WO1999027144A1 - Verfahren zum betrieb von ofenanlagen für magnesiumlegierungen - Google Patents

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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D7/00—Forming, maintaining or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/06—Forming or maintaining special atmospheres or vacuum within heating chambers

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating furnace systems for magnesium alloys, in which a bathroom surface is covered with a protective gas which contains a sulfur compound.
  • SF 6 is used as such a protective gas, which reacts with the magnesium of the melt and forms a protective layer which protects the melt from the ingress of atmospheric oxygen. Mixtures of SF r and nitrogen are sometimes used for this purpose. Since SF 6 is a greenhouse gas, its use is environmentally unsafe. In addition, the cost of this gas is relatively high.
  • S0 2 As protective gas.
  • S0 2 is available relatively inexpensively and, like SF (), forms a protective layer on a magnesium melt.
  • S0 2 has hitherto been prevented by the fact that it is an extremely unpleasant smelling gas which is harmful to health and corrosive to corrosion in medium to high concentrations.
  • S0 2 in a conventional manner, an escape of gas from the furnaces or the like cannot be avoided, which leads to an impermissible pollution of the environment. In particular, the MAK values are exceeded by far.
  • the object of the present invention is to provide a method which, on the one hand, enables safe treatment of magnesium melts, but on the other hand causes the least possible environmental pollution.
  • this object is achieved in that a mixture of SO 2 and an inert gas is used as the protective gas, the volume fraction of SO 2 being set precisely to a value which is preferably in a range between 0.3% and 1.5% between 0.5% and 1.0%.
  • the volume fraction of SO 2 being set precisely to a value which is preferably in a range between 0.3% and 1.5% between 0.5% and 1.0%.
  • Nitrogen is particularly preferably used as the inert gas. Nitrogen is available at low cost and is not environmentally critical. In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the mixing of SO 2 and the inert gas takes place in an air-conditioned room, the temperature of which is kept above 22 ° C. and preferably in a range between 25 ° C. and 35 ° C. It has been found that a satisfactory mixture of S0 2 and nitrogen is only possible at a certain minimum temperature at a power pressure> 2 bar. In addition, the mixture in an air-conditioned room can reliably avoid temperature-related volume and pressure fluctuations in the gases involved. A temperature of about 30 ° C. is particularly preferred.
  • the present invention relates to a device for producing a protective gas for furnace plants for Magncsiumlcgicrungen with a pre-container for a sulfur compound, a storage container for an inert gas and a mixing device.
  • the device according to the invention is characterized in that the mixing device is designed for precise flow control of SO and nitrogen, and is arranged in an air-conditioned room.
  • Safety gas cylinders are installed in an air-conditioned room to hold SO 2 bottles. Nitrogen is taken from a normal tank.
  • the mixing of S0 2 and nitrogen takes place via electronic mass flow meters, which are arranged in the air-conditioned room.
  • the gas mixture produced in this way is transported to the corresponding furnace systems via pipes and adapted to consumption via local control systems. These can be melting furnaces. Trade warm shark ovens, dosing ovens and ingot casting belts for magnesium solutions.
  • S0 2 sensors are installed in the safety gas cylinders, which already respond to low S0 2 concentrations. After an S0 2 bottle has been emptied, it is flushed with the corresponding pipelines with nitrogen in order to rule out a health hazard during bottle washing. In this way it can be reliably prevented that SO 2 gets into the environment.
  • FIG. 1 The basic circuit diagram of a device according to the invention is shown in FIG.
  • the broken lines 1 describe the components which are arranged in two security cabinets.
  • Gas bottles 2 serve as storage containers for sulfur dioxide, which are supplied to a manifold 4 via shut-off valves 3.
  • a control line 5a, which controls a solenoid valve 6, is supplied via a manometer 5.
  • a supply line 8 for S0 2 is connected via a further shut-off valve 7.
  • a storage container 9 for nitrogen is connected via a line 10, a shut-off valve 11 and a check valve 12 to the distribution line 4 in each of the two safety cupboards 1 in order to provide nitrogen for flushing the lines when the bottles 2 are changed.
  • a manometer 13 indicates the nitrogen pressure in a main nitrogen line 16.
  • the individual bottles 2 are connected to an exhaust gas collection line 19 via shut-off valves 17 and exhaust gas lines 18.
  • the distribution line 4 is vented into the exhaust manifold 19 via its own shut-off valves 20.
  • the mixing device for supplying the individual consumers is shown in the right section of the figure. Since the individual mixers 21 are basically constructed in the same way, only one is designated with a reference number and is explained in the description.
  • the individual mixers 21 are supplied with nitrogen via a first vertical bar 22 and with sulfur dioxide via a second vertical bar 23.
  • a third vertical bar 24 is used to connect the mixers 21 to the exhaust manifold line 19.
  • Shut-off valves 25 and 26 are provided in the individual mixers 21, which are connected to the vertical bar 22 and 23, respectively.
  • Pressure gauges 27 and 28 indicate the nitrogen and sulfur dioxide pressure after the shut-off valves 25 and 26, respectively.
  • a shutoff valve 29 for purging is provided between the nitrogen line and the sulfur dioxide line, which is followed by a check valve 30.
  • Highly precise mass flow rate measurements 31 for nitrogen and 32 for sulfur dioxide serve to set a precise ratio of the two gases.
  • Filters 33 and 34 are connected upstream of the flow measurements 31 and 32.
  • shut-off valves 35 and 36 and a check valve 37 in the nitrogen line the gases are brought together into a supply line 38, which is provided with a pressure gauge 39 and a shut-off valve 40.
  • a flushing line 41 with a shut-off valve 42 serves to avoid environmental pollution during maintenance work or the like.
  • the entire arrangement, which is shown in the figure, is arranged according to the invention in an air-conditioned room, which is kept at a temperature of about 30 ° C. In this way, the mixing ratio of the gases can be kept at a precisely predetermined value and good mixing can be ensured.
  • Mcngcnrcgler not shown, can be provided for the individual consumers, but these only influence the quantity of the gas mixture supplied and not the composition of the gas.
  • the present invention thus not only enables cost savings, but also a significant reduction in environmental pollution and particularly safe operation when handling magnesium melts.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Ofenanlagen für Magnesiumlegierungen, bei dem eine Badoberfläche mit einem Schutzgas abgedeckt wird, das eine Schwefelverbindung enthält. Eine Kostenersparnis, eine Verringerung der Umweltbelastung und ein besonders sicherer Betrieb beim Umgang mit flüssigen Magnesiumschmelzen wird dadurch erreicht, dass als Schutzgas ein Gemisch von SO2 und einem Inertgas verwendet wird, wobei der Volumsanteil von SO2 genau auf einen Wert eingestellt wird, der in einem Bereich zwischen 0,3 % und 1,5 %, vorzugsweise zwischen 0,5 % und 1,0 % liegt.

Description

Verfahren zum Betrieb von Ofenanlagcn für Magnesiumlegierungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Ofenanlagcn für Magnesi- umlegicrungen, bei dem eine Badobcrtläche mit einem Schutzgas abgedeckt wird, das eine Schwefclverbindung enthält.
Bei Anlagen, in denen ilüssigcs Magnesium vorliegt, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um den Hinzutritt von Luftsauerstoff zuverlässig zu verhindern, da Magnesium in flüssigem Zustand extrem brennbar ist. Als ein solches Schutzgas wird beispielsweise SF6 verwendet, das mit dem Magnesium der Schmelze reagiert und eine Schutzschicht ausbildet, die die Schmelze vor dem Hinzutritt von Luftsauerstoff schützt. Fallweise werden für diesen Zweck auch Gemische aus SFr, und Stickstoff eingesetzt. Da es sich bei SF6 um ein Treibhausgas handelt, ist die Verwendung aus Umwcltschutzgründcn bedenklich. Außerdem sind die Kosten für dieses Gas relativ hoch.
Alternativ dazu ist bereits überlegt worden, als Schutzgas S02 einzusetzen. S02 ist relativ kostengünstig verfugbar und bildet ebenso wie SF() eine Schutzschicht auf einer Magnesium- schmclze. Der Einsatz von S02 wurde jedoch bisher dadurch verhindert, daß es sich dabei um ein extrem unangenehm riechendes Gas handelt, das in mittleren bis höheren Konzentrationen gesundheitsschädlich und korrosionstordcmd ist. Beim Einsatz von S02 in herkömmlicher Weise ist ein Austritt von Gas aus den Öfen oder dergleichen nicht zu vermeiden, der zu einer unzulässigen Belastung der Umgebung fuhrt. Insbesondere werden dabei die MAK-Werte bei weitem überschritten.
Weiters ist es bekannt, Gasgemische aus S02 und getrockneter Luft als Schutzgas für Magnesiumöfen einzusetzen. Dabei ist es jedoch nicht gelungen, einerseits die toxische und korrosive Wirkung von S02 zu kontrollieren und andererseits einen sicheren Ofenbetrieb zu realisieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das einerseits eine sichere Behandlung von Magnesiumschmelzcn ermöglicht, das jedoch andererseits eine möglichst geringe Umweltbelastung hervorruft.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Schutzgas ein Gemisch von S02 und einem Inertgas verwendet wird, wobei der Volumsanteil von SO2 genau auf einen Wert eingestellt wird, der in einem Bereich zwischen 0,3 % und 1 ,5 %, vorzugsweise zwischen 0,5 % und 1,0 %, liegt. In überraschender Weise hat sich herausgestellt, daß es im Fall von S02 einen kleinen Bereich gibt, in dem einerseits eine ausreichende Schutzwirkung vorhanden ist, jedoch andererseits eine Umweltbelastung weitgehend vermieden werden kann. Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist die Einstellung eines genauen Wertes der S02-Konzen- tration im Schutzgas. Da mit sehr geringen SO:-Konzentrationcn gearbeitet wird, ist eine exakte Prozeßtührung und das Veπneidcn von Schwankungen in der Gaszusammensetzung sehr wichtig, um Brände zu vermeiden.
Besonders bevorzugt wird als Inertgas Stickstoff eingesetzt. Stickstoff ist kostengünstig verfügbar und nicht umweltkritisch. In einer besonders begünstigten Ausführungsvariantc des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Mischung von S02 und dem Inertgas in einem klimatisiertem Raum erfolgt, dessen Temperatur oberhalb von 22°C und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25°C und 35°C gehalten wird. Es hat sich herausgestellt, daß bei einem Leistungsdruck > 2 bar eine zufriedenstellende Mischung von S02 und Stickstoff nur ab einer gewissen Mindesttemperatur möglich ist. Außerdem können durch die Mischung in einem klimatisierten Raum temperaturbedingte Volums- und Druckschwankun- gen der beteiligten Gase sicher vennieden werden. Besonders bevorzugt ist eine Temperatur von etwa 30°C.
Wcitcrs betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Schutzgases für Ofenanlagcn iür Magncsiumlcgicrungen mit einem Vo itsbchälter für eine Schwefelvcr- bindung, einem Vorratsbehälter für ein Inertgas und einer Mischeinrichtung. Die erfindungs- gemäßc Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung zur genauen Durchflußrcgelung von SO, und Stickstoff ausgebildet ist, und in einem klimatisierten Raum angeordnet ist. In einem klimatisierten Raum sind Sichcrhcitsgaszcllcn angebracht, die SO2- Flaschen aufnehmen. Stickstoff wird aus einem üblichen Tank entnommen. Die Mischung von S02 und Stickstoff erfolgt über elektronische Massendurchflußmesser, die in dem klimatisierten Raum angeordnet sind. Das so hergestellte Gasgemisch wird zu den entsprechenden Ofenanlagen über Rohrleitungen transportiert und über örtliche Regelsystemc dem Verbrauch angepaßt. Dabei kann es sich um Schmelzöfen. Warmhai teöfen, Dosieröfen und Masselgießbänder für Magnesiumlcgicrungen handeln.
In den Sicherhcitsgaszcllen sind S02-Sensorcn angebracht, die bereits auf geringe S02-Kon- zentrationen ansprechen. Nachdem eine S02-Flasehc geleert worden ist, wird diese samt den entsprechenden Rohrleitungen mit Stickstoff gespült, um eine Gesundheitsgefahr beim Flaschcnwcchscl auszuschließen. Auf diese Weise kann zuverlässig verhindert werden, daß SO2 in die Umgebung gelangt.
Durch die geringe S02-Konzentration des Schutzgases kann eine Umweltbelastung und insbesondere eine Geruchsbelästigung auch im Ofcnbcrcich sicher vennieden werden, wobei durch das genau eingestellte Mischungsverhältnis ein sicherer Betrieb gewährleistet werden kann.
In der Fig. ist das grundsätzliche Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Mit den unterbrochenen Linien 1 sind die Bauteile umschrieben, die in zwei Sicherhcits- schränken angeordnet sind. Gasflaschen 2 dienen als Vorratsbehältcr lür Schwcfcldioxyd, das über Absperrventile 3 einer Sammelleitung 4 zugeführt wird. Über ein Manometer 5 wird eine Steuerlcitung 5a versorgt, die ein Magnetventil 6 ansteuert. Über ein weiteres Absperrventil 7 ist eine Versorgungsleitung 8 für S02 angeschlossen.
Ein Vorratsbehältcr 9 für Stickstoff ist über je eine Leitung 10, ein Absperrventil 1 1 und ein Rückschlagventil 12 mit der Verteilerleitung 4 in jedem der beiden Sicherhcitsschränkc 1 verbunden, um Stickstoff zur Spülung der Leitungen beim Wechseln der Flaschen 2 zur Verfügung zu stellen. Ein Manometer 13 zeigt den Stickstoff-Druck in einer Stickstoff-Hauptleitung 16 an. Über Absperrventile 17 und Abgaslcitungen 18 stehen die einzelnen Flaschen 2 mit einer Abgassammellcitung 19 in Verbindung. Die Verteilerleitung 4 wird über eigene Absperrventile 20 in die Abgassammellcitung 19 entlüftet. Durch die oben beschriebene Schaltung ist es möglich, vor dem Wechseln einer der Flaschen 2 die entsprechenden Lei- tungsabschnittc mit Stickstoff zu spülen, so daß ein Austreten von S02 sicher vennieden werden kann.
In dem rechten Abschnitt der Fig. ist die Mischeinrichtung zur Versorgung der einzelnen Verbraucher dargestellt. Da die einzelnen Mischer 21 grundsätzlich gleich aufgebaut sind, ist nur einer mit Bczugszcichcn bezeichnet und in der Beschreibung erklärt.
Die einzelnen Mischer 21 werden über eine erste Vertcilcrleiste 22 mit Stickstoff und über eine zweite Vertcilcrleiste 23 mit Schwcfeldioxyd versorgt. Eine dritte Vertcilcrleiste 24 dient zur Verbindung der Mischer 21 mit der Abgassammellcitung 19. In den einzelnen Mischern 21 sind Absperrventile 25 bzw. 26 vorgesehen, die mit der Vertcilcrleiste 22 bzw. 23 verbunden sind. Manometer 27 bzw. 28 zeigen den Stickstoff- bzw. Schwcfeldioxyddruck nach den Absperrventilen 25 bzw. 26 an. Zwischen der Stickstofflci ung und der Schwefeldioxydlei- tung ist ein Absperrventil 29 zur Spülung vorgesehen, dem ein Rückschlagventil 30 nachge- schaltet ist. Hochgenaue Mengendurchflußmcsscr 31 für Stickstoff und 32 für Schwcfeldioxyd dienen zur Einstellung eines genauen Mengenverhältnisses der beiden Gase. Den Men- gen urchflußmesscrn 31 und 32 sind Filter 33 und 34 vorgeschaltet. Über weitere Absperrventile 35 und 36 und ein Rückschlagventil 37 in der Stickstoffleitung werden die Gase in eine Versorgungsleitung 38 zusammengeführt, die mit einem Manometer 39 und einem Absperrventil 40 versehen ist. Eine Spüllcitung 41 mit einem Abspenventil 42 dient zur Vermeidung von Umweltbelastungen bei Wartungsarbeiten oder dgl.
Die gesamte Anordnung, die in der Fig. dargestellt ist, ist erfindungsgemäß in einem klimatisierten Raum angeordnet, der auf einer Temperatur von etwa 30°C gehalten wird. Auf diese Weise kann das Mischungsverhältnis der Gase auf einem genau vorbestimmten Wert gehalten werden und eine gute Durchmischung gewährleistet werden.
Bei den einzelnen Verbrauchern können nicht dargestellte Mcngcnrcgler vorgesehen sein, die jedoch nur die zugeführte Menge des Gasgemisches, nicht aber die Zusammensetzung des Gases beeinflussen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit nicht nur eine Kostenersparnis, sondern auch eine wesentliche Verringerung der Umweltbelastung und einen besonders sicheren Betrieb beim Umgang mit Magnesiumschmelzen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Betrieb von Ofenanlagcn für Magncsiumlegierungcn, bei dem eine Badoberfläche mit einem Schutzgas abgedeckt wird, das eine Schwefelverbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas ein Gemisch von S02 und einem Inertgas verwendet wird, wobei der Volumsanteil von SO, genau auf einen Wert eingestellt wird, der in einem Bereich zwischen 0,3 % und 1,5 %, vorzugsweise zwischen 0,5 % und 1 ,0 % liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Stickstoff verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von S02 und dem Inertgas in einem klimatisiertem Raum erfolgt, dessen Temperatur oberhalb von 22°C und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25°C und 35°C gehalten wird.
4. Vorrichtung zur Erzeugung eines Schutzgases für Ofenanlagcn für Magncsiumlegierungcn mit einem Vorratsbehältcr (2) für eine Schwefelvcrbindung, einem Vorratsbehältcr (9) für ein Inertgas und einer Mischcinrichtung (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (21) zur genauen Durchflußrcgelung von S02 und Stickstoff ausgebildet ist und in einem klimatisierten Raum angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurcii gekennzeichnet, daß der klimatisierte Raum auf einer Temperatur von mehr als 22°C, vorzugsweise auf einer Temperatur zwischen 25°C und 35°C gehalten wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Spüllci- tungen ( 10, 13, 41 ) und -ventile zum Spülen der nonnalcrwcisc S02-führcndcn Anla- genteilc vorgesehen sind.
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