DE3942128A1 - Erschmelzen von superlegierungen ohne verunreinigungen - Google Patents

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.