In der EP-A-0396389 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Al-Ti-B-Kornfeinungslegierung offenbart, bei welchem Ti-und B-haltige Aus- gangsmaterialien in einer Reaktionszone einer Aluminiumschmelze zugegeben werden, wobei die Schmelze in der Reaktionszone gerührt wird. Eine Mischung der gebildeten Legierung wird zusammen mit den Reaktionsprodukten konti- nuierlich einer Reinigungszone zugeführt, in welcher die Schlacke mit Reakti- onsprodukten an der Oberfläche der Schmelze gesammelt und abgeführt wird.

Die gebildete Kornfeinungslegierung wird kontinuierlich von der Reinigungs- station zu einer Giessstation geführt, in welcher die Schmeize kontinuierlich zu einem Strang vergossen wird. Der gegossene Strang kann entweder direkt die gewünschte Strang-oder Drahtdicke aufweisen, oder er kann durch weitere Bearbeitung durch Walzen oder Strangpressen zum gewünschten Korn- feinungsmaterial verarbeitet werden.

In dem Artikel von P. Schumacher et al, New studies of nucleation mechanisms in aluminium alloys : implications for grain refinement practice, Materials Science and Technology, May 1998, Vol. 14, Seiten 394 bis 404, ist eine plau- sible Theorie zum Ablauf der Vorgänge bei der Kornfeinung von Aluminiumle- gierungen durch Zugabe einer Al-Ti-B-Vorlegierung der beispielsweisen Zu- sammensetzung AtTi5B1 bekannt. Nach dieser Theorie ergeben sich die be- sten Kornfeinungsergebnisse dann, wenn die in der Aluminiumschmelze unlos- lichen TiB2-Partikel an deren Oberfläche zumindest teilweise mit einer Schicht aus AtsTi-Phase belegt ist. Die Keimbildung der a-Aluminium-Phase erfolgt an

den Al3Ti-Schichten, deren Wirkung mit abnehmender Schichtdicke zunimmt.

Die TiB2-Partikel in den heute bekannten Al-Ti-B-Kornfeinungsmitteln neigen stark zur Bildung Agglomeraten. Dadurch ergibt sich eine verminderte Wirkung des Kornfeinungsmittels. Weitere Nachteile ergeben sich durch Agglomerate und Einschlüsse, die zu Fehlern im Endprodukt führen können. Beispiele hier- für sind Grauzeilen, Löcher, Materialtrennungen und Stringers. Zudem treten Agglomerate bevorzugt an niedrig schmeizenden Salzen wie beispielsweise KF und NaCI sowie an Oxidhäuten auf und können sich dadurch weiter ver- grössern. Die Agglomerate sind als solche"weich", können sich durch Filter zwängen und gelangen als solche in einen gegossenen Strang.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstel- lung eines Al-Ti-B-Kornfeinungsmittels bereitzustellen, mit welchem die Bildung von Agglomeraten von TiB2-Partikeln weitgehend unterbunden werden kann und bereits vorhandene Agglomerate deagglomeriert werden können.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Vorlegierung zwischen der Liquidustemperatur der AtsTi-Phase und der Solidustemperatur der Vorlegierung während einer zur Dispergierung der TiB2-Partikel in der Schmelze ausreichenden Zeitdauer in Bewegung ver- setzt und gleichzeitig mit einer ersten Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt wird, so dass die TiB2-Partikel als Keime für die unterhalb der Liquidustempe- ratur entstehende Al3Ti-Phase wirken und die Oberfläche der TiB2-Partikel zu- mindest teilweise mit einem Überzug aus A13Ti bedeckt werden, und das die Vorlegierung nachfolgend mit einer gegenüber der ersten Abkühlungsge- schwindigkeit höheren zweiten Abkühlungsgeschwindigkeit unter die Soli- dustemperatur der Vorlegierung abgekühlt wird.

Unter dem Begriff"Bewegen der Schmelze"werden alle Verfahrensschritte verstanden, die dazu geeignet sind, die Bildung von Agglomeraten von TiB2-

Partikeln weitgehend zu unterbinden und bereits vorhandene Agglomerate zu deagglomerieren. Hierzu gehören unter anderem mechanische Rühr-und Vi- brierverfahren mit hohen Umdrehungszahlen des Rührwerkes sowie die Erzeu- gung von Kavitation, d. h. die Bildung von Blasen, deren Implosion Schockwel- len erzeugen, die zur Deagglomerierung agglomerierter Partikel führen. Zu den letztgenannten Verfahren gehören beispielsweise die Ultaschallbehandlung sowie die Vibration mittels eines magnetohydrodynamischen Resonators.

Das mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Kornfeinungsmittel bewirkt insbesondere bei der Kornfeinung von Gussformaten aus Aluminiumle- gierungen eine verbesserte und homogenere Wirkung des Kornfeinungsmittels durch eine homogenere Verteilung der einzelnen TiB2-Partikel, eine bessere Beschichtung der TiB2-Partikel mit Al3Ti-Phase sowie eine Verminderung oder Dispergierung allenfalls noch vorhandener Salze und Oxideinschlüsse im Kornfeinungsmittel.

Bevorzugt wird die Vorlegierung bereits vor dem Unterschreiten der Liqui- dustemperatur der AtsTi-Phase in Bewegung versetzt.

Die Wirkung des erfindungsgemäss hergestellten Kornfeinungsmittels zeigt sich dadurch, dass die vereinzelten, etwa 0.5 bis 5 ßm grossen TiB2-Partikel als Folge eines sich bildenden Überzuges aus einer dünnen Al3Ti-Schicht eine ausgezeichnete Keimwirkung zeigen und die Partikel vereinzelt und nicht als Agglomerate wirken, so dass eine vergleichbare Kornfeinung mit einer erheb- lich kleineren Menge an Kornfeinungsmittel erzielt werden kann als mit Korn- feinungsmitteln nach dem Stand der Technik. In der Praxis bedeutet dies, dass die Kornfeinungsmittel in wesentlich verdünnterer Form hergestellt werden können, was die Neigung der TiB2-Partikel zur Agglomeratbildung zusätzlich weiter vermindert.

Je nach Konstellation der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfah-

rens eingesetzten Vorrichtung kann es vorkommen, dass die Liquidustempe- ratur der AbTi-Phase vorzeitig unterschritten wird. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn eine Vorlegierung mit einem hohen Ti-Gehalt und entsprechend er- höhter Liquidustemperatur hergestellt oder wenn von einer bereits erstarrten Vorlegierung ausgegangen wird. Durch erneutes Aufheizen der Schmelze über die Liquidustemperatur können bereits ausgeschiedene AbTi-Partiket wieder vollständig in Lösung gebracht werden. Dieser Vorgang benötigt typischer- weise 5 bis 60 min, je nach Grosse der AbTi-Partikel.

Bei einem besonders bevorzugten erfindungsgemässen Verfahren wird die Bewegung der Schmelze mittels Schall, vorzugsweise mittels Ultraschall, er- zeugt, wobei die Schmelze zweckmässigerweise mit einer Frequenz von 50 Hz bis 50 kHz, vorzugsweise mit mindestens 10 bis 30 kHz, beschallt wird.

Die zweite Abkühlungsgeschwindigkeit ist bevorzugt grösser als 1°C/sec, ins- besondere grösser als 5°C/sec und besonders bevorzugt grösser als 10°C/sec.

Die Vorlegierungsschmelze kann zu irgendeinem Format vergossen werden.

Bevorzugt wird jedoch ein zweckmässigerweise durch Vertikal-oder Horizon- talstranggiessen kontinuierlich hergestellter Strang. Dieser Strang kann entwe- der bereits im Format des als Kornfeinungsmittel gewünschten Stangen-oder Drahtmaterials gegossen oder in einem weiteren Arbeitsgang durch Walzen oder Pressen zu Stangen-oder Drahtmaterial verarbeitet werden. Vertikal ge- gossene, grossformatige Stränge werden vor allem durch Strangpressen wei- terverarbeitet. Bevorzugt wird das Horizontalstranggiessen von Formaten mit verhältnismässig kleinem Durchmesser, da dieses Verfahren eine kontinuierli- che Herstellung erlaubt. Die horizontal gegossenen Stranggiessformate wer- den bevorzugt durch Walzen zum gewünschten Stangen-oder Drahtmaterial verarbeitet.

Eine mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Vorlegierung weist

eine Zusammensetzung auf, deren Gesamtgehalt an Titan das stöchimetrische Verhältnis von TiB2 übersteigt. Eine bevorzugt eingesetzte Vorlegierung enthält Titan und Bor im Gewichtsverhältnis 5 : 2 bis 10 : 1. Obschon sich das Verfahren zur Herstellung von Vorlegierungen mit 0.15 bis zu 20 Gew.-% Titan und 0.01 bis 4 Gew.-% Bor eignet, hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Vorlegie- rung 0.3 bis 5, vorzugsweise 0.5 bis 2 Gew.-% Ti und 0.02 bis 1, vorzugsweise 0.05 bis 0.5 Gew.-% B enthält.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Kornfeinungsmitteln für die Kornfeinung von Aluminium und Aluminiumle- gierungen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie an- hand der Zeichnung ; diese zeigt schematisch in -Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem Al-Ti-Gleichgewichtsdiagramm ; -Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Anlage zur Herstellung einer Al-Ti- B-Vorlegierung.

In dem in Fig. 1 dargestellten Al-Ti-Gleichgewichtsdiagramm ist der schema- tisch dargestellte Verfahrensablauf zur Herstellung einer Al-Ti-B-Vorlegierung zur Kornfeinung von Aluminiumlegierungen eingezeichnet.

Eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Vorlegierung mit einer Zusammensetzung entsprechend AlTiO. 7B0. 1, die etwa 0.5% nicht an Bor gebundenes Titan enthält, weist eine Ausgangstemperatur von etwa 840°C auf und liegt somit über der für diese Legierungszusammensetzung etwa bei 800°C liegenden Liquidustemperatur TLAI3Tj der AtsTi-Phase. Die bildlich Darstellung A der Legierungsphasen links von der 0.5% Ti-Linie zeigt die Vorgänge bei der Aufbereitung einer bereits erstarrten Vorlegierung, die Darstellung B rechts von

der 0.5% Ti-Linie die Vorgänge während der Erstarrung der Vorlegierung.

Die Vorlegierungsschmelze enthalt TiB2-Partikel in teilweise agglomerierter Form. Bereits vor dem Unterschreiten der Liquidustemperatur T LA13Ti und bis kurz vor dem Unterschreiten der Solidustemperatur TSv der Vorlegierung der AtsTi-Phase werden die teilweise agglomerierten TiB2-Partikel durch eine starke Schmelzebewegung mittels Ultraschallbehandlung bei einer Frequenz von beispielsweise 25 kHz deagglomeriert und homogen verteilt. Durch gleich- zeitiges kontrolliertes Abkühlen mit einer ersten Abkühlgeschwindigkeit v, von z. B. 0.5°C/sec wird die Abscheidung einer dünnen Schicht der Al3Ti-Phase auf den parallelen Oberflächen der TiB2-Partikel bewirkt und gleichzeitig die Bil- dung von grobkörnigen AI3Ti-Partikeln verhindert. Bei der nachfolgenden star- ken Abkühlung mit einer gegenüber der ersten Abkühlungsgeschwindigkeit v, höheren zweiten Abkühlungsgeschwindigkeit V2 von beispielsweise 10°C/sec unter die Solidustemperatur TSv der Vorlegierung wird sichergestellt, dass sich die AtsTi-Schicht auf den TiBz-Partiketn nicht vollständig auflöst und auch keine weitere Bildung bzw. Vergröberung von AtsTi-Partikeh eintritt.

Eine in Fig. 2 gezeigte Anlage 10 zur Herstellung einer Al-Ti-B-Vorlegierung zum Kornfeinen von Aluminiumlegierungen umfasst einen Reaktionskessel 12 mit einem Einlasskanal 14 in dessen oberem Bereich und einem Auslasskanal 16 in dessen unterem Bereich. Der Reaktionskessel 12 ist umgeben von einem Induktionsmotor 18 als elektromagnetische Rühreinrichtung, mit der die sich im Reaktionskessel 12 befindende Aluminiumschmelze 20 unter Bildung eines Vortex 22 stark gerührt wird. Ti-und B-haltige Salze wie z. B. K2TiF6 und KBF4 werden in Pfeilrichtung 24 in den Vortex 22 geführt, welcher die Salze in die Aluminiumschmelze 20 hineinzieht.

Die Aluminiumschmelze 20 mit den Reaktionsprodukten wird nachfolgend durch den Auslasskanal 16 über einen weiteren Einlasskanal 26 in den oberen Bereich eines Nachbehandlungskessels 28 geführt. Eine weitere elektro-

magnetische Rühreinrichtung 30 im unteren Bereich des Nachbehandlungs- kessels 28 führt zu einer unteren turbulenten Zone 32 und einer oberen beru- higten Zone 34. Die durch Reaktionsprodukte gebildete Schlacke 36 wird über die Entnahmeöffnung 38 aus dem Nachbehandlungskessel 28 entfernt.

Die gereinigte Aluminiumschmeize 20 mit den darin enthaltenen Elementen Titan und Bor wird als Vorlegierung im unteren Bereich des Nachbehandlungs- kessels 28 über eine Giessrinne 38 einer in der Zeichnung nicht gezeigten Ko- kille einer Horizontalstranggiessmaschine zugeführt. Im Bereich der Giessrinne 38 sind zwei Ultraschaligeber 40,42 angeordnete, deren Sonotroden 44,46 in die Schmelze eintauchen. Eine Unterhalb der Giessrinne 38 angeordnete In- duktionsheizung 48 dient zum Aufheizen der Schmeize, falls deren Temperatur beim Einlauf der Schmelze vom Nachbehandlungskessel 28 in die Giessrinne 38 bereits unter die Liquidustemperatur T LA13Ti der AbTi-Phase gefallen sein sollte.