Für Gießereibetriebe, die Aluminium schmelzen, ist ein speziell entwickeltes Flussmittel zur Entfernung von Oxiden bietet die schnellste und beständigste Möglichkeit, Oberflächen- und Schwebeoxide zu entfernen, die Krätzebildung zu verringern, die feuerfeste Auskleidung zu schützen und die Gussqualität zu verbessern. Die wirksamsten Flussmittel sind Mischungen auf Salzbasis, in denen Chlorid- und Fluoridsalze dominieren (z. B. NaCl, KCl, NaF, Na3AlF6), die in Kategorien wie Abdeck-, Reinigungs-, Krätze- und Wandreinigungsprodukte eingeteilt sind; die richtige Auswahl, Temperaturregelung und Anwendungstechnik entscheiden über Ertragssteigerungen und geringere Nacharbeit.

1. Einführung und warum Oxidkontrolle wichtig ist

Geschmolzenes Aluminium bildet in dem Moment, in dem es mit Sauerstoff in Berührung kommt, sofort eine dünne, hartnäckige Oxidschicht (Al₂O₃). Dieser Film schließt Wasserstoff und nichtmetallische Einschlüsse ein, erzeugt Porosität in Gussteilen, beschleunigt die Abnutzung der feuerfesten Materialien und verwandelt wertvolles Metall in Schlacke, die entsorgt werden muss. Ein richtig abgestimmtes Flussmittel zur Oxidentfernung sammelt oder löst Oxidfragmente auf, fördert ihre Flotation und bildet eine Schutzhaut, die die weitere Oxidation verlangsamt. Das Ergebnis: höhere Metallausbeute, weniger Defekte und verbesserte Prozessstabilität.

2. Wie sich Oxid in geschmolzenem Aluminium bildet

Wenn Aluminium schmilzt, reagiert der Sauerstoff in der Ofenatmosphäre und im zugeführten Schrott zu Aluminiumoxid. Der Oxidfilm bildet sich sofort und ist amphoter, hochstabil und anhaftend. Weitere Quellen für Oxide sind mitgerissener Zunder aus Schrott, Flussmittelrückstände aus früheren Zyklen und Oxidationen von Legierungselementen (zum Beispiel Magnesium). Wasserstoff löst sich in flüssigem Aluminium und bildet dann während der Erstarrung Porosität; Oxide können Wasserstoff und andere Verunreinigungen einschließen und so die internen Gussfehler verschlimmern. Technische Ansätze zur Verringerung des gelösten Wasserstoffs und zur Entfernung von Oxidfragmenten führen zu einer besseren Gussintegrität.

3. Was Oxidentfernungsflussmittel bewirken und wie sie funktionieren

Flussmittel erfüllen eine oder mehrere der folgenden physikochemischen Aufgaben:

• Bildet eine Barriere auf der Badoberfläche, um eine erneute Oxidation zu verhindern (abdeckende Wirkung).

• Reagiert chemisch mit Oxidschichten und wandelt sie in niedriger schmelzende oder schmelzbare Verbindungen um, die abgeschöpft werden können (chemische Erweichung).

• Chemisch oder physikalisch werden Oxidpartikel und suspendierte Einschlüsse zu Klumpen zusammengefasst, die an die Oberfläche schwimmen (Krätzeagglomeration).

• Durchdringt Oxidablagerungen an den Ofenwänden und weicht sie auf, so dass sie mechanisch entfernt werden können (Wandreinigung).

Die meisten handelsüblichen Flussmittel verwenden Halogenidsalze und Fluoridverbindungen, um sowohl Benetzung als auch chemische Reaktivität gegenüber Al₂O₃ zu gewährleisten. Der Einsatz von Flussmitteln ergänzt häufig die Entgasungsbehandlungen (Rotationsentgaser, Rotationsräder und Gasspülung), da Flussmittel Oxide behandeln, während die Entgasung auf die Entfernung von Wasserstoff abzielt.

4. Flusskategorien und operative Rollen

Die Flussmitteltypen sind für spezifische Anforderungen optimiert. Die nachstehende kurze Tabelle enthält eine operative Taxonomie.

Tabelle 1. Flusskategorien und Hauptfunktionen

Die Quellen zur Kategorisierung der Flussmittelfunktion stimmen mit der Praxis der industriellen Anbieter und unabhängigen technischen Überprüfungen überein.

5. Typische chemische Formulierungen und Leistung

Kommerzielle Flussmittel variieren, aber in der Fachliteratur und in Patenten tauchen immer wiederkehrende Inhaltsstoffe auf: Chloride (NaCl, KCl), Fluoride (NaF, AlF₃, Na₃AlF₆, Kryolith), Magnesium- oder Kalziumsalze und Zusatzstoffe wie Oxidationsmittel oder Netzmittel. Der Fluoridgehalt trägt oft zur Auflösung oder Erweichung von Al₂O₃ bei; Chloride tragen zum Fließen des Flussmittels und zur Krätzeagglomeration bei. Einige Wandreinigungsmischungen enthalten Oxidationsmittel, um lokale Wärme zu erzeugen und das Eindringen von Fluorid zu fördern. Die patentierten Rezepturen weisen eine breite Palette von Zusammensetzungen auf, die auf die Legierungsreihe und den Ofentyp zugeschnitten sind.

Tabelle 2. Repräsentative Inhaltsstoffbereiche in gängigen Flussmitteltypen

Hinweis: Die spezifischen Formeln sind geschützt. Für die genaue Zusammensetzung müssen die Anwender das SDS des Produkts konsultieren.

6. Anwendungsmethoden, Dosierung und Temperaturfenster

Gemeinsame Anwendungstechniken

1. Rundfunk und Fernsehen - Granulat auf die Badoberfläche streuen und durchharken; geringes Kapital, aber unterschiedliche Penetration.

2. Einspritzung - pneumatische oder mechanische Injektion unter die Oberfläche für Tiefenreinigung und effiziente Oxidabscheidung; höheres Kapital, höhere Leistung.

3. Zugabe der Gießlinie - Dosierung von Flussmittel an Übergabe- oder Gießstellen, um das Metall während der Bewegung zu schützen.

4. Spritzen/Wandspray - spezialisierte Systeme, die Wandreinigungsmittel auf feuerfeste Oberflächen auftragen.

Typische Dosen und Temperaturen

• Allgemeine Hinweise zur Reinigung oder Abdeckung von Flussmitteln: 1-4 kg pro Tonne der Schmelze bei Routinewartung; höher bei schwerer Krätzekontrolle.

• Wandreinigungsladungen sind größer und werden während der Wartungszyklen des Ofens angewendet; beachten Sie die Anweisungen des Lieferanten.

• Viele Flussmittel sind wirksam zwischen 750°C und 950°C, Die produktspezifischen Schmelz- und Zersetzungsbereiche sind jedoch unterschiedlich; beachten Sie die Empfehlungen im Sicherheitsdatenblatt und im technischen Datenblatt. Die Verwendung von Flussmitteln bei einer zu niedrigen Temperatur verringert die Reaktivität; bei einer zu hohen Temperatur können gefährliche Zersetzungsdämpfe entstehen.

Tabelle 3. Kurzreferenz der Anwendung

Halten Sie sich bei der Dosierung stets an die Anweisungen des Lieferanten und die örtlichen Vorschriften.

7. Auswahlkriterien für Produktionsumgebungen

Wählen Sie das Flussmittel, indem Sie diese Variablen abgleichen:

• Familie der Legierungen: Bestimmte Flussmittel sind für hochmagnesiumhaltige Legierungen oder Lötanwendungen formuliert; die Zusammensetzung ist entscheidend.

• Typ des Ofens: Bei Pulvern oder Granulaten verhalten sich die Öfen für die Herstellung von Tiegeln, Tiegeln, Kippgüssen und Induktionsöfen unterschiedlich.

• Prozessintegration: Wenn das Entgasen und das Fluxen zusammen ablaufen sollen, wählen Sie ein Flussmittel mit verträglichem Rückstands- und Abschöpfverhalten.

• Bereitschaft zur Automatisierung: Injektionssysteme erfordern frei fließende Granulate mit kontrollierter Partikelgröße.

• Umweltbedingte Zwänge: Halogengehalt, Fluoride und Emissionsanforderungen können die Auswahl aufgrund lokaler Vorschriften einschränken.
  Dokumentierte Lieferantendaten, die Überprüfung von Sicherheitsdatenblättern und Versuche in kleinem Maßstab sind vor einer werksweiten Einführung unerlässlich.

8. Gesundheit, Sicherheit und Umweltbelange

Die Flussmittelchemie umfasst Halogenide und Fluoride. Bei einigen Zersetzungswegen entstehen korrosive und giftige Gase wie Fluorwasserstoff und Chlorwasserstoff, wenn das Flussmittel Feuchtigkeit oder hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Die wichtigsten Sicherheitspunkte:

• Verwenden Sie eine örtliche Absaugung, wenn Sie Flussmittel zugeben oder bei schweren Fluxarbeiten.

• PSA: chemikalienbeständige Handschuhe, Gesichtsschutz, Schutzbrille und geeigneter Atemschutz für luftgetragene Partikel und Dämpfe.

• Für Erste-Hilfe-Maßnahmen, Maßnahmen bei Verschüttung und Brandbekämpfung siehe Produkt-SDB.

• Vermeiden Sie den Kontakt des Flusses mit Wasser oder unverträglichen Chemikalien, die gefährliche Gase freisetzen können.

• Flussmittelrückstände und Krätze können reaktive Fluoridsalze enthalten; die Entsorgung erfolgt gemäß den Vorschriften für gefährliche Abfälle.

Tabelle 4. Kurzübersicht Sicherheit

9. Qualitätskontrolle, Prüfung und Messung der Wirksamkeit

Festlegung von Metriken:

• Krätzemasse pro SchmelzeVerfolgen Sie die produzierten Kilogramm Krätze pro Tonne vor und nach dem Flussmittelwechsel.

• WasserstoffgehaltMessung des gelösten Wasserstoffs mit Trägergas-Heißextraktion oder ähnlichen Techniken; beachten Sie, dass Flussmittel allein den Wasserstoff nicht entfernen können.

• Einschluss zählt: Verwendung metallographischer Proben zur Quantifizierung von Oxideinschlüssen.

• Chemische Untersuchung von FlussmittelrückständenÜberprüfen Sie, ob die Fluorid- oder Chloridverschleppung in das Metall die zulässigen Grenzwerte einhält.

• Prozess-ProtokolleTemperatur, Zugabezeit und Abschöpfintervalle.

Die Hersteller bieten oft Unterstützung im Labor oder bei Feldversuchen an, um die Basisdaten zu ermitteln. Unabhängige Untersuchungen zeigen, dass Flussmittelmischungen mit Fluoridsalzen die Oxidauflösung und die Entfernung von Einschlüssen verbessern, wenn sie mit einer ordnungsgemäßen mechanischen Abschöpfung kombiniert werden.

10. Bewährte Verfahren für Lagerung, Handhabung und Inventarisierung

• Bewahren Sie das Flussmittel in verschlossenen, trockenen Behältern auf, damit es keine Feuchtigkeit aufnimmt und nicht verklumpt.

• Rotieren Sie den Bestand nach dem FIFO-Prinzip; feuchtes Flussmittel kann heftig reagieren oder an Leistung verlieren.

• Nicht in der Nähe von Säuren, feuchten Bereichen und unverträglichen Chemikalien lagern.

• Halten Sie Kopien der Sicherheitsdatenblätter im Schmelzbereich zugänglich und schulen Sie das Personal in den Notfallmaßnahmen.

• Verwenden Sie sichere Transfersysteme, um die Staubentwicklung bei der Handhabung von Säcken zu minimieren.

11. Marktnotizen und seriöse Anbieter

Weltweit tätige Gießerei- und Metallverarbeitungsunternehmen bieten industrielle Flussmittel für die unterschiedlichsten Anforderungen an. Zu den von Gießereiingenieuren häufig genannten technischen Marktführern und Produktlinien gehören die Foseco COVERAL-Serie und die Pyrotek-Flussmittel. Viele Lieferanten veröffentlichen Sicherheitsdatenblätter und technische Anwendungshinweise, die vor der Verwendung zu Rate gezogen werden sollten. Die Produktauswahl hängt häufig von der Unterstützung vor Ort, der Einhaltung von Vorschriften und von Versuchen in der Raffinerie ab.

12. Häufige Probleme und Abhilfemaßnahmen

Problem: Flussmittelrauch oder starke Dämpfe während der Zugabe.
Abhilfe: Zugabemenge verringern, Belüftung verbessern, Trockenheit des Flussmittels überprüfen. Siehe SDS für das Zersetzungsverhalten.

Problem: Übermäßiger Metalleintrag in Abschaum (Over-Skirting).
Abhilfe: Dosis verringern, Zeitpunkt der Zugabe ändern, Abschöpftechnik anpassen.

Problem: Hartnäckige Einschlüsse trotz Fluxen.
Abhilfe: Kombinieren Sie das Fluxen mit der Rotationsentgasung oder verbessern Sie die Einspritztiefe und das mechanische Rühren.

13. Praktisches Fallbeispiel (Betriebsnummern)

Eine mittelgroße Gießerei schmilzt täglich 2 Tonnen pro Charge. Der Ausgangswert für die Krätze beträgt 80 kg pro Tonne, wobei nur Streusalzmischungen verwendet werden. Die Umstellung auf ein handelsübliches Reinigungsmittel mit 10% Na₃AlF₆ und KCl/NaCl-Basis, das mit 3 kg/Tonne plus Injektor-gestützter Zugabe aufgetragen wird, reduzierte die Krätze auf 55 kg/Tonne und senkte die Nacharbeitsrate in einem vierwöchigen Versuch um 18 Prozent. Der Wasserstoffgehalt erforderte eine zusätzliche Entgasung, um die angestrebte Porositätskontrolle zu erreichen. Die Ergebnisse hängen von der Schrottmischung, der Legierung und der Disziplin des Bedieners ab; vor der vollständigen Einführung müssen Versuchsdaten gesammelt und analysiert werden.

14. Zusammenfassung und empfohlene Checkliste

Operative Checkliste vor der Einführung des Flusses

• Überprüfen Sie die Kompatibilität der Legierung und das technische Datenblatt des Lieferanten.

• Beschaffen und studieren Sie das Sicherheitsdatenblatt, Notfallmaßnahmen und Belüftungsanforderungen.

• Versuchsfluss unter kontrollierten Bedingungen, Aufzeichnung von Krätze, Einschlüssen und Wasserstoff.

• Wählen Sie die Ausbringungsmethode: Streuen für geringes Kapital, Spritzen für wiederholbare Ergebnisse.

• Schulung der Bediener, Dokumentation der Dosierung und Planung der Wandreinigungszyklen.

• Überwachen Sie die Emissionen und entsorgen Sie die Rückstände vorschriftsmäßig.

15. Häufig gestellte Fragen

1. Welches ist die Hauptinhaltsstoff-Familie in Flussmitteln zur Oxidentfernung bei Aluminium?
Die meisten industriellen Flussmittel sind Mischungen aus Alkalihalogeniden und Fluoridsalzen, in der Regel Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumfluorid und Natriumaluminofluorid (Kryolith). Fluoride verbessern die Erweichung der Oxide, während Chloride den Durchfluss verbessern.

2. Wird durch das Fluxen gelöster Wasserstoff entfernt?
Nein. Beim Fluxen sammeln sich Oxide und Einschlüsse an. Die Entfernung von Wasserstoff erfordert einen Entgasungsschritt wie die Rotationsentgasung mit Inertgas. Flussmittel und Entgasung zusammen ergeben die besten Ergebnisse.

3. Kann ich für alle Aluminiumlegierungen das gleiche Flussmittel verwenden?
Nicht immer. Hochmagnesiumhaltige Legierungen, Lötarbeiten und Speziallegierungen erfordern oft maßgeschneiderte Flussmittelformeln. Prüfen Sie immer die Empfehlungen des Lieferanten.

4. Wie viel Flussmittel sollte ich pro Schmelze hinzufügen?
Routinemäßige Dosierungen liegen in der Regel bei 1-4 kg pro Tonne für Reinigungs- oder Abdeckschmelzen. Bei schweren Krätzefällen sind höhere Dosierungen und Verfahrensanpassungen erforderlich.

5. Welcher Atemschutz ist erforderlich?
Verwenden Sie Atemschutzmasken, die für Partikel und saure Gase ausgelegt sind, wenn Rauchbildung zu erwarten ist. Örtliche Belüftung und Rauchabsaugung sind für einen sicheren Betrieb zwingend erforderlich.

6. Sind fluoridhaltige Flussmittel gefährlich für Geräte?
Wenn Rückstände nicht entfernt werden, können fluoridhaltige Salze auf bestimmte Metalle korrosiv wirken und die Geräte beschädigen. Halten Sie die Reinigungspläne ein und verwenden Sie kompatible Abschöpfungsverfahren.

7. Ist die Injektion besser als die Ausstrahlung?
Die Injektion ermöglicht ein tieferes Eindringen, eine schnellere Oxidabscheidung und geringere Verluste an nutzbarem Metall, wenn sie richtig durchgeführt wird. Die Ausbringung ist nach wie vor nützlich für kleine Werkstätten oder einen schnellen Oberflächenschutz.

8. Wie sollten Flussmittelabfälle und Abschöpfungen entsorgt werden?
Abschaum und Rückstände sind wie Industrieabfälle zu behandeln. Sie enthalten oft reaktive Halogensalze und müssen gemäß den Vorschriften für gefährliche Abfälle behandelt werden; konsultieren Sie die örtlichen Behörden und die Entsorgungshinweise des Lieferanten.

9. Können Schmelzmittel den Verschleiß der feuerfesten Materialien verringern?
Wandreinigungsmittel entfernen anhaftenden Zunder von den Auskleidungen und verlängern oft die Lebensdauer des Feuerfestmaterials, indem sie dicke Ablagerungen, die die Auskleidung beschädigen, verhindern. Die richtige Vorgehensweise ist wichtig, um übermäßigen Abrieb zu vermeiden.

10. Gibt es Trends zu emissionsärmeren Flüssen?
Lieferanten und Forscher arbeiten an halogenarmen, flüchtigen und halogenbegrenzten Formulierungen, um die Umweltvorschriften zu erfüllen und gefährliche Emissionen bei gleichbleibender Leistung zu reduzieren. Aktuelle Forschungen zu maßgeschneiderten Mischungen und alternativen Chemikalien sind im Gange.