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Kontinuierliches Verfahren zum Entgasen von Metall
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Schmelzen und Giessen von Metallen im
Vakuum, um beigemischte oder gelöste flüch- tige Substanzen zu entfernen und insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zum Entgasen und Giessen im Vakuum auf im wesentlichen kontinuierlicher Grundlage zur Herstellung von Güssen aus entgasten Metallen mit niedrigeren Kosten als dies bisher möglich war.
Metalle, welche bei Atmosphärendruck geschmolzen wurden, enthalten unverändert gelöste Gase und andere flüchtige Substanzen bis zu einem gewissen Grad (wie z. B. Schwefel) und Metall in Schwammform aus chemischen Herstellungsverfahren erhält häufig flüchtige Substanzen beigemischt, wie z. B. Chloride und deren Hydratwasser, ebenso wie gelösten Wasserstoff. Der Ausdruck "flüchtige Substanzen", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf alle Verunreinigungen im Metall, welche in Dampfform vorliegen oder flüchtige Verbindungen mit anderen anwesenden Substanzen bilden oder sich in flüchtige Bestandteile zersetzen, wenn sie aus dem Metall bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt des Metalles abgeschieden werden.
Es ist bekannt, dass die Ent- fernung von solchen flüchtigen Substanzen aus Metallen, um so feste Schmelzblöcke ohne Porosität und mit einem möglichst geringen Gehalt an Verunreinigungen herzustellen, welche sich aus der Anwesenheit von derartigen flüchtigen Substanzen ergeben, ein wünschenswertes Objekt für verschiedene metallurgische Anwendungsgebiete ist.
Durch Vakuumschmelzen und-giessen wird diese Entfernung der flüchtigen Substanzen bis zu einem Grad verwirklicht, welcher grösstenteils von dem absoluten Druck abhängt, welcher im Vakuumgefäss erreicht wird. Es wird daher ein stärkerer Grad an Entgasung in einem geschmolzenen Metall erreicht, wenn der Druck auf das Metall vermindert wird, bis eins praktische Grenze bei absoluten Drucken in der Grössenordnung von einem halben Mikron Quecksilber oder weniger erreicht ist. Bei diesen Drucken findet eine im wesentlichen vollständige Entgasung des geschmolzenen Metalles fast augenblicklich statt und Reaktionen, wie z. B. die Kohlenstoffdesoxydation von Kupfer und Eisen, finden praktisch augenblicklich an der Oberfläche des geschmolzenen Materiales statt.
Es sind daher Schmelzblöcke und andere Schmelzstücke aus Metall, welche im Hochvakuum geschmolzen und gegossen wurden, im wesentlichen nicht porös und enthalten nur sehr wenig flüchtige Substanzen. Der Ausdruck "Hochvakuum", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf absolute Drucke unterhalb ungefähr 1, Quecksilber, bei welchen eine im wesentlichen vollständige Entgasung des geschmolzenen Metalles stattfindet.
In dem Hochvakuum, das zur fast völligen Entgasung eines Metalles benötigt wird, bildet die Menge an flüchtigen Substanzen, welche während des Schmelzens einer bestimmbaren Menge von Metallen, welche vorher bei Atmosphärendruck behandelt worden war, entwickelt werden, ein so grosses Gasvolumen, dass die kontinuierliche Aufrechterhaltung des Hochvakuums mit üblichen Pumpenaggregaten nicht durchführbar war. Es war daher üblich, beim Schmelzen von Metallen im Hochvakuum char- genweise zu arbeiten, bei relativ hohen Drucken (z. B. 1000 f-l Quecksilber absoluter Druck) beim Beginn des Schmelzens.
Wenn die Gasentwicklung fortschreitet und nach und nach abnimmt, während die Vakuumpumpe kontinuierlich arbeitet, sinkt der Druck im Vakuumsystem nach und nach ab und schliesslich, wenn das System bei einem Druck unter 1/2 f-l Quecksilber einige Minuten geblieben ist, ist die Entgasung des geschmolzenen Metalles im wesentlichen vollständig und die Gussoperation wird durchgeführt.
Obwohl das übliche chargenweise Verfahren zum Schmelzen von Metall unter Hochvakuumbedingungen Güsse von hoher Qualität ergibt, ist das Verfahren relativ langsam und die Kosten der Güsse sind hoch. Insbesondere bedingt das chargenweise Auspumpen bei absoluten Drucken im Vakuumgefäss, welche um einen Faktor von 1000 oder mehr schwanken, dass die Vakuumpumpen nicht ökonomisch ausgenützt werden können.
Es wurden bereits verschiedene Versuche gemacht, um die Geschwindigkeit zu erhöhen und die Kosten der Vakuum guss verfahren zu senken. Dennoch wurde, soweit sich der bekannte Stand
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der Technik verfolgen lässt, bisher kein Va- kuumgussverfahren oder eine entsprechende
Vorrichtung vorgeschlagen, welche alle der fol- genden Probleme gelöst hätte, kontinuierliches oder halbkontinuierliches Arbeiten, um relativ ökonomisch und in grossem Massstab entgaste
Güsse zu erzeugen ; Abkehr vom chargenweisen
Auspumpen und der damit verbundenen Lei- stungsgrenze der Vakuumpumpen ; Giessen in genügend hohem Vakuum, um das Metall prak- tisch vollkommen zu entgasen ;
Herstellung von dichten Güssen mit tatsächlich keinen Hohl- räumen oder Rissen die Möglichkeit, handels- übliches Metall, welches anfänglich wesentliche
Mengen an flüchtigen Substanzen (beispiels- weise mehr als 0, 1 Gew.- /o) enthält, zu ver- arbeiten ; und schliesslich hinreichend wirksame
Mittel zu besitzen, um das Metall zu erhitzen und zu schmelzen.
Es ist daher ein Gegenstand der vorliegen- den Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum
Schmelzen und Giessen im Vakuum vorzusehen, welches, die vorerwähnten Probleme löst und die vorerwähnten und anderen Vorteile gewähr- leistet und insbesondere eine verbesserte und praktische Vorrichtung zum Herstellen von hochentgasten Güssen auf im wesentlichen kontinuierlicher Basis bei niedrigeren Kosten, als dies bisher möglich war, vorzusehen ; das chargenweise Auspumpen zu umgehen und ein kontinuierliches Hochvakuum zur Gussoperation aufrechtzuerhalten ; die Verwendung von elektronischen Erhitzungsarten, welche lediglich bei Hochvakuum verwendet werden können, zu ermöglichen und schliesslich elektrische Instabilität und Bogenbildung zu vermeiden, welche bisher die Verwendung dieser Verfahren beim Giessen im Vakuum verhindert haben.
Bestimmte Metalle, wie Titan, sind in geschmolzenem Zustand chemisch so aktiv, dass es auf grosse Schwierigkeiten stösst, irgendwelche Behälter für diese Metalle in geschmolzenem Zustand zu finden. Es ist daher ein anderer Gegenstand dieser Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Schmelzen und Giessen von chemisch aktiven Metallen, wie z. B. Titan, im Vakuum vorzusehen.
Kurz gesagt, sieht im Hinblick auf bestimmte Gesichtspunkte diese Erfindung ein kontinuierliches ökonomisches Verfahren in grossem Massstab zum Entgasen und Giessen von Metallen im Vakuum vor, welches aus verschiedenen gleichzeitigen Operationen besteht, welche an einem kontinuierlichen Materialstrom durchgeführt werden.
Geschmolzenes Metall, welches anfänglich wesentliche Mengen an flüchtigen Substanzen enthält, wird kontinuierlich in ein kontinuierlich aufrechterhaltenes Vorvakuum eingebracht, so dass das Metall kontinuierlich einen Teil seiner flüchtigen Substanzen in das Vorvakuum abgibt und so ein kontinuierlicher Weitertransport von teilweise entgastem geschmolzenem
Material stattfindet. Der Ausdruck "Vor- vakuum", wie er hierin gebraucht wird, bezieht sich auf absolute Drucke zwischen ungefähr 10 p
Quecksilber und ungefähr 1 mm Quecksilber.
Innerhalb dieses Druckbereiches wird ein Me- tall, welches vorher bei atmosphärischem Druck behandelt wurde, wenn es geschmolzen wird, einen grösseren Teil der flüchtigen Substanzen, den es anfänglich enthält, abgeben und die so entwickelten flüchtigen Substanzen werden le- diglich einen geringen Teil des Volumens ein- nehmen, welchen die gleichen flüchtigen Sub- stanzen in dem wesentlich höheren Vakuum einnehmen würden, welche für die vollständige
Entgasung des Metalles benötigt wird. Es kann daher eine übliche Vakuumpumpe, welche für das Arbeiten unter Vorvakuumdrucken kon- struiert ist, mit relativer Leichtigkeit und guter
Pumpwirksamkeit das Vorvakuum kontinuier- lich aufrechterhalten, während der grössere An- teil der in Freiheit gesetzten flüchtigen Sub- stanzen aus dem Vakuumsystem entfernt wird.
In diesem Zeitpunkt des Verfahrens würde ein absoluter Druck, welcher wesentlich unter 10 fil
Quecksilber liegt, ein wirksames Auspumpen der flüchtigen Substanzen aus dem Vakuum- system verhindern, u. zw. nicht nur infolge der grösseren Schwierigkeit bezüglich der Aufrechterhaltung des höheren Vakuums, sondern auch infolge der Zunahme des Gasvolumens bei Erniedrigung des Druckes. Ein absoluter Druck, welcher wesentlich über 1 mm Quecksilbersäule liegt, würde wiederum zu viel flüchtige Substanzen im Metall belassen als dass d2r nächste Verfahrensschritt erfolgreich durchgeführt werden könnte.
Das teilweise entgaste geschmolzene Metall wird kontinuierlich in ein kontinuierlich aufrechterhaltenes Hochvakuum weitergeleitet, welches einen absoluten Druck unter 1 p Quecksilber aufweist, so dass das Metall kontinuierlich den Restanteil der flüchtigen Substanzen in das Hochvakuum abgibt und dadurch ein kontinuierlicher Strom von hochentgastem geschmolzenem Metall erzeugt wird. Da ein grösserer Anteil der flüchtigen Substanz in das Vorvakuum entwichen ist, bevor das Metall in das Hochvakuum eingebracht wurde, kann das kontinuierliche Aufrechterhalten des Hochvakuums, während die flüchtigen Substanzen, welche kontinuierlich in dieses Vakuum entweichen, entfernt werden, leicht und ökonomisch mit den gebräuchlichen Hochvakuumpumpen durchgeführt werden.
Das hochentgaste Metall kann nun im gleichen Hochvakuum, welches zu seiner Herstellung verwendet wurde, gegossen werden.
Die so hergestellten Güsse weisen eine hohe Qualität auf, sind nicht porös und enthalten, wenn überhaupt, so nur sehr wenig flüchtige Substanzen.
Das neue Verfahren kann äusserst wirksam in einem geteilten Vakuumbehälter durchgeführt
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werden, welcher eine obere und eine untere Vakuumkammer aufweist. In der oberen Vakuumkammer wird kontinuierlich ein Vorvakuum mit Hilfe einer Olstrahlpumpe od. dgl. aufrechterhalten und in der unteren Vakuumkammer wird mit Hilfe einer Oldiffusionspumpe oder einer anderen geeigneten Hochvakuumpumpe ein Hochvakuum kontinuierlich aufrechterhalten. Da nun jede Pumpe unter im wesentlichen konstanten Bedingungen arbeitet und selten ausserhalb der Druckgebiete, für welche sie am besten geeignet ist, arbeitet, können beide Pumpen für ausserordentlich wirksames und ökonomisches Pumpen konstruiert werden.
In den Fällen, bei welchen ein wesentlicher Teil der flüchtigen Substanzen bei der Umgebungstemperatur kondensierbar ist, können Kondensatoren verwendet werden, um das Volumen der Substanzen, die durch die Pumpen entfernt werden müssen, zu verringern.
Das Metall kann vorteilhafterweise in einem kleinen Tiegel geschmolzen werden, welcher in der Abteilung angebracht ist, welche die obere von der unteren Vakuumkammer trennt und einen Teil dieser Abteilung bildet. Die öffnung am Oberteil des Tiegels steht in Verbindung mit der oberen Vakuumkammer, so dass innerhalb des Tiegels ein kontinuierliches Vorvakuum aufrechterhalten wird. In den Tiegel wird kontinuierlich Metall eingebracht und auf seine Schmelztemperatur erhitzt, um so eine kontinuierliche Zufuhr geschmolzenen Metalls innerhalb und in Kontakt mit dem Vorvakuum vorzusehen. Das geschmolzene Metall entwickelt kontinuierlich flüchtige Substanzen in das Vorvakuum, wodurch eine kontinuierliche Versorgung teilweise entgasten Metalles hervorgerufen wird.
Das teilweise entgaste Metall fliesst kontinuierlich durch eine Öffnung im Boden des Tiegels in die untere Vakuumkammer, in w21cher die Entgasung durch kontinuierliche Entwicklung von flüchtigen Substanzen in das Hochvakuum vervollständigt wird. Der Tiegel kann mit Hilfe irgendwelcher üblicher Einrichtungen erhitzt werden, um so das darin enthaltene Metall zu erhitzen. Da der Boden des Tiegels in die untere oder Hochvakuumkammer reichen kann, kann ein Elektronenbeschuss des Tiegels vorteilhafterweise für Heizzwecke verwendet werden, ohne dass hiebei Schwierigkeiten infolge elektrischer Instabilität und Bogenbildung zu befürchten wären, welche bei höheren Drucken auftreten.
Im Falle von Titan oder anderen chemisch aktiven Metallen wird die Verwendung eines Tiegels zur Aufnahme des Metalles in der oberen Kammer dadurch besonders praktisch, dass das Metall fast zur gleichen Zeit, zu welcher es schmilzt, aus dem Tiegel herausfliessen kann, so dass das geschmolzene Metall nur sehr kurze Zeit in Kontakt mit dem Tiegel steht und ausserdem durch die Tatsache, dass die Grösse des Tiegels sehr gering sein kann, im Vergleich mit der Materialmenge, welche während eines bestimmten Zeitraumes umgesetzt wird, so dass die Verwendung von teuren, chemisch resistenten Tiegeln ökonomisch tragbar wird.
Das Metall, welches durch den Boden des Tiegels fliesst, kann durch eine obere offene Gussform aufgenommen werden, welche an geeigneter Stelle in der unteren oder Hochvakuumkammer angebracht ist. Beispielsweise kann eine ringförmige, wassergekühlte Gussform verwendet werden, um kontinuierliche Stangen oder Stäbe zu giessen, welche kontinuierlich durch den Boden der Gussform abgezogen werden können. Dieses Gussverfahren ist besonders günstig im Falle von chemisch aktiven Metallen, wie z. B. Titan, da das geschmolzene Metall, welches aus dem Tiegel kommt, in einem Pfannenrest aufgefangen und gehalten werden kann, welcher am oberen Teil der verfestigten gegossenen Stange des gleichen Materiales gebildet ist. Dadurch wird ein chemischer Angriff auf die Gussform und eine daraus sich ergebende Verunreinigung des gegossenen Metalles im wesentlichen vermieden.
Bei weniger aktiven Metallen, wie z. B. Stahl, kann das aus dem Tiegel ausströmende Metall zunächst in einem Gusslöffel oder einem anderen Gefäss aufgefangen und gehalten werden und darauf unter Hochvakuum in Kokillen jeder gewünschten Art und Form transferiert werden.
Um einen dichten Guss zu gewährleisten, insbesondere beim Giessen von kontinuierlichen Stangen mit einer wassergekühlten, ringförmigen Gussform, muss zusätzliche Hitze kontinuierlich auf eine Lache von geschmolzenem Metall, welches sich in dem Pfannenrest am oberen Teil der Gussstange befindet, einwirken gelassen werden. Dies stellt ein Problem dar, da die Hitze direkt auf die Lache aus geschmolzenem Metall und nicht direkt auf die wassergekühlte Gussform gerichtet werden muss. Es sind daher Widerstandsheizung, Induktionsheizung u. dgl. nicht anwendbar. Das Problem wird erst durch die Verwendung von Elektronenbeschuss mit hoher Spannung zur Erhitzung der Lache aus geschmolzenem Metall gelöst. Die Verwendung des Elektronenbeschusses wird durch die kontinuierliche Aufrechterhaltung eines Hochvakuums in der unteren Vakuumkammer ermöglicht.
Das Hochvakuum gestattet die Existenz eines durch die Raumladung begrenzten Elektronenstromes ohne elektrische Instabilität oder Bogenbildung.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ganz allgemein ein im wesentlichen kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von entgasten Güssen. Es besteht ein kontinuierlicher Materialfluss, wobei das geschmolzene Metall aufeinanderfolgend einem kontinuierlich aufrechterhaltenen Vorvakuum und einem kontinuierlich aufrechterhaltenen Hochvakuum ausgesetzt wird.
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Vorzugsweise wird Hitze auf das Metall in bei- den Vakua einwirken gelassen, um das Metall in geschmolzenem Zustand zu erhalten und die durch das Metall entwickelten flüchtigen Sub- stanzen werden kontinuierlich aus beiden Vakua ausgepumpt. Schliesslich wird das entgaste Me- tall innerhalb des Vakuums in eine Kokille ge- gossen, von welcher die Hitze abgeleitet wird.
Um die Erfindung besser zu erläutern und be- stimmte Anwendungsgebiete hievon darzulegen, soll sie nun im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben werden, welche bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorteilhafterweise verwendet werden kann. Es soll aber darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf irgendeine besondere Form oder Konstruktion einer derartigen Vorrichtung beschränkt ist, ausgenommen bis zu dem Ausmass, dass die Form der Vorrichtung durch die Erfordernisse des Verfahrens vorgeschrieben wird und dass daher zahlreiche Abänderungen in Form und Struktur der verwendeten Vorrichtung möglich sind.
In den Zeichnungen bedeuten : Fig. l einen vergrösserten schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung, welche bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden kann und Fig. 2 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch eine andere Vorrichtung, welche ebenfalls bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden kann.
Fig. 1 stellt einen vakuumdichten Behälter 1 und darinnen eine horizontale Abteilung 2 dar, welche den Behälter in eine zusammenhängende obere und untere Vakuumkammer teilt. In der oberen Kammer wird mit Hilfe einer Vakuum- pumpe 3 ein Vorvakuum mit einem absoluten
Druck zwischen'10 u Quecksilber und 1 mm
Quecksilber kontinuierlich aufrechterhalten. In der unteren Kammer wird ein Hochvakuum mit einem absoluten Druck unter l Quecksilber kontinuierlich durch eine Vakuumpumpe 4 auf- rechterhalten. Jede der beiden Vakuumpumpen ist so konstruiert, dass dadurch für die ent- sprechenden Bedingungen die beste Wirkung
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pumpe sein, welche am besten bei absoluten Saugdrucken in der Grössenordnung von ungefähr 10 bis 300 f. l Quecksilber arbeitet.
Die Pumpe 4 kann eine Qldiffusionspumpe sein (gegenwärtig in Grössen bis zu zirka 1, 20 m Durchmesser erhältlich), welche zur Erzielung von Hochvakuum mit einem absoluten Druck von ungefähr 1/2 f. l Quecksilber oder weniger konstruiert ist.
Ein oben offener Tiegel 5 wird durch die Abteilung 2 getragen und erstreckt sich nach unten durch diese Abteilung, wie aus der Zeichnung ersichtlich, so dass das Innere des Tiegels einen
Teil des oberen Vakuumteiles bildet und mit diesem kommuniziert, während der untere äussere Teil des Tiegels in den unteren oder
Hochvakuumteil hineinragt. Dadurch bildet der
Tiegel 5 einen Teil der Abteilung zwischen den beiden Vakuumkammern. Die Abteilung 2 und der Tiegel 5 teilen gemeinsam den Vakuumteil von dem Hochvakuum und bilden zwischen bei- den einen vakuumdichten Verschluss. Der Boden des Tiegels weist eine kleine Öffnung 6 auf (beispielsweise ein Loch mit zirka 3 mm Durchmesser in einem Tiegel mit einem Innendurchmesser von zirka 37, 5 mm), durch welche das geschmolzene Metall aus dem Vorvakuumteil in den Hochvakuumteil fliessen kann.
Ein Zapfen 7, welcher zum Verschliessen der Öffnung 6 durch Bewegen einer Bedienungsstange 8, welche aus dem Vakuumsystem durch eine vakuumdichte Bohrung 9 herausragt, betätigt werden kann, kann vorgesehen sein, um das Ausströmen des Metalles aus dem Tiegel zu kontrollieren.
Der Tiegel kann aus irgendeinem geeigneten feuerfesten Material hergestellt sein, welches hohen Temperaturen widerstehen kann und gegenüber dem zu schmelzenden Metall chemisch resistent ist. Beispielsweise kann der Tiegel 5 zum Vakuumschmelzen und Giessen von Eisen oder Stahl od. dgl. aus Graphit bestehen, welches an der Innenseite mit irgendeinem geeigneten feuerfesten Material überzogen ist. Es können verschiedene Mittel verwendet werden, um den Tiegel zum Schmelzen des Metalles darinnen zu erhitzen, wie z. B. Induktionserhitzung oder elektrische Widerstandserhitzung, aber vorzugsweise wird der Tiegel durch Elektronenbeschuss erhitzt. Zu diesem Zwecke wird der
Tiegel aus einem elektrisch leitenden Material bestehen oder er ist mit einem elektrisch leiten- den Material überzogen und mit dem Ende über Metallteile des Vakuumbehälters oder auf andere Weise verbunden.
Eine im wesentlichen ringförmige elektronenemittierende Kathode 10 erstreckt sich rund um den Tiegel 5. Die Kathode kann beispielsweise aus einer Schleife aus Wolframdraht bestehen, welche mit ihren Enden mit einem Leiterpaar 11 und 12 verbunden ist und hievon auch getragen wird, welche durch die Isolationseinrichtungen 13 und 14 durch eine Seitenwand des Vakuumbehälters 1, wie aus der Zeichnung ersichtlich, geführt werden. Die Leitungen 11 und 12 können mit der Sekundärwicklung eines Transformators 15 verbunden werden, dessen Primärwicklung mit irgendeiner zur Verfügung stehenden Wechselstromquelle verbunden ist, um so einen Stoff durch die Schleife 10 für deren Erhitzung zu leiten und so die thermionische Emission von Elektronen an der Kathode zu verursachen.
Die Kathode 10 wird auf einem negativen Potential gegenüber dem Tiegel 5 durch irgendwelche geeignete Einrichtungen ge-
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halten, wie z. B. durch einen Generator 16, wel- cher mit einer mittleren Anzapfung an der Se- kundärwicklung des Transformators 15, wie aus der Zeichnung ersichtlich, verbunden ist. Es bildet daher der Tiegel die Anode einer Hoch- vakuumdiode und die durch die Kathode 10 emittierten Elektronen werden auf hohe Ge- schwindigkeiten beschleunigt und beschiessen den Tiegel 5, um so den Tiegel zu erhitzen und das im Tiegel enthaltene Metall zu schmelzen.
Da die Elektronenentladung zwischen Kathode
10 und Tiegel 5 im kontinuierlichen Hoch- vakuum stattfindet, besteht, wenn überhaupt, so nur sehr wenig Neigung zur elektrischen
Instabilität infolge Bildung eines Lichtbogens zwischen Kathode und Tiegel. Es besteht daher der Strom zwischen Kathode und Tiegel im we- sentlichen aus Elektronen und ist ebenso wie in Vakuumdioden durch die Raumladung be- grenzt.
Das Metall kann in den Tiegel 5 durch irgendwelche übliche Einrichtungen, welche sich für die verwendete Metallart eignen, eingebracht werden. Wenn beispielsweise Stahl oder Eisen geschmolzen oder gegossen werden soll, kann Eisenstangenmaterial 17 aus Stahl oder Eisen hoher Qualität kontinuierlich in den oberen Teil des Vakuumsystems durch einen üblichen vakuumdichten Verschluss 18 zugeführt werden.
Das untere Ende der Stange 17 taucht in das geschmolzene Metall 19, welches im Tiegel 5 enthalten ist und schmilzt dort, so dass dadurch eine im wesentlichen konstante Zubringung von geschmolzenem Metall in den Tiegel gewährleistet ist.
Da das geschmolzene Metall 19 durch den offenen Oberteil des Tiegels 5 dem Vorvakuum ausgesetzt ist und die Oberfläche des geschmolzenen Metalles dem Vorvakuum ausgesetzt ist, wird ein grösserer Teil der flüchtigen Substanzen aus dem geschmolzenen Metall in das Vorvakuum entweichen. Im Hinblick auf den in diesem Teil des Vakuumsystems aufrechterhaltenen Druck ist das Volumen der in Freiheit gesetzten flüchtigen Substanzen für einen ökonomischen Betrieb der Pumpe zur Aufrechterhaltung des Vorvakuums nicht zu gross.
Insbesondere bei der Reinigung von Stahl wird ein feuerfester Tiegel verwendet und der im Stahl gelöste Wasserstoff vereinigt sich mit Sauerstoff aus dem feuerfesten Tiegel, wodurch Wasserdampf gebildet wird, welcher in das Vorvakuum entweicht. Abgesehen von den Problemen bezüglich der Pumpen, welche sich in diesem Falle ergeben würden, kann darauf hingewiesen werden, dass ein Hochvakuum in diesem Zustand der Reinigung von keinem grösseren Wert sein würde als ein Vorvakuum infolge der neuerlichen Verunreinigung des Stahles durch Sauerstoff aus dem Tiegel. Bei dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird dieser Sauerstoffgehalt durch den darauffolgenden Verfahrensschritt im Hoch- vakuum entfernt.
Eine Vielzahl von Hitzeschirmen 20,21 und
22 kann, wie aus der Zeichnung ersichtlich, oberhalb des Tiegels 5 vorgesehen sein. Der oberste Hitzeschirm 22 kann vorteilhafterweise
Durchlässe 22'enthalten, durch welche Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit strömen kann.
Diese Hitzeschirme gewährleisten verschiedene vorteilhafte Resultate, wie z. B. folgende : Sie tragen dazu bei, die Hitze im Tiegel zurückzu- halten und reduzieren somit das Mass des
Elektronenbeschusses, welches notwendig ist, um den Tiegel 5 auf einer gewünschten Tempe- ratur zu halten ; sie reduzieren die unerwünschte
Erhitzung anderer Teile des Vakuumsystems ; und schliesslich fungieren sie als Kondensator, auf welchem die kondensierbaren Anteile der aus dem geschmolzenen Metall in Freiheit ge- setzten flüchtigen Substanzen kondensieren bzw. sich verfestigen und dadurch das Gasvolumen, welches aus dem System durch die Vakuum- pumpe 3 entfernt werden muss, vermindern.
Andere Hitzeschirme 23,24, 25, 26 und 27 umgeben im wesentlichen den unteren Teil des Tiegels 5, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.
Der äusserste Schirm 27 kann vorteilhafterweise mit Durchlässen 27'versehen sein, durch welche Wasser oder ein anderes Kühlmedium fliessen kann. Zusätzlich zu diesen üblichen Funktionen der Abschirmung der Hitze und der Kondensation dient die Schirmkonstruktion 23-27 ausserdem als elektronenfokussierende Elektrode, wie im folgenden erläutert werden soll. Das geschmolzene Metall aus dem Tiegel 5 fliesst kontinuierlich durch die Öffnung 6 in den Hochvakuumteil des Vakuumsystems. Tropfen 28 des geschmolzenen Metalles fallen in eine Lache 29 aus geschmolzenem Metall, welche sich in einem Pfannenrest befindet, welcher am Oberteil der Stange 30 oder des Schmelzstückes aus verfestigtem Metall gebildet ist.
Zur Bildung dieses Pfannenrestes aus verfestigtem Metall wird eine ringförmige Gussform 31 zur Kühlung des äusseren Umfanges der Stange 30 vorgesehen, welche mit ihrem oberen Ende mit der Hochvakuumkammer in Verbindung steht und vertikal unterhalb der Öffnung 6 zur Aufnahme des aus dem Tiegel 5 fliessenden Metalles angeordnet ist, so dass das geschmolzene Metall in der Lache 29 sich vom Umfang nach innen zu verfestigt und so eine konkave Einsenkung oder einen Pfannenrest im verfestigten Metall bildet, wie dies durch die unterbrochene Linie an der Spitze der Stange 30 dargestellt wird und eine Lache von geschmolzenem Metall wird auf dem obersten Teil der Stange 30 aufrechterhalten, analog wie eine Lache von geschmolzenem Wachs am Oberteil einer Kerze erhalten bleibt. Die Form 31 besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B.
Kupfer, und ist vorzugsweise mit Durch-
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lassen 311 versehen, durch welche Wasser oder ein anderes Kühlmedium strömen kann. Die Form 31 wird durch geeignete Einrichtungen innerhalb des Vakuumgefässes an ihrem Platz gehalten, wie z. B. durch Tragstangen 32 und 33. Sobald Metall am obersten Teil der. Stange 30 fest wird, kann die Stange kontinuierlich aus dem unteren offenen Ende der Gussform herausgezogen werden und aus dem Vakuumsystem durch eine übliche Vakuumdichtung 34 entfernt werden.
Das Metall kann somit in einem im wesentlichen kontinuierlichen Verfahren geschmolzen, entgast und gegossen werden. In dem Mass, in dem die Stange 17 aus der Hochvakuumkammer gezogen wird, wird Metall, welches anfänglich eine wesentliche Menge flüchtiger Substanzen enthält, kontinuierlich in den Tiegel 5 gebracht, in welchem das Metall geschmolzen wird und kontinuierlich einen Teil seiner flüchtigen Substanzen in das Vorvakuum abgibt ; es wird so ein kontinuierlicher Zustrom von teilweise entgastem geschmolzenem Material aufrechterhalten. Das teilweise entgaste geschmolzene Metall fliesst oder tropft kontinuierlich durch die Öffnung 6 in die Lache 29 aus geschmolzenem Metall, welche sich im Pfannenrest am obersten Teil der Stange 30 befindet, und entwickelt kontinuierlich den restlichen Anteil seiner flüchtigen Substanzen in das Hochvakuum.
Hiedurch wird ein kontinuierlicher Zustrom von hochentgastem geschmolzenem Metall in den Oberteil der Gussform 31 vorgesehen. Sobald das Metall in der Lache 29 fest wird, wird die Stange 30 durch die Dichtung 34 kontinuierlich zurückgezogen und so eine kontinuierliche Erzeugung von entgastem gegossenem Metall vorgesehen.
Wie im Vorstehenden beschrieben, wird ein grösserer Teil der flüchtigen Substanzen aus dem Metall entfernt, während sich dieses in geschmolzenem Zustand innerhalb des Tiegels 5 befindet, und kondensierbare Anteile dar so in Freiheit gesetzten flüchtigen Substanzen kondensieren bzw. verfestigen sich auf den Hitzeschirmen 20-22, während nicht kondensierbare Anteile durch die Vakuumpumpe 3 aus dem System entfernt werden. In anderen Worten ausgedrückt, wird ein grösserer Anteil der flüchtigen Substanzen wirksam bei den relativ hohen absoluten Drucken, welche im Vorvakuum herrschen, aus dem Metall entfernt.
Dennoch kann infolge dieser relativ hohen Drucke das Metall, welches durch die Öffnung 6 in den Hochvakuumteil fliesst, noch immer eine beachtliche Menge an flüchtigen Substanzen enthalten.
In dem Hochvakuum, welches unterhalb des Tiegels 5 herrscht, werden die restlich flüchtigen Substanzen fast augenblicklich aus dem ge schmolzenen Metall in Freiheit gesetzt. Konden- sierbare. Anteile dieser flüchtigen Substanzen können auf den Hitzeschirmen 23-27 kondensieren und die restlichen werden aus dem Vakuumsystem durch die Vakuumpumpe 4 entfernt. Da innerhalb des unteren Teiles des Vakuumsystems ein Hochvakuum kontinuierlich aufrechterhalten wird, wird das gegossene Metall praktisch vollkommen entgast.
Um die Herstellung von kompakten Gussstücken sicherzustellen, welche frei von Höhlungen und Rissen sind, muss das Metall an der Spitze der Lache 29 auf einer Temperatur gehalten werden, welche genügend hoch oberhalb dem Schmelzpunkt liegt. Aus diesem Grund und um weiterhin sicherzustellen, dass das gegossene Metall vollkommen entgast ist, ist es wichtig, das Metall im Hochvakuumteil zu erhitzen. Ausserdem muss die Lache aus geschmolzenem Metall direkt erhitzt werden, ohne dabei die Kupferform direkt zu erhitzen. Es können daher allgemein übliche Erhitzungsmethoden, wie z. B. Widerstandserhitzung, Induktions- erhitzung u. dgl., nicht angewandt werden. Das Problem wird mittels einer Erhitzung durch Elektronenbeschuss gelöst. Elektronenbeschuss des geschmolzenen Metalles kann zur Erhitzung verwendet werden, ohne dass hiebei ernste Probleme, wie z. B.
Instabilität oder Bogenbildung auftreten, da die Erhitzung in einem kontinuierlich aufrechterhaltenen Hochvakuum stattfindet.
Es macht daher die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Hochvakuums in der unteren Vakuumkammer die Anwendung von Elektronenbeschuss zur Erhitzung möglich, wodurch das Problem, die Lache aus geschmolzenem Metall direkt zu erhitzen, ohne dabei die Form direkt zu erhitzen, gelöst wird.
Die Lache aus geschmolzenem Metall 29 wird durch die Form 31 und durch die Metallteile des Vakuumsystems oder mittels anderer Einrichtungen, die einen geschlossenen elektrischen Stromkreis zwischen der Form und der Erde bilden, auf Erdpotential gehalten. Eine elektronenemittierende Kathode 35 ist vorzugsweise in Ringform angeordnet und kann günstigerweise aus einer Schleife aus Wolframdraht bestehen, welche mit ihren Enden an den Leitungen 36 und 37 befestigt und hievon getragen ist, welche Leitungen durch Isolatoren 38 und 39 durch eine Seitenwand des Vakuumbehälters 1 führen.
Die Leitungen 36 und 37 sind mit der Sekundärspule eines Transformators 40 verbunden, welcher mit seiner Primärspule mit irgendeiner geeigneten Wechselstromquelle verbunden ist, um so einen elektrischen Strom durch Kathode 35 fliessen zu lassen, dieselbe zu erhitzen und eine thermionische Elektronenemission hervorzurufen. Die Kathode 35 wird auf einem stark negativen Potential (in der Grössenordnung von einigen 1000 V) gegenüber, der Lache 29 durch irgendwelche geeignete Einrichtungen gehalten, wie beispielsweise durch einen Generator 41, wel-
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cher mit einer Mittelanzapfung an der Sekun- därwicklung des Transformators 40 verbunden ist.
Es bildet daher die Lache 29 die Anode einer Hochvakuumdiode und die durch Ka- i thode 35 emittierten Elektronen werden auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und bom- bardieren die Lache aus geschmolzenem Metall
29 von oben, um so das Metall an der Ober- fläche der Lache auf einer geeigneten Tempera- ) tur zu erhalten, im wesentlichen oberhalb der
Schmelztemperatur des Metalles, um so das
Giessen eines festen Gussblockes zu gewähr- leisten.
Es ist wünschenswert, dass die durch die Kathode 35 emittierten Elektronen auf die Lache
29 so fokussiert werden, dass im wesentlichen alle emittierten Elektronen zur Erhitzung des geschmolzenen Metalles dienen. Ein wesent- liches Elektronenbombardement der Hitzeschirme
23-27 oder der Form 31 würde diese Teile er- hitzen und ist daher äusserst unerwünscht. Um die Elektronen zu fokussieren, kann die Kon- struktion der Hitzeschirme 23-27 so ausge- bildet sein, dass diese im wesentlichen, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die Kathode 35 um- geben mit einer zentralen Öffnung im Boden der Hitzeschirmkonstruktion, welche mit der
Lache 29 in einer Linie verläuft.
Die Hitze- schirmkonstruktion wird durch elektrische Iso- latoren 42 und 43 getragen und dadurch von der
Erde isoliert und wird auf gleichem Potential wie Kathode 35 oder auf einem negativen
Potential gegenüber der Kathode 35 durch irgendwelche geeignete Einrichtungen, beispiels- weise durch einen Generator 44 und eine Lei- tung 45, welche sich durch einen Isolator 46 durch eine Seitenwand des Vakuumbehälters 1 erstrecken, gehalten. Das negative Potential der
Hitzeschirmkonstruktion stösst die Elektronen, welche von der Kathode 35 emittiert werden, ab und fokussiert diese Elektronen wirksam auf der Lache 29 des geschmolzenen Metalles.
Anderseits ist es möglich, aber weniger wün- schenswert, an Stelle einer separaten Span- nungsquelle, welche die Hitzeschirme 23-27 im
Hinblick auf die Kathode 35 auf einem nega- tiven Potential hält, die Hitzeschirme einfach von der Erde und anderen Teilen der Appara- tur elektrisch zu isolieren. Es können dann Elektronen zu den Hitzeschirmen fliessen, bis die aufgehäufte Ladung ihnen ein genügend hohes negatives Potential erteilt, um diesen Fluss zu unterbinden.
Das Fokussieren der Elektronen auf der Lache 29 wird auch durch die aus der Lache aus geschmolzenem Metall entweichenden Dämpfe erleichtert, welche eine Zone relativ geringen Widerstandes unmittelbar oberhalb der Lache 29 bilden, indem sie positive Ionen liefern, welche die Raumladung nur im ersten Teil des Elektronenstromes teilweise neutralisieren. Diese Zone niederen Widerstandes hilft mit, den
Elektronenfluss auf die Lache 29 und von der
Gussform 31 und anderen Teilen der Vorrich- tung wegzurichten. Es darf aber nicht ver- gessen werden, dass in der unteren Vakuum- kammer kontinuierlich ein Hochvakuum mit einem absoluten Druck unterhalb 1 f. 1 Queck- silber aufrechterhalten wird.
Es besteht daher der elektrische Strom zwischen Kathode 35 und
Lache 29 im wesentlichen aus einem Elektronen- strom hoher Spannung, welcher durch die Raum- ladung begrenzt ist, wie dies z. B. in einem "harten" Vakuumrohr der Fall ist und die Hitze wird durch den Beschuss der sehr schnellen
Elektronen auf die Lache 29 hervorgerufen. Der
Ionenstrom ist zu vernachlässigen und eine be- merkbare Neutralisation der Raumladung findet lediglich in einer schmalen Zone unmittelbar oberhalb der Lache 29 statt.
Eine Glimment- ladung, wie sie bei Vorvakuumdrucken stattfin- den würde, würde hier aus verschiedenen Grün- den nicht geeignet sein, einschliesslich der Tat- sache, dass die durch eine Glimmentladung ge- lieferte Hitze nicht hinreichend auf die Lache 29 konzentriert werden könnte und ausserdem der
Tatsache, dass wesentlich grössere Ströme für ein gegebenes Erhitzungsverhältnis notwendig wären ; ausserdem würden sich bezüglich Kon- trolle und Stabilität Schwierigkeiten ergeben.
Wenn der anfängliche Gehalt an flüchtigen
Substanzen im Metall ausserordentlich hoch ist, wie z. B. im Falle von gewöhnlichem handels- üblichem Stahl, kann es ökonomischer sein, das
Entgasen des Metalles in drei Stadien an Stelle von zwei Stadien durchzuführen. Dies kann bei- spielsweise dadurch durchgeführt werden, dass ein weiterer evakuierter Teil über dem in Fig. l gezeigten oberen Teil vorgesehen ist und in diesen drei Teilen stufenweise höhere Vakua aufrechterhalten werden.
In diesem Falle würde der absolute Druck in der ersten oder obersten Kammer vorzugsweise in Grössenordnung von einigen mm Quecksilber liegen (ein niedriges Vakuum), der absolute Druck in der mittleren Kammer würde etwas weniger als 1 mm Quecksilber betragen (ein Vakuum, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde) und der absolute Druck in der letzten oder untersten Vakuumkammer würde weniger als 1 f. 1 Queck- silber betragen (Hochvakuum). Das Metall würde zuerst in der Kammer mit dem niedrigsten Vakuum (höchstem Druck) zum einleitenden Entgasen geschmolzen werden und würde dann durch irgendwelche geeignete Vorrichtungen in den Tiegel 5 in die Kammer mit dem mittleren Vakuum oder Vorvakuum zum weiteren Entgasen überführt werden.
Die letzte, Entgasen und Giessen des Metalles in der Hochvakuumkammer, würde ebenso durchgeführt j werden, wie dies in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde.
Es ist aber gewöhnlich ökonomischer, an Stelle ein in drei Stufen unterteiltes Vakuum-
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entgasungsverfahren vorzusehen, eine zwei- stufige Vorrichtung, wie sie in Fig. 2 beschrie- ben ist, zu verwenden und einen legierten Stahl hoher Qualität für die Metallstange 17 zu ver- wenden, welcher gewöhnlich sorgfältig soviel als möglich während der Verfahrensschritte unter Atmosphärendruck entgast wurde, so dass die Quantität des flüchtigen Materials, welches im Vorvakuum des Systems in Freiheit gesetzt wird, die Pumpkapazität der Vakuumpumpe 3 nicht überschreitet.
Es soll auch darauf hingewiesen werden, dass andere Formen als Stangen oder Schmelzblöcke mit kleineren Modifikationen des in der Zeich- nung gezeigten Apparates gegossen werden können. Beispielsweise kann beim Giessen von
Metallen, die chemisch ziemlich inert sind, wie z. B. Stahl, an Stelle, dass sich die Lache aus geschmolzenem Metall 29 innerhalb eines Pfannenrestes am obersten Teil der Stange 30 befindet, die Lache 29 sich auch in einem weiteren Tiegel oder einer Gusspfanne befinden, woraus sie im Vakuum in Formen jeder gewünschten Grösse oder Form gegossen werden kann. In diesem Fall kann das Metall durch Erhitzung dieses Gefässes in geschmolzenem Zustand erhalten werden an Stelle von direktem Elektronenbeschuss des geschmolzenen Metalles.
Verschiedene andere Vorrichtungen zur Zuführung des Metalles in den Tiegel 5 können an Stelle der festen Stange 17 verwendet werden. Beispielsweise kann das Metall zunächst ausserhalb des Vakuumsystems geschmolzen und in geschmolzenem Zustand in den Tiegel eingebracht werden, wie z. B. durch Schmelzen des Metalles in einem anderen Tiegel, welcher sich ober der oberen Vakuumkammer befindet und kontinuierliches Eintropfenlassen des geschmolzenen Metalles in den offenen Oberteil des Tiegels 5 analog zu der Weise, wie das geschmolzene Metall aus dem Tiegel 5 in die Gussform 31 gebracht wird.
Auch in diesem Falle wird vorzugsweise Hitze auf das Metall innerhalb des Tiegel 5 einwirken gelassen, um dieses in geschmolzenem Zustand zu erhalten, entweder durch Erhitzen des Tiegels, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, oder durch direkte Erhitzung des Metalles durch Elektronenbeschuss oder auf andere Weise. Es können aber auch Stücke von ungeschmolzenem Metall kontinuierlich in den Tiegel 5 durch irgendeinen geeigneten Zuführungsmechanismus eingebracht werden.
Dort, wo das zu behandelnde Metall in geschmolzenem Zustand eine starke chemische Aktivität aufweist, wie im Fall von Titan, soll Kontakt zwischen dem geschmolzenem Metall und dem Tiegel auf ein Minimum reduziert werden, da sonst der Tiegel schnell zerstört und das Metall durch chemische Reaktion zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Tiegel verunreinigt wird. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass man die Stücke des ungeschmolzenen
Metalles in den Tiegel bringt, das Metall inner- halb des Tiegels kontinuierlich zum Schmelzen bringt und das geschmolzene Metall praktisch unmittelbar, nachdem es geschmolzen wird, aus dem Tiegel ausfliessen lässt.
Fig. 2 zeigt in einem Ausschnitt, wie die
Vorrichtung zum Behandeln von Metallen, wie z. B. Titan, welche in geschmolzenem Zustand chemisch äusserst aktiv sind, beschaffen sein kann. Ein kleiner oben offener Tiegel 47 wird durch eine horizontale Abteilung 48 innerhalb eines Vakuumsystems getragen und reicht durch sie hindurch. Geeignete Vorrichtungen, welche in Fig. 2 nicht gezeigt sind, sind vorgesehen, um innerhalb des Tiegels 47 kontinuierlich ein
Vorvakuum und unterhalb des Tiegels 47 ein Hochvakuum aufrechtzuerhalten, u. zw. auf eine Weise, wie es im Vorhergehenden bereits erklärt wurde. Ebenfalls sind Hitzeschirme, Heizvorrichtungen und eine ringförmige Gussform vorgesehen. Um die Übersicht zu erhöhen, wurden diese Teile in Fig. 2 nicht gezeigt, insbesondere da sie im wesentlichen den entsprechenden Teilen nach Fig. 1 gleichen können.
Genügende Hitze wird auf den Tiegel 47 einwirken gelassen, vorzugsweise durch Beschuss mit Elektronen hoher Geschwindigkeit, um so das Metall innerhalb des Tiegels auf die Schmelztemperatur von Titan zu erhitzen.
Ein Vorrat an Stücken aus Titanschwamm 49 wird in einem Vorratsbehälter 50 gehalten, welcher sich innerhalb des Vakuumsystems befindet. Ein derartiger Schwamm stellt die übliche Form von Titan dar, wie es durch chemische Reinigungsverfahren hergestellt wird und kann anfänglich ungefähr 0, 3-0, 6 Gew. -Ofo Magnesium- oder Natriumchlorid, und eine geringe Menge von durch die Chloridverunreinigungen absorbiertem Wasser enthalten. Für die Herstellung von Titanteilen durch die darauffolgenden Metallverarbeitungsverfahren werden aber feste Schmelzstücke aus entgastem Titan benötigt. Derartige Schmelzstücke können voreilhafterweise durch ein Vakuumentgasungsund Schmelzverfahren nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Irgendeine geeignete Art von Zuführungsmechanismus 51 wird nun verwendet, um die Titanschwammstücke aus dem Vorratsbehälter 50 zu entfernen und diese Stücke kontinuierlich in den oben offenen Teil des Tiegels 47 zu bringen, wie dies in der Zeichnung durch das Titanschwammstück 52 angedeutet wird, welches vom Ende des Zuführungsmechanismus in den Tiegel fällt. Dadurch wird eine geringe Zufuhr geschmolzenen Titanschwammes in dem Tiegel 47 aufrechterhalten. Der Vorratsbehälter 50 kann von Zeit zu Zeit mit zusätzlichem Titanschwamm aufgefüllt werden, welcher in das Vakuumsystem durch eine ähnliche, nicht gezeigte Luftschleuse eingebracht wird.
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Die Hitze, welche auf den Tiegel 47 ein- wirken gelassen wird, schmilzt kontinuierlich den Titanschwamm innerhalb des Tiegels. Das schmelzende Titan entwickelt kontinuierlich den grösseren Teil seiner flüchtigen Substanzen in das Vorvakuum und es entsteht so innerhalb des Tiegels 47 kontinuierlich teilweise entgastes geschmolzenes Titan. Die so entwickelten flüchtigen Substanzen werden an den Hitze- schirmen und anderen relativ kühlen Teilen des
Systems kondensiert und bzw. oder aus dem
Vakuumsystem herausgepumpt.
Im Boden des Tiegels 47 ist eine kleine Öffnung 53 wie gezeigt vorgesehen. Beispiels- weise kann der Tiegel 47 einen inneren Durchmesser von 37, 5 mm und die Öffnung 53 kann aus einem Loch von ungefähr 3 mm Durchmesser bestehen. Da die Öffnung klein ist, kann nur ein sehr geringer Anteil der innerhalb des Tiegels 47 entwickelten flüchtigen Substanzen durch die Öffnung 53 in das unterhalb des Tiegels herrschende Hochvakuum strömen.
Unmittelbar nach dem Schmelzen fliesst das teilweise entgaste geschmolzene Titan aus dem Tiegel 47 durch die Öffnung 53 in das Hochvakuum unterhalb des Tiegels. Ein Tropfen geschmolzenen Titans, welcher aus dem Tiegel fällt, ist in der Zeichnung bei 54 angedeutet Da jede kleine Menge geschmolzenen Titans innerhalb des Tiegels 47 nur sehr kurze Zeit nach dem Schmelzen des Titans verbleibt, ist die chemische Reaktion zwischen dem geschmolzenen Titan und dem Tiegel auf ein Minimum beschränkt. Ausserdem kann infolge des kontinuierlichen Schmelz- und Gussverfahrens, welches durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird, der Tiegel 47 im Vergleich mit der während eines bestimmten Zeitraumes verarbeiteten Titanmenge sehr klein gehalten werden. Es wird daher auch ökonomisch, teure Tiegelmaterialien zu verwenden, wie z. B.
Cersulfid, welches gegenüber dem chemischen Angriff durch geschmolzenes Titan relativ resistent ist.
Die vorliegende Erfindung macht es daher erstmalig möglich, Titan u. dgl. auf ökonomische Weise in grossem Massstab innerhalb eines Tiegels zu schmelzen.
Das teilweise entgaste geschmolzene Titan fliesst kontinuierlich aus dem Tiegel 47 durch die Öffnung 53 und setzt kontinuierlich den restlichen Teil seiner flüchtigen Substanzen in das Hochvakuum in Freiheit, welches unterhalb des Tiegels kontinuierlich aufrechterhalten wird. Es wird somit ein kontinuierlicher Strom hochentgasten Titans vorgesehen. Wenn nötig, kann dieses hochentgaste Titan innerhalb des Vakuums in Stangen oder Schmelzblöcken in einer ringförmigen Gussform analog der in Fig. l gezeigten Form gegossen werden. Anderseits können die Tropfen 54 des hochentgasten Titans durch eine Hochvakuumkammer fallen ge- lassen werden, wobei sie durch Strahlung ge- nügend Hitze verlieren und fest werden. Auf diese Art können Plätzchen von hochentgastem
Titan hergestellt werden.
Diese entgasten Plätz- chen können aus dem Vakuumsystem mit Hilfe einer üblichen Luftschleuse entfernt werden.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung. in ihren allgemeinen
Ausführungsformen keinesfalls auf die hierin beschriebenen und gezeigten besonderen Aus- führungsformen beschränkt sein soll und dass viele Abarten und Modifikationen der vor- liegenden Erfindung möglich sind, welche nicht von dem Grundgedanken der vorliegenden Er- findung abweichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontinuierliches Verfahren zum Entgasen von Metall durch Behandeln der Metallschmelze im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall kontinuierlich einer Vakuumkammer, in der ein Vorvakuum aufrechterhalten wird, zugeführt und darin geschmolzen wird, wobei es einen Teil der in ihm enthaltenen flüchtigen Substanzen abgibt und anschliessend ebenfalls kontinuierlich in eine Hochvakuumkammer übergeführt wird, in welcher es den Rest der flüchtigen Substanzen abgibt und anschliessend vergossen wird.