DE3942128A1 - Erschmelzen von superlegierungen ohne verunreinigungen - Google Patents
Erschmelzen von superlegierungen ohne verunreinigungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft das Gießen von Bauteilen aus reinem
Metall.
Die Erfindung findet beim Gießen metallener Bauteile
Anwendung, wenn reines Metall vergossen werden soll; d.h.
Metalle, die keinerlei Verunreinigungen, wie Schlacke oder
dgl., beinhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, die Schlacke und andere Verunreinigungen wirksam
von der Schmelze trennt.
Nach der Erfindung sondert ein Abscheidemechanismus Schlacke
von der Oberfläche einer in einem Gußstahltiegel befindlichen
Schmelze ab, wobei der Gußstahltiegel eine Ausgußrinne oder
einer Ausgußschnabel oder ähnliches aufweist, und wobei der
Abscheidemechanismus eine elektromagnetische Induktionsspule
aufweist, die oberhalb der Schmelzenoberfläche angeordnet und
so geformt und bezüglich des Tiegels platziert ist, daß
Wirbelströme erzeugt werden, die die Schlacke von der Ausguß
rinne oder bzw. dem Ausgußschnabel wegdrängt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in
der zeigt:
Fig. 1 eine Schmelzvorrichtung mit
"kaltem "Tiegel" und einem
erfindungsgemäßen Schlackenab
scheider,
Fig. 2 eine Ansicht entsprechend des
Pfeiles "A" in Fig. 1 eines
Schlackenabscheiders mit
separater Abschreckvorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen Schmelzofen zum Ausgießen von nicht verun
reinigtem Material. Mit der Bezugsziffer 10 ist der Teil
einer Wand eines Vakuumschmelzofens bezeichnet, der eine
luftdicht abgeschlossene Kammer bildet, wobei an die Kammer
wand eine Lichtbogenschmelzeinrichtung 12 angebracht ist, die
zwei Elektroden 13 aufweist, zwischen denen der Lichtbogen
brennt. Eine zu schmelzende Metallstange 14 wird langsam
durch den Lichtbogen geschoben und dabei geschmolzen.
Das geschmolzene Metall wird von einem Sammelgefäß 15 von der
Bauart eines sog. "kalten Tiegels" aufgefangen, bei dem eine
minimale Berührungsfläche zwischen Schmelze und Tiegelwand
vorliegt, um eine Verunreinigung der Schmelze durch den Wand
kontakt zu vermeiden. Es kann aber auch ein wassergekühlter
Kupfertiegel 15 verwendet werden. Der Tiegel bzw. dessen
Inhalt wird, um eine gewünschte Metalltemperatur aufrechtzu
erhalten, durch eine Wirbelstromheizung 15 a beheizt. Ver
unreinigungen, wie Schlacke oder dgl., streben zur Oberfläche
hin. Es kann, um diese natürliche Trennung zu unterstützen,
beispielsweise ein Inrrtgas, wie z.B. Argon, durch den Boden
des Tiegels in die Schmelze geblasen werden.
Der Tiegel 15 ist in der Kammer drehbar gelagert, so daß das
geschmolzene Metall durch eine Ausgußöffnung 16 vergossen
werden kann. Die Ausgußöffnung 16 besteht aus keramischem
Material und befindet sich an einem ausgesparten Bereich 18,
der an einer Seite des Tiegels nahe dessen Rand in Form eines
nach außen ragenden unteren Tiegelwandvorsprungs und einen
oberen, wieder einwärts verlaufenden Lippe 19 ausgebildet
ist. Der ausgesparte Bereich 18 und die Lippe 19 stellen
sicher, daß die Ausgußöffnung 16 immer etwas unterhalb der
Schmelzenoberfläche liegt. Dadurch wird auch erreicht, daß
die Druckhöhe der Schmelze beim Ausgießen über den ganzen
Schwenkbereich des Tiegels im wesentlichen konstant ist.
Im Prinzip hat der ausgesparte Bereich die Form und die
Funktion eines Trichters, der das unterhalb der Schmelzen
oberfläche zusammengezogene geschmolzene Metall vor der
Ausgußöffnung ansammelt. Die Seitenwände an diesem trichter
ähnlichen Bereich laufen auf die Ausgußöffnung 16 zu (zumin
dest die Unterseite der Lippe 19 und deren entsprechend
gegenüberliegenden Seite), um während des zunehmenden
Schwenkens des Tiegels während des Ausgießens eine im wesent
lichen konstante Höhe oberhalb der Ausgußöffnung 16 zu
gewährleisten. Der Vorteil des ausgesparten Bereichs wird am
Ende des Ausgießens deutlich, wenn der Tiegel fast leer ist;
bei diesen Bedingungen ist es bei einem herkömmlich geformten
Tiegel schwierig, die nötige Ausströmung zu erhalten, wohin
gegen mit einem Tiegel nach der Erfindung das Sammelbecken
des ausgesparten Bereichs 18 eine ausreichende Höhe des
geschmolzenen Metalls gewährleistet.
Zur Steuerung der Strömung durch die Ausgußöffnung 16 ist
eine elektromagnetische Drossel 17 angebracht, wobei eine
Spule um die Ausgußöffnung gewunden und mit einer Stromquelle
verbunden ist. Dabei wird die Strömung des geschmolzenen
Metalls durch die Ausgußöffnung durch die Spule 17 elektro
magnetisch gesteuert. Die Wirkung der Drossel hängt vom
Massenstrom des Metalls durch die Ausgußöffnung 16 und
deshalb vom Schwenkwinkel des Tiegels ab. Bei voller Leistung
der Spule kann die Str6mung gestoppt werden. Im normalen
Betriebsbereich wird die Ausgußgeschwindigkeit geregelt, in
dem der Spule 17 ein entsprechend variabler Strom zugeführt
wird, und die Ausgußgeschwindigkeit wird dabei von einem
Füllstandsanzeiger in einem Zwischenbehälter gemessen.
An der Oberkante der Lippe 19 ist eine weitere elektrische
Induktionsspule 21, die in einer Ebene spiralförmig gewunden
ist, drehbar angebracht. Sie kann entweder bezüglich ihrer
drehbaren Aufhängung an der Lippe 19 im Gleichgewicht
gehalten, oder aber in einer horizontalen Lage festgehalten
werden, so daß während des Ausgießens die Spule 21 unabhängig
vom Schwenkwinkel des Tiegels horizontal oberhalb der Ober
fläche des geschmolzenen Metalls bleibt. Die stromdurch
flossene Spule 21 induziert Wirbelströme in die Oberfläche
der Schmelze, wodurch angesammelte Schlacke von der Ausguß-
Öffnung wegbewegt und davon entfernt gehalten wird. Die
Spule 21 braucht nicht die ganze Oberfläche der Schmelze
abzudecken. Sie kann auch auf einen engeren Raum begrenzt
sein.
Vorzugsweise ist die Spule 21 um zwei orthogonale Achsen x
und y drehbar gelagert, wobei die eine horizontal und die
andere vertikal verläuft. Um die horizontale Drehachse x kann
die Spule 21 von der Schmelze weggeschwenkt und auf sie
niedergesenkt werden. Bei einer Drehung um die vertikale
Achse y überstreicht die Spule die Oberfläche der Schmelze.
Wenn Schlacke von der Schmelzenoberfläche entfernt werden
soll, wird die Spule auf diese hinabgesenkt, ohne sie jedoch
zu berühren, und über die Oberfläche von der Ausgußöffnung
weg geschwenkt. Die Induktionsspule 21 kann beispielsweise
auch zum Abschrecken dienen, indem sie in die gesammelte
Schlacke eingetaucht wird, damit diese erstarrt, um sie
herauszunehmen. Mit der Abschreckvorrichtung kann dann die
erstarrte Schlacke von der Schmelzenoberfläche entfernt
werden. Bei einer Ausführungsform weist die Abschreckvor
richtung eine hohle, Rohrelektrode auf, durch die ein
Kühlmittel fließt, und die nach jeweils einmaligem Gebrauch
weggeworfen wird. Die Elektrode ist zu einer ebenen Spirale
gewunden, so daß die Induktionsspule 21 als Flachspule mit
Pfannkuchenform ausgebildet ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird
eine separate und ggfs. gekühlte Abschreckvorrichtung in die
angesammelte Schlacke eingetaucht, wobei die Schlacke an der
Abschreckvorrichtung haftend erstarrt. Die mit der Abschreck
vorrichtung zusammenhängende, erstarrte Schlacke wird dann
aus der Schmelze gehoben. Vorzugsweise wird die Abschreckvor
richtung mit der anhaftenden erstarrten Schlacke nicht
wiederverwendet, da eine Reinigung wirtschaftlich nicht
sinnvoll erscheint. Aus den gleichen wirtschaftlichen Gründen
können die gesamte Induktionsspule und Abschreckvorrichtung
der Fig. 1 ebenso im Einwegverfahren eingesetzt werden.
Das flüssige Metall gelangt nach dem Ausgießen aus dem
Tiegel 15 in einen Speisetrichter 22, der eine feste kon
stante Druckhöhe aufweist. Der Speisetrichter 22 weist eine
gekühlte Metallumhüllung 23 auf, die zur Trennung des oberen
Teils des Speisetrichters in einen Aufnahmebereich 25 und in
eine "ruhige" Zone 26 eine Trennwand 24 hat. Die im Speise
trichter 22 befindliche Schmelze wird durch eine Induktions
heizung 28 flüssig gehalten. Die Unterseite des Speise
trichters verjüngt sich zu einem Auslaß 29 hin, welcher einen
löchrigen Keramikfilter 30, einen massiven Metallstopfen 31
und einen auswechselbaren Ausguß 32 aufweist. Der Stopfen 31
verschließt den Auslaß, bis er schmilzt und die Schmelze dann
in eine Form oder ein anderes Behältnis 33 fließen kann.
Ein Füllstandsfühler 34 ist oben am Speisetrichter 22 und ein
Temperaturfühler 35 am Auslaß angebracht. Die Signale dieser
Sensoren 34 und 35 werden über einen Signalprozessor 36 in
einen Regler 37 eingespeist, der die Funktionen der Heizungs
spulen 15 a und 28, der elektromagnetischen Drossel 17 und die
Schwenkung des Tiegels 15 regelt, so daß eine im wesentlichen
konstante Druckhöhe der Schmelze im Speisetrichter 22
aufrechterhalten werden kann. Der Schwenkwinkel des Tiegels
verläuft nach einem bestimmten Programm zum Erreichen der
gewünschten Ausgußgeschwindigkeit.
Die Temperatur des im Tiegel 15 erschmolzenen Metalls wird
durch die entsprechende Stromversorgung der Induktionshei
zung 15 a gesteuert und stabilisiert, und was die Absonderung
der Schlacke oberhalb der Ausgußöffnung 16 auf der Schmelzen
oberfläche genügend stabilisiert.
Selbstverständlich können auch andere Heizungsverfahren
anstatt der oben beschriebenen Lichtbogenschmelzung einge
setzt werden, wie z.B. Elektronenstrahl- oder Plasmaschmelz
technologien.
Claims (8)
1. Schlackenabscheider für Schmelztiegel (15) mit einem
Ausguß (16), dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsspule
(21) oberhalb der Schmelzenoberfläche angeordnet ist, die die
Schlacke elektromagnetisch vom Ausguß wegdrängende
Wirbelströme erzeugt.
2. Schlackenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Induktionsspule (21) über der Schmelzen
oberfläche horizontal verschiebbar angeordnet ist.
3. Schlackenabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Induktionsspule (21) durch Schwenken um
eine vertikale Achse über der Schmelzenoberfläche horizontal
verschiebbar ist.
4. Schlackenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (21) um eine
horizontale Achse kippbar am Schmelztiegel angeordnet ist.
5. Schlackenabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Schlacke an der
Schmelzenoberfläche absenkbare Abschreckvorrichtung vorge
sehen ist.
6. Schlackenabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abschreckvorrichtung horizontal relativ zur
Schmelzenoberfläche verschiebbar angeordnet ist.
7. Schlackenabscheider nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (21) selbst die
Abschreckvorrichtung bildet und dazu mit einer
Kühleinrichtung versehen und in die Schlacke absenkbar
angeordnet ist.
8. Schlackenabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Induktionsspule (21) aus einem hohlen Rohr
hergestellt ist, durch welches ein Kühlmittel hindurchleitbar
ist.
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