Ofen zum Behandeln von Metallschmelzen in Vakuum oder. in Schutzgasatmosphäre Die Vakuum- bzw. Schutz gasbehandlung von Metallschmelzen wird einerseits zur Vermeidung der Reaktion chemisch aktiver Legierungskomponenten mit der Ofenatmosphäre, anderseits zur Verschie bung der physikalisch-chemischen Gleichgewichte zwischen den im Einsatz homogen gelösten Gasen, den eventuell heterogen beigemischten Gas-Metall- Verbindungen und der Ofenatmosphäre und unter Umständen auch zur Abdestillation metallischer Ver- unreinigungen angewendet.
Einer breiteren Anwen- dunz der Vakuumschmelz- und Entgasungsverfahren Standen bis jetzt hauptsächlich zwei Hindernisse ent gegen: Diejenigen bekannten Vakuumschmelzöfen, mit denen eine sehr weitgehende Raffination der Schmelze durchgeführt werden konnte, wie zum Bei spiel Vakuuminduktionsschmelzöfen oder Elektro- nenstrahlöfen, hatten zu hohe Anlage- und Betriebs kosten, als dass sie für weniger hochwertige Metalle und Legierungen, wie zum Beispiel Kugellagerstähle, Transformatorenstähle, rostfreie Stähle,
Buntmetalle und Buntmetalleaierungen, hätten eingesetzt werden können. Billigere Entgasungsverfahren dagegen, z. B. dasjenige nach dem Prinzip der Giessstrahlentgasung, ermöglichen nur eine Teilentgasung, die im wesent lichen auf leichter entfernbare Gase, wie zum Bei spiel Wasserstoff. beschränkt ist. Dies ist aber nicht ausreichend, um bei den erwähnten Legierungen eine dem Aufwand entsprechende Qualitätsverbesserung zu erzielen.
Die wesentliche Ursache dafür ist, dass bei der Strahlentgasung die für die Entgasung zur Verfügung stehende Zeit zu kurz ist bzw. eine Ver- längeruna der Entgasungszeit zwangläufig mit so hohen Temperaturverlusten verknüpft wäre, dass ge eignete Beheizungsvorrichtungen notwendig würden, für die jedoch bis jetzt noch keine befriedigende Lö sung bekanntgeworden ist.
Davon ausgehend, hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, einen Ofen zu entwickeln. bei dem die Vakuum- bzw. Schutzgasbehandlung mit möglichst geringen Energieverlusten verknüpft ist, auf einfache Weise eine Energiezufuhr möglich ist und die Be handlungszeit nahezu beliebig variiert werden kann. wodurch eine so weitgehende Annäherung an die möglichen physikalisch-chemischen Gleichgewichte erreicht werden kann, als es für den betreffenden Fall notwendig erscheint. Der neue Ofen soll weiter hin die Möglichkeit bieten, die Geschwindigkeit der Entgasung gegenüber dem bisherigen zu erhöhen, so dass kurze Behandlungszeiten erreicht werden und durch die damit verbundene Erhöhung der Durch satzgeschwindigkeit sich eine wesentliche Senkung der Schmelzkosten ergibt.
Der erfindnungsgemässe Ofen zur Behandlung von Metallschmelzen im Vakuum oder in Schutz gasatmosphäre ist,insbesondere zum Entgasen oder Destillieren von Metallschmelzen geeignet. Er ist da durch gekennzeichnet, dass der die Schmelze auf nehmende Behälter um eine gegenüber der Verti kalen geneigte Achse drehbar ausgebildet ist.
Inwiefern ein solcher Ofen die -stellten Ziele erreichen lässt, wird aus der nachfolgenden Beschrei bung ersichtlich werden.
Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen eine ein fache Ausführungsform eines Ofens nach der Erfin dung. Darin bedeutet 1 einen die Schmelze aufneh menden, birnenförmigen Behälter, der um eine gegen über der Vertikalen geneigte Achse 2 drehbar ist. Zu diesem Zweck ist der Behälter an seinem unteren Ende mittels einer Welle 3 und eines Lagers 4 dreh bar gelagert und mit einem Antrieb, bestehend aus einem Motor 5 und einem Kettentrieb 6, versehen. Der Behälter 1 ist an seinem oberen Ende bei 7 verjüngt und mittels eines Wälzlagers 8 und einer vakuumdichten Drehdurchführung 9 drehbar und vakuumdicht an ein zylindrisches Kopfteil 10 ange schlossen.
Dieses Kopfteil 10, das auf einem Sockel 11 aufgebaut ist. besitzt einen Vakuumanschluss 12 und trägt weitere Hilfseinrichtungen, z. B. einen Stut zen 13, an den eine Materialzugabevorrichtung an geschlossen werden kann, und die elektrischen Licht bogenelektroden 14 und 15. welche in den Schmelz behälter 1 hineinragen. Den Elektroden 14 und 15 wird der Strom durch vakuumdichte Stromzuführun gen 16 und 17 zugeleitet.
Die Flansche 18 und 19 ermöglichen, eine rasche Verbindung der Trennung zwischen dem feststehen den Kopfteil 10 und dem drehbaren Behälter 1 her zustellen. Nach Lösung der Flanschverbindung 18, 19 kann der Behälter 1, der zusammen mit dem An trieb 5, 6 auf einem fahrbaren Gestell 20 aufgebaut ist, weggefahren und an beliebiger Stelle unter Nor maldruck abgegossen bzw. neu chargiert werden. Ein solches Verfahren ist insbesondere bei der Be handlung von Massenstählen oder Ferrolegierungen zweckmässig.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen die Fig. 3 und 4.. Der Aufbau des Schmelz behälters, die Antriebsvorrichtung und die drehbare Lagerung sind im wesentlichen gleich wie bei der vorbeschriebenen Anlage; entsprechende Teile sind mit _gestrichenen Bezugszeichen (1'-9') versehen. Der Unterschied gegenüber der erstbeschriebenen An- Jage besteht im wesentlichen darin, dass das Kopf teil 10' zusammen mit dem drehbar an dieses Kopf teil angeschlossenen Behälter 1' nunmehr um eine horizontale Achse 30 gekippt werden kann.
Dazu dienen die hohlen Achsstümpfe 31 und 32 des ge nannten Kopfteils, die in den Lagern 33 und 34 ruhen und an die über vakuumdichte Drehdurchfüh rungen 35 und 36 feststehende Vakuumkammern 37 und 38 (im Beispielsfalle als Rohrstutzen ausgebil det) angeschlossen sind. In den Fig. 3 und 4 ist der Schmelzbehälter gerade in Giessstellung gezeichnet. Normalerweise befindet er sich in der Stellung, wie sie in der Fig. 3 mit<B>l".</B> 2" angedeutet ist. Zum Kip pen des Schmelzbehälters können an sich bekannte Hebezeuge dienen, die in der Fig. 3 nicht dargestellt sind.
Die Kammer 37 nimmt eine Gussform auf, und' eine Giessrinne 39 dient dazu, die beim Kippen des Schmelzbehälters 1' über dessen Giessschnauze 40 entleerte Schmelze 41 aufzufangen und dem Giess trichter 42 zuzuleiten.
Der Hohlwellenstumpf 32 und die an ihn ange schlossene Kammer 38 bietet Raum für die Anord nung einer Förderrinne 43, mittels deren der Schmelz behälter I' auch unter Vakuum beschickt werden kann. Dazu wird auf die Förderrinne 43 das Be schickungsgut über eine Schleuse 44 aufgegeben. Der Achsstumpf 32 dient gleichzeitig als Evakuierungs- leitung. Für diesen Zweck weist die Kammer 38 einen Anschluss 45 an eine Vakuumpumpe auf.
Für die Öfen nach der Erfindung- wird vorzugs weise flüssiger Einsatz verwendet. Vor allem die weniger reaktionsfähigen Komponenten einer Le gierung können mit klassischen Methoden ausserhalb des Vakuums vorgeschmolzen und dann in den vor geheizten Behälter 1, t' unter Nortnaldruck einge bracht werden.
Nach E%al;uierun2- und eventueller Füllung mit Schutzas wird dann zunächst mit oder ohne Ni'ä rmezufuhr entgast oder raffiniert, und erst dann werden eventuell reaktionsfähigere Le-iertmgs- komponenten zugesetzt. Nlan erzielt auf diese Weise auch bei :Massenstählen Oualitäten, die bisher nur nach dem Induktionsschmelzverfahren hergestellt werden konnten.
Der Aufbau von Legierungen ist aber auch dadurch mö;lich, dass man. vom festen Zustand ausgehend, im Behälter 1 bzw. 1' auf schmilzt. Der Abguss kann darauf entweder unter Vakuum, unter Schutzgasatmosphäre oder auch an freier Atmosphäre erfolgen.
Die Beheizung des Behälters erfolgt in dem Aus führungsbeispiel durch einen Vakuumlichtbogen, des sen Elektroden 14, 15 bzw. 14', 15' verschiebbar durch die Öffnung des birnenförmigen Schmelzbehäl ters eingeführt werden können. Zur Stabilisierun- des Lichtbogens bei niedri_en Drucken ist es zweck mässig. durchbohrte Elektroden zu verwenden, durch die kontinuierlich ein schwacher Strom inerten Gases, z. B. Argon, in die Entladungsstrecke eingeführt werden kann.
Anstelle eines Lichtbogens können auch andere Beheizunasarten gewählt werden, wo bei die Ofenkonstruktion, bei welcher die Heizvor- richtungen stets im Innern des Schmelzbehälters ohne Berührung mit der Schmelze angeordnet werden kön nen, erlaubt, auch solche Heizkörper bzw. Heizvor- richtungen zu verwenden. die einer direkten Berüh rung mit der Schmelze nicht standhalten würden. Zum Beispiel können anstelle der Lichtbogenelektro- den Widerstandsheizkörper in den Schmelzbehälter hineinragen.
Besonders in Verbindung mit einer Schutzaasatmosphäre zur Beheizung der Schmelz badoberfläche gut geeignet ist auch das Plasma strahlverfahren insbesondere mit Hochfrequenz. Der Plasmastrahl, mit dem man Temperaturen bis zu 4000 C erreichen kann, wird hierbei durch die Öff nung des Schmelzbehälters 1, 1' hindurch gegen die Schmelzbadoberfläche Gerichtet. Die Plasmastrahl- kanone wird am Kopfteil befestigt und darf, da keine direkte Berührung mit der Schmelze stattfin det, auch in den Behälter hineinragen.
Das für den Plasmastrahl verwendete inerte Gas wird aus dem Behälter laufend abgesaugt und kann so, eventuell nach Reinigung, wieder der Plasmakanone zuführt werden, wodurch sich ein sehr sparsamer Betrieb ergibt.
Auch Heizung durch Elektronenbeschuss ist bei Öfen nach der Erfindung leicht durchführbar, wobei anstelle der gezeichneten Lichtbogenelektroden elek tronenemittierende Kathoden verwendet werden. während die Schmelze die Anode der Entladungs strecke bildet. Nach Einführung des Schmelzgutes und Evakuierun, wird der Schmelzbehälter in schräg gestellter Lage um seine Achse gedreht. Die Schmelze bildet dabeiCeine relativ grosse Oberfläche aus, die zudem durch die Mitnahme der infolge der Wandreibung dauernd erneuert wird. Durch ge eignete Massnahmen, z.
B. durch Rührbewegungen über einen eingeführten Rührer oder durch Durch leitung eines neutralen Gases, kann noch eine zusätz liche Bewegung erzeugt werden, wodurch die Ent gasung beschleunigt und eine rasche Durchmischung erreicht wird.
Diese Durchmischung kann noch da durch gefördert werden, dass man dem Schmelzbehäl ter 1, 1' einen ovalen Querschnitt senkrecht zur Drehachse gibt oder an der Innenwand feste Rippen einbaut, die sich mit dem Behälter mitdrehen. Durch die dauernde Überspülung der der Beheizung aus gesetzten freien Innenoberfläche des Schmelzbehäl ters wird dafür gesorgt, dass auch bei hoher Heiz- leistung keine thermische Überbeanspruchung der Auskleidung eintreten kann und eine wirkungsvolle Energieübertragung auch dann noch möglich ist,
wenn die Lichtbogenelektroden oder die sonstige Heizvor- richtung zur Vermeidung einer Erosion durch Sprit zer in grossem Abstand von der Badoberfläche an geordnet werden müssen.
Das einzige bekannte Vakuumschmelzverfahren, das eine gleich weitgehende Raffinationsmöglichkeit wie der erfindungsgemässe Ofen bietet, ist, wie er wähnt, das Vakuuminduktionsschmelzverfahren. Im Vergleich zu diesem besitzt der neue Ofen jedoch zusätzlich eine ganze Reihe entscheidender Vorteile: Ein erheblicher Unterschied besteht zunächst in den Investitionskosten. Zur Verringerung der Streufeld verluste und der Rostbildung durch Kondenswasser bildung ist es nämlich notwendig, den wassergekühl ten Kessel in der Regel aus hochwertigem, rostfreiem Stahl herzustellen.
Da auch bei Verwendung magne tischer Abschirmjoche zwischen Spule und Kessel noch ein gewisser Abstand zwischen Spule und Kes selwand vorhanden sein muss, ergibt sich ein im Vergleich zu erfindungsgemässen Öfen wesentlich grösseres Kesselvolumen mit entsprechend vergrösser tem Materialaufwand und langer Pumpzeit. Die In duktionsbeheizung durch Mittelfrequenz erfordert ausserdem umfangreichere und kostspieligere elek trische Einrichtungen als Lichtbogen- und Wider standsheizung, die bei dem Ofen nach der Erfindung möglich sind.
Wenn man ausserdem das Induktions- schmelzverfahren so ausbauen will, dass die Heizung und Rührung der Schmelze zugleich und unabhängig voneinander möglich sind, was wesentliche Vorteile bei der Schmelzführung bringt, ist eine zusätzliche Niederfreauenzspeisung der Ofenspule erforderlich, die ebenfalls erheblichen Aufwand mit sich bringt. Bei dem erfindungsgemässen Ofen dagegen ist die Möglichkeit gleichzeitigen Rührens und Heizens ohne weiteres gegeben.
Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Va kuumschmelz- und Entgasungsanlagen ist es, dass der die Schmelze aufnehmende Raum einen gut wärme- isolierten und nahezu allseits geschlossenen, weit gehend rotationssymmetrischen Behälter bilden kann, dessen Mantel die Abgrenzung gegenüber der Aussen atmosphäre darstellt. Daraus ergibt sich, dass die Beschränkung in der Tiegellebensdauer und das Risiko, das mit einem Tiegeldurchbruch beim In duktionsofen verbunden ist, beim Ofen nach der Er findung überwunden wurde. Beim Induktionsofen müssen relativ geringe Tiegelwandstärken verwendet werden, um einen befriedigenden Wirkungsgrad zu erzielen.
Die Folge sind hohe Temperaturgradien ten und starke Wärmespannungen im Tiegel, die besonders bei den meistens zur Verwendung gelan genden basischen Tiegelmaterialien mit relativ hohem Ausdehnungskoeffizienten zu den gefürchteten Tie- gelddurchbrüchen führen, die nicht nur zu einer Be schädigung der Anlage, sondern auch zum Verlust der Schmelze führen können. Bei dem neuen Ofen können dagegen wesentlich dickere Ofenfutter ver wendet werden, die viel niedrigere Wärmeverluste ergeben und auch grösseren thermischen Beanspru chungen gewachsen sind.
Auch wegen der günstigeren Geometrie (Annähe rung an die Kugelform) und der gleichmässigeren Erosion ist die Haltbarkeit und Stabilität des neuen Ofens grösser. Während man beim Induktionsofen aus Sicherheitsgründen gezwungen ist, das Ofenfut ter schon vor Ablauf der wirklichen Lebensdauer zu erneuern, kann man bei dem erfindungsgemässen Ofen abwarten, bis eine unzulässige Erwärmung der Aussenhaut eintritt und so die wahre Lebensdauer des wertvollen Futters voll ausnützen. Selbst wenn ein Riss im Futter auftritt, bedeutet das, im Gegensatz zum Induktionsofen, noch keine Gefährdung des Ofens oder der Charge.
Alle diese Gründe führen dazu, dass sowohl der Ausnützungsgrad des Ofen futters als auch der Ausnützungsgrad der Schmelz anlage als Ganzes infolge der geringeren Stillstands zeiten günstiger wird.
Die grössere thermische Widerstandsfähigkeit des Ofenfutters, die grössere Wandstärke und mechani sche Stabilität ermöglichen - auch erstmals die Be grenzung der Chargengrösse, die dem Induktionsofen eigen ist, zu überwinden. Der grösste Vakuum-Induk- tionsofen, der bis heute gebaut wurde, besitzt ein Einsatzgewicht von etwa 2 t Stahl. Eine weitere Ver grösserung wäre mit grossen Risiken verbunden ge wesen. Beim erfindungsgemässen Ofen besteht diese Begrenzung dagegen nicht, da die mechanische Sta bilität des die Schmelze aufnehmenden Futters so gut gewählt werden kann wie diejenige von Roh eisenmischern, die bekanntlich für Einsätze von meh reren 100 Tonnen gebaut werden.
Dabei ist diese. Erweiterung ohne Einbusse an Raffiqations- oder Legierungsmöglichkeiten möglich. Damit wird auch erstmalig die Möglichkeit geschaffen, Massenstähle und andere Legierungen der Technik, die in grossen Gewichtsmengen verarbeitet werden müssen, in den erforderlichen Einsatzgewichten unter Bedingungen im Vakuum zu behandeln, die eine weitgehendere Annäherung an die physikalisch-chemischen Gleich gewichte ermöglichen, als es bei den seither bekann ten Massenstahlentgasungsverfahren der Fall war.
Zur Unterstützung der Entgasung kann man von der an sich bekannten Entgasungswirkung eines durch die Schmelze geleiteten, neutralen Gasstromes Ge brauch machen. der durch die Vergrösserung der Austauschoberfläche zwischen Schmelze und Gas atmosphäre eine zusätzliche Beschleunigung des Ent- aasungsvorganges bewirkt.
Während bei den bekann ten Schmelz- und Entgasungsanlagen die Einleitung eines möglichst feinverteilten Gasstromes im prak tischen Betrieb zu erheblichen Komplikationen und Schwierigkeiten führt, da die verwendeten kerami schen Formteile grossen thermischen und chemischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, lässt sich dieses Gasspülverfahren in Verbindung mit dem Ofen nach der Erfindung in sehr betriebssicherer und einfacher Weise verwirklichen.
Es genügt, an einer Stelle des Ofenfutters, die im Verlauf der Drehbewegung des Schmelzbehälters an die tiefste Stelle des Bades ge langen kann, einen einfachen Formstein aus Kera mik, die zahlreiche feine Bohrungen enthält oder porös gesintert ist, so einzubauen. dass die Rückseite mit einer durch den Aussenmantel geführten Gas zuleitung in Verbindung steht. Bevor man mit der Gasspülung beginnt, bringt man zunächst die poröse Stelle im Ofenfutter an den obersten Punkt ihrer Kreisbewegung. Man öffnet dann die Zufuhr und dreht den Kessel um 90'. bis diese Stelle ihren tief sten Punkt erreicht hat und der Gasstrom eine mög lichst grosse Badtiefe durchspülen kann.
Auf diese Weise wird das etwaige vorherige Eindringen der Schmelze in die Öffnungen der Poren vermieden und das Problem der Einführung einer nicht genügend vorgewärmten keramischen Gaszuleitung umgangen.
Durch die gute Wärmeisolation des Ofens ist der Energieaufwand. der zur Aufrechterhaltung der Tem peratur der Schmelze nötig ist, ausserordentlich nied rig. Dadurch ergibt sich eine geringe Heizleistung und damit eiri sehr geringer Abbrand bzw. Verdamp- fungsverlust der Heizelektroden. besonders wenn mit flüssigem Einsatz gearbeitet -wird.
Trotz des gerin gen Energieaufwandes erhält man eine bessere Raf- finationswirkung als beim Induktionsofen, da die Wärmeentwicklung vorwiegend auf die Badober- fläche konzentriert ist und die Zersetzung von Schlak- ken, die sich durch Flotation auf der Badoberfläche ansammeln, begünstigt wird.
Die beschriebenen Anlagen eignen sich nicht nur zur Entgasung von Schmelzen, sondern sie können auch für die Abdestillation von Legierungskomponen ten. wie sie zum Beispiel bei der Aufarbeitung von Leichtmetall-. und Buntmetallabfällen erforderlich ist, eingesetzt werden. Es ist dann nur nötig, einen ge eigneten Kondensator am Kopfteil 10, 10' der An lage anzuordnen. Das Einfüllen des flüssigen Ein satzes und das Ablassen des Rückstandes kann in diesem Falle zweckmässig über ein und dieselbe, mit einem gekühlten Schieber versehenen Öffnung 21 im Boden des Behälters 1 erfolgen, die sich beim Ein füllen an der Oberseite und beim Ablassen an der Unterseite befindet.
Furnace for treating molten metal in vacuum or. In a protective gas atmosphere The vacuum or protective gas treatment of metal melts is used, on the one hand, to avoid the reaction of chemically active alloy components with the furnace atmosphere, and, on the other hand, to shift the physical-chemical equilibrium between the homogeneously dissolved gases in use, the possibly heterogeneously admixed gas-metal compounds and the furnace atmosphere and possibly also to distill off metallic impurities.
Up until now, there have mainly been two obstacles to a broader application of vacuum melting and degassing processes: Those known vacuum melting furnaces with which a very extensive refining of the melt could be carried out, such as vacuum induction melting furnaces or electron beam furnaces, had too high a system load. and operating costs, rather than having to pay for less high-quality metals and alloys, such as ball bearing steels, transformer steels, stainless steels,
Non-ferrous metals and non-ferrous metal alloys could have been used. In contrast, cheaper degassing processes, e.g. B. the one based on the principle of Giessstrahlentgasung, only allow partial degassing, which in wesent union on more easily removable gases, such as for example hydrogen. is limited. However, this is not sufficient to achieve a quality improvement corresponding to the effort involved in the alloys mentioned.
The main reason for this is that the time available for the degassing is too short with the jet degassing or an increase in the degassing time would inevitably be associated with such high temperature losses that suitable heating devices would be necessary, for which, however, until now no satisfactory solution has become known.
Based on this, the invention has set itself the goal of developing a furnace. in which the vacuum or protective gas treatment is linked with the lowest possible energy losses, an energy supply is possible in a simple manner and the treatment time can be varied almost as desired. as a result, as close as possible to the possible physical-chemical equilibria can be achieved as is necessary for the case in question. The new furnace should also offer the possibility of increasing the speed of degassing compared to the previous one, so that short treatment times can be achieved and the associated increase in throughput speed results in a significant reduction in melting costs.
The furnace according to the invention for treating metal melts in a vacuum or in a protective gas atmosphere is particularly suitable for degassing or distilling metal melts. It is characterized in that the container receiving the melt is designed to be rotatable about an axis inclined with respect to the vertical.
To what extent such a furnace can achieve the objectives set will become apparent from the following description.
1 and 2 of the drawings show a simple embodiment of a furnace according to the invention. Therein, 1 means a pear-shaped container which receives the melt and is rotatable about an axis 2 inclined with respect to the vertical. For this purpose, the container is rotatably mounted at its lower end by means of a shaft 3 and a bearing 4 and is provided with a drive consisting of a motor 5 and a chain drive 6. The container 1 is tapered at its upper end at 7 and by means of a roller bearing 8 and a vacuum-tight rotary feedthrough 9 rotatable and vacuum-tight to a cylindrical head part 10 is closed.
This head part 10, which is built on a base 11. has a vacuum connection 12 and carries other auxiliary equipment, e.g. B. a Stut zen 13, to which a material dispensing device can be closed, and the electric arc electrodes 14 and 15 which protrude into the melting container 1. The electrodes 14 and 15 are supplied with the current through vacuum-tight Stromzuführun conditions 16 and 17.
The flanges 18 and 19 enable a quick connection of the separation between the fixed head part 10 and the rotatable container 1 to make up. After releasing the flange connection 18, 19, the container 1, which is built together with the drive 5, 6 on a mobile frame 20, moved away and poured or recharged at any point under normal pressure. Such a method is particularly useful when treating bulk steels or ferro-alloys.
A second embodiment of the invention, FIGS. 3 and 4 .. The structure of the melting container, the drive device and the rotatable bearing are essentially the same as in the above-described system; Corresponding parts are provided with primed reference numerals (1'-9 '). The difference compared to the first described approach is essentially that the head part 10 ′ can now be tilted about a horizontal axis 30 together with the container 1 ′ rotatably connected to this head part.
For this purpose, the hollow stub axles 31 and 32 of the ge called head part, which rest in the bearings 33 and 34 and are connected to the vacuum-tight rotary feedthroughs 35 and 36 fixed vacuum chambers 37 and 38 (in the example as a pipe socket ausgebil det). In FIGS. 3 and 4, the melting container is drawn straight in the casting position. Normally it is in the position as indicated in FIG. 3 with <B> 1 ". </B> 2". To Kip pen the melting container can be used per se known hoists, which are not shown in FIG.
The chamber 37 accommodates a casting mold, and a pouring channel 39 is used to collect the melt 41 emptied via its pouring spout 40 when the melting container 1 'is tilted and to convey it to the pouring funnel 42.
The hollow shaft stub 32 and the chamber 38 attached to it provides space for the arrangement of a conveyor trough 43, by means of which the melting container I 'can also be charged under vacuum. For this purpose, the loading material is placed on the conveyor trough 43 via a lock 44. The stub axle 32 also serves as an evacuation line. For this purpose, the chamber 38 has a connection 45 to a vacuum pump.
For the ovens according to the invention, liquid use is preferred. In particular, the less reactive components of an alloy can be premelted outside the vacuum using conventional methods and then introduced into the preheated container 1, t 'under normal pressure.
After the aluminum has been filled and possibly filled with protective gas, degassing or refining is then carried out with or without supply of heat, and only then are any more reactive alloy components added. In this way, Nlan also achieves qualities in: Bulk steels that could previously only be produced using the induction melting process.
However, the structure of alloys is also possible by starting from the solid state, melts in container 1 or 1 '. The casting can then take place either under vacuum, under a protective gas atmosphere or in a free atmosphere.
The heating of the container is carried out in the exemplary embodiment from a vacuum arc, the sen electrodes 14, 15 or 14 ', 15' can be slidably inserted through the opening of the pear-shaped Schmelzbehäl age. It is useful to stabilize the arc at low pressures. to use pierced electrodes through which a weak stream of inert gas, e.g. B. argon, can be introduced into the discharge path.
Instead of an electric arc, other types of heating can also be selected, where the furnace construction, in which the heating devices can always be arranged inside the melting container without touching the melt, also allows such heating elements or heating devices to be used. which would not withstand direct contact with the melt. For example, instead of the arc electrodes, resistance heating elements can protrude into the melting container.
The plasma jet process, in particular with high frequency, is particularly well suited in connection with a protective atmosphere for heating the melt bath surface. The plasma jet, with which temperatures up to 4000 C can be reached, is directed through the opening of the melting container 1, 1 'against the surface of the melting bath. The plasma jet cannon is attached to the head part and, since there is no direct contact with the melt, it may also protrude into the container.
The inert gas used for the plasma jet is continuously sucked out of the container and can thus, possibly after cleaning, be fed back to the plasma cannon, which results in very economical operation.
Heating by electron bombardment can also easily be carried out in furnaces according to the invention, with electron-emitting cathodes being used instead of the arc electrodes shown. while the melt forms the anode of the discharge path. After the melting material has been introduced and evacuated, the melting container is rotated around its axis in an inclined position. The melt does not form a relatively large surface, which is also constantly renewed by the entrainment of the wall friction. By suitable measures, e.g.
B. by stirring movements via an introduced stirrer or by passing through a neutral gas, an additional Liche movement can be generated, whereby the Ent gassing accelerated and rapid mixing is achieved.
This mixing can be promoted by the fact that the Schmelzbehäl ter 1, 1 'is given an oval cross-section perpendicular to the axis of rotation or fixed ribs are built into the inner wall that rotate with the container. The constant overflushing of the exposed inner surface of the melting container, which is exposed to heating, ensures that the lining cannot be overstressed even with high heating power and that an effective energy transfer is still possible,
if the arc electrodes or other heating device have to be arranged at a large distance from the bath surface in order to avoid erosion caused by splashes.
The only known vacuum melting process which offers the same extensive refining option as the furnace according to the invention is, as he mentioned, the vacuum induction melting process. Compared to this, however, the new furnace also has a number of decisive advantages: First of all, there is a considerable difference in the investment costs. To reduce the stray field losses and the formation of rust through condensation, it is necessary to manufacture the water-cooled boiler from high-quality, stainless steel.
Since a certain distance between the coil and the boiler wall must be present between the coil and the boiler even with the use of magnetic shielding yokes, the boiler volume is significantly larger compared to the ovens according to the invention, with a correspondingly increased cost of materials and a long pumping time. The in duktionsbeheiz by medium frequency also requires more extensive and more expensive elec tric facilities than arc and resistance heating, which are possible in the furnace according to the invention.
If one also wants to expand the induction melting process in such a way that the heating and stirring of the melt are possible simultaneously and independently of one another, which brings significant advantages in the melting process, an additional low-frequency feed of the furnace coil is required, which also involves considerable effort. In the case of the furnace according to the invention, on the other hand, the possibility of simultaneous stirring and heating is readily given.
A major advantage of the vacuum melting and degassing systems described is that the space accommodating the melt can form a well thermally insulated and largely rotationally symmetrical container, which is closed almost on all sides and whose jacket is the demarcation from the outside atmosphere. It follows that the limitation in the crucible service life and the risk associated with a crucible breakthrough in the induction furnace has been overcome in the furnace according to the invention. In the induction furnace, relatively small crucible wall thicknesses have to be used in order to achieve a satisfactory level of efficiency.
The result is high temperature gradients and strong thermal stresses in the crucible, which, especially in the case of the basic crucible materials with relatively high expansion coefficients, which are mostly used, lead to the dreaded crucible breakthroughs, which not only damage the system but also lead to loss of the Can lead to melt. With the new furnace, on the other hand, much thicker furnace linings can be used, which result in much lower heat losses and can also withstand greater thermal stresses.
Also because of the more favorable geometry (approximation to the spherical shape) and the more even erosion, the durability and stability of the new furnace is greater. While one is forced to replace the furnace lining before the end of the actual service life with induction ovens for safety reasons, one can wait with the oven according to the invention until an inadmissible heating of the outer skin occurs and so the real service life of the valuable lining can be fully utilized. In contrast to induction ovens, even if there is a crack in the feed, this does not endanger the oven or the batch.
All of these reasons mean that both the degree of utilization of the furnace lining and the degree of utilization of the melting plant as a whole are more favorable due to the shorter downtimes.
The greater thermal resistance of the oven lining, the greater wall thickness and mechanical stability make it possible for the first time to overcome the limitation of the batch size inherent in the induction oven. The largest vacuum induction furnace that has been built to date has an operating weight of around 2 t of steel. Any further expansion would have entailed great risks. In the furnace according to the invention, however, this limitation does not exist, since the mechanical stability of the feed receiving the melt can be selected as well as that of raw iron mixers, which are known to be built for uses of several 100 tons.
Here is this. Expansion possible without sacrificing refining or alloying options. This also creates the possibility for the first time to treat bulk steels and other technical alloys that have to be processed in large quantities at the required operating weights under conditions in a vacuum that allow a closer approximation to the physical-chemical equilibrium than with the mass steel degassing process known since then was the case.
To support the degassing you can make use of the known degassing effect of a neutral gas flow passed through the melt. which by enlarging the exchange surface between the melt and the gas atmosphere causes an additional acceleration of the degassing process.
While in the known melting and degassing systems the introduction of the finest possible gas flow in practical operation leads to considerable complications and difficulties, since the ceramic moldings used are exposed to great thermal and chemical stresses, this gas purging process can be used in conjunction with the furnace Realize the invention in a very reliable and simple manner.
It is sufficient to install a simple molded stone made of Kera mik that contains numerous fine bores or is porous sintered at one point of the furnace lining, which can ge long in the course of the rotary movement of the melting container to the deepest point of the bath. that the rear side is connected to a gas feed line passed through the outer jacket. Before starting the gas purging, first bring the porous area in the furnace lining to the topmost point of its circular movement. Then open the feed and turn the kettle 90 '. until this point has reached its lowest point and the gas flow can flush the greatest possible bath depth.
In this way, any previous penetration of the melt into the openings of the pores is avoided and the problem of the introduction of an insufficiently preheated ceramic gas supply line is avoided.
Due to the good heat insulation of the furnace, the energy expenditure. which is necessary to maintain the temperature of the melt, extremely low. This results in a low heating output and thus very little burn-off or evaporation loss of the heating electrodes. especially when working with liquid input.
Despite the low energy consumption, a better refining effect is obtained than with the induction furnace, since the heat development is mainly concentrated on the bath surface and the decomposition of slag that collects on the bath surface through flotation is favored.
The systems described are not only suitable for degassing melts, but they can also be used for distilling off alloy components, such as those used, for example, in the processing of light metal. and non-ferrous metal waste is required. It is then only necessary to arrange a suitable capacitor on the head part 10, 10 'of the location. The filling of the liquid A rate and the draining of the residue can be done in this case expediently via one and the same, provided with a cooled slide opening 21 in the bottom of the container 1, which is when filling A on the top and draining on the bottom .