcgbarkeit und der geringen Benetzung und Anhaftung der Mg-Schmelze vor allem eine Oxidkeramik (Al2O3) und eine Mischkeramik (ATI) bew\u00e4hrt. Aus diesen ausge-w\u00e4hlten keramischen Werkstoffen wurden beim Forschungspartner FGK Forschungsinstitut f\u00fcr Anorganische Werkstoffe – Glas \/ Keramik – GmbH in H\u00f6hr-Grenzhausen auf Leichtmetallschmelzen schwimm-f\u00e4hige Hohlk\u00f6rper nach verschiedenen Fertigungsverfahren hergestellt. Die Entwicklung des Herstellver-fahrens erfolgte \u00fcber die Schritte:
\n\u00a2\tHerstellung von Vollkugeln verschiedener Abmessung aus unterschiedlichen Keramiken;
\n\u00a2\tHerstellung por\u00f6ser Vollkugeln mit einem Por\u00f6sierungsmittel;
\n\u00a2\tHerstellung por\u00f6ser Hohlkugeln als Deckschicht auf ausbrennbarem Tr\u00e4germaterial.
\nSchwimmf\u00e4hige stabile Hohlkugeln mit einem Durchmesser von 15 -20 mm und einer Wandst\u00e4rke von ca. 1 mm wurden aus MgO, Al2O3 und der Mischkeramik ATI sowohl im Eintauchverfahren als auch in einem Pelletierverfahren mit anschlie\u00dfendem Sinterbrand hergestellt.
\nDie Untersuchungen der keramischen Hohlkugeln als Schwimmk\u00f6rper auf einer Magnesiumschmelze im Hochtemperaturofen des Instituts f\u00fcr Werkstoffkunde haben gezeigt, dass durch eine Reduzierung der freien reaktiven Schmelzeoberfl\u00e4che eine Einsparung von Schutzmedien erm\u00f6glicht werden kann. Im Falle eines Einsatzes des reaktiven Schutzgasgemisches 0,5 Vol. % SF6 in CO2 wurde im eingesetzten Versuchsofen eine Schutzgaseinsparung von ca. 30% durch den Einsatz der Hohlkugeln als Schwimmk\u00f6rper erzielt. Bei der Verwendung von festem CO2-Schnee als Schutzmedium konnte f\u00fcr den Versuchsfall eine Einsparung von ca. 28 % nachgewiesen werden. Ein Thermographiebild aus dem mit Sichtfenstern ausgestatteten Ofen zeigt die isolierende Wirkung der Hohlkugeln, die den W\u00e4rmeeintrag in das Schutzmedium CO2-Schnee vermindert.
\nDie Handhabung der keramischen Hohlkugeln beim Nachchargieren und beim Abkr\u00e4tzen gestaltet sich allerdings als Hindernis f\u00fcr einen effektiven Einsatz in gie\u00dftechnischen Betrieben. Bei der Verwendung von Kipptiegeln o. \u00e4. m\u00fcssen die keramischen Schwimmk\u00f6rper vor dem Abgie\u00dfen entfernt werden, damit sie nicht das Gussprodukt verunreinigen. Ferner ist ein Entfernen von Kr\u00e4tze und Oberfl\u00e4chenverunreinigungen von der Metallschmelze nur nach dem Entfernen der Hohlkugeln m\u00f6glich. Aufgrund von Schmelzeanhaftungen an den entnommenen Hohlkugeln ist eine Wiederverwendung der abgesch\u00f6pften Kugeln ohne Reinigungsschritt nicht empfehlenswert. Die Kugeln aus Al2O3 zeigten sich nach der Entnahme als nicht wiederverwendungsf\u00e4hig, da die Entfernung der Schmelzeanhaftungen zur Zerst\u00f6rung der Hohlkugelstruktur f\u00fchren kann. Untersuchungen mit Kugeln aus ATI zeigen eine deutliche Reduzierung der Haftneigung, was einen Reinigungsschritt erm\u00f6glichen k\u00f6nnte.
\nEine weitere Variante ist die Verwendung von offenen Schwimmk\u00f6rpern mit gr\u00f6\u00dferen geometrischen Abmessungen. Diese wurden in zwei Formen als Tiegel mit ca. 4 cm bzw. 10 cm Durchmesser gefertigt. F\u00fcr beide Varianten konnte die Schwimmf\u00e4higkeit auf einer Magnesiumschmelze bei 710 \u00b0C gezeigt werden. Die Vorteile liegen im schnelleren und einfach zu handhabenden Entfernen dieser K\u00f6rper von der Schmelzeoberfl\u00e4che und einem vereinfachten Reinigungsschritt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Reduction and Avoidance of ecologically harmful cover gases for handling molten magnesium
\nMagnesium 2006, 7th International Conference, Tagungsband, Dresden, S. 215 – 220<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Es konnten keramische Formk\u00f6rper gefertigt und erfolgreich erprobt werden, deren Einsatz als Abdeckung einer Magnesiumschmelze eine deutliche Einsparung von Schutzmedien erm\u00f6glicht.
\nF\u00fcr einen Einsatz in einem gie\u00dftechnischen Betrieb oder in einer Versuchsgie\u00dferei mit Kipptiegeln o. \u00e4. eignen sich aufgrund der Handhabung gro\u00dfe, abnehmbare Schwimmk\u00f6rper besser als Hohlkugeln. Eine Kombination mit den nach oben offenen Schwimmk\u00f6rpergeometrien und dem CO2-Schnee-Verfahren ist allerdings nicht m\u00f6glich, da das feste CO2 in der \u00d6ffnung verbleiben w\u00fcrde und keine Schutzwirkung auf die verbleibende reaktive Schmelzeoberfl\u00e4che h\u00e4tte. F\u00fcr die Unterst\u00fctzung des CO2-Schnee-Verfahrens m\u00fcssen geschlossene Abdeck-K\u00f6rper wie die hergestellten Hohlkugeln eingesetzt werden<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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