DE102006005682A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung - Google Patents

Abstract

Um eine durch wenige Verunreinigungen belastete Schmelze auf eine ausreichende Gießtemperatur zu bringen, wird die Kombination eines Kaltschmelztiegels 1 mit einem Graphittiegel 2 vorgesehen. Die Metalllegierung (Metall) wird im Kaltschmelztiegel 1 zunächst geschmolzen und auf eine Übergangstemperatur gebracht, die Bauart bedingt begrenzt ist. Die Schmelze wird sodann in einen Graphit- oder Keramiktiegel 2 überführt und dort auf die notwendige Gießtemperatur gebracht. Um die Schmelze zu überführen, kann der Kaltschmelztiegel 1 mit einem Bodenablauf 4 versehen sein.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung und zum anschließenden Erhitzen der Schmelze.
• Wenn im weiteren von Metalllegierungen die Rede ist, gilt das in gleicher Weise auch für reine Metalle. Der Begriff Metalllegierung soll also sowohl Metalle als auch Legierungen im eigentlichen Sinne umfassen.
• Um Metalllegierungen zu schmelzen, haben sich Kaltwandtiegel, auch Kaltschmelztiegel genannt, durchgesetzt. Der Tiegel besteht dabei aus voneinander beabstandeten, extrem gekühlten Wandsegmenten, auch Palisaden genannt, so dass das Magnetfeld von um den Tiegel angeordneten, Hochsequenz-Induktionsspulen dafür sorgt, dass die Schmelze frei schwebend im Tiegel gehalten wird. Es findet somit kein Kontakt der Schmelze zu den Wandungen statt, so dass Verunreinigungen des geschmolzenen Metalls sehr gering sind. Ein Kaltschmelztiegel dieser Art ist zum Beispiel in der EP 0 345 542 oder in der DE 100 42 151 A1 beschrieben.
• Aufgrund der speziellen Funktionsweise dieser Tiegel ist aber die erreichbare Überhitzung der Schmelze begrenzt, so dass die Schmelze nicht auf Temperaturen gebracht werden kann, die für bestimmte Gießprozesse notwendig sind. Eine Hochtemperaturschmelze ist z. B. zum Gießen stark verästelter Formen notwendig. Diese Temperaturen könnten zwar in Graphit- oder Keramiktiegeln erreicht werden.
• Diese Tiegel haben aber den Nachteil, dass Verunreinigungen der Schmelze zu groß werden können.
• Die Erfindung beruht somit auf dem Problem, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, Schmelzen hoher Reinheit herzustellen, die eine Temperatur aufweisen, die deutlich über der Schmelztemperatur liegt.
• Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass die Vorrichtung aus einem Kaltschmelztiegel und einem Graphit- oder Keramiktiegel besteht sowie einer Einrichtung zum Überführen der Schmelze im Kaltschmelztiegel in den Graphit- oder Keramiktiegel.
• Mit einer derartigen Kombination lässt sich ein Verfahren durchführen, bei dem eine Metalllegierung (Metall) im festen Aggregatzustand in den Kaltschmelztiegel eingebracht wird. Anschließend wird durch den Betrieb des Kaltschmelztiegels eine Schmelze aus der Metalllegierung erzeugt, deren Temperatur zwar über der Schmelztemperatur liegt, nicht aber ausreicht, um die Schmelze für bestimmte Gießprozesse zu nutzen. In einem nächsten Schritt wird die Schmelze in den Graphit- oder Keramiktiegel überführt und dort weiter bis auf die vorgegebene Gießtemperatur erhöht, die deutlich über der Temperatur liegt, die Bauart bedingt im Kaltschmelztiegel erreicht werden könnte.
• Die Überführung der Schmelze kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die einfachste Methode besteht darin, den Graphit- oder Keramiktiegel unterhalb des Kaltschmelztiegels anzuordnen und die Schmelze über einen Ablauf im Boden des Kaltschmelztiegels in den Graphit- oder Keramiktiegel ablaufen zu lassen.
• Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Kaltschmelztiegel kippbar zu lagern und durch Kippen des Tiegels die Schmelze in den Graphit- oder Keramiktiegel zu überführen.
• Eine dritte Möglichkeit besteht darin, eine in den Kaltschmelztiegel eintauchende Leitung vorzusehen, über die die Schmelze durch Pumpen oder Heberwirkung in den Graphit- oder Keramiktiegel überführt wird.
• Die Temperatur, bei der die Übergabe der Schmelze erfolgt, die so genannte Übergabetemperatur, wird nun so abgestimmt, dass die Verweildauer der Schmelze im Graphit- oder Keramiktiegel, die notwendig ist, die Schmelze von der Übergabetemperatur auf die notwendige Gießtemperatur zu erhöhen, möglichst klein ist. Auf diese Weise kann auch die Verunreinigung im Graphit- oder Keramiktiegel, die nicht ganz zu vermeiden ist, möglichst gering bleiben.
• Die Übergabetemperatur kann aber auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten abgestimmt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Betrieb des Kaltschmelztiegels deutlich teurer ist als der des Graphit- oder Keramiktiegels. Unter Inkaufnahme einer verringerten Übergabetemperatur, wird die Verweildauer im Graphit- oder Keramiktiegel derart verlängert, dass die auftretenden Verunreinigungen eine vorgegebene Schwelle nicht übersteigen.
• Zur Verdeutlichung der Erfindung wird im Folgenden anhand dreier Ausführungsbeispiele die Erfindung näher erläutert. Dazu zeigt:
• 1 eine erste Ausführungsform,
• 2 eine zweite Ausführungsform,
• 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
• In jeder der Ausführungsformen ist ein Kaltschmelztiegel 1 und ein Graphit- oder Keramiktiegel 2 vorgesehen.
• Der Kaltschmelztiegel 1 ist von einer Hochfrequenzinduktionsspule 3 umgeben.
• Weitere Vorrichtungen, die zum Schmelzen bzw. zum Erhitzen notwendig sind, sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
• Die Übergabe der Schmelze an den Graphit- oder Keramiktiegel 2 kann nun in verschiedenen Formen realisiert werden. Gemäß 1 besitzt der Kaltschmelztiegel 1 einen Bodenablauf 4. Der Graphit- oder Keramiktiegel 2 befindet sich unmittelbar unter dem Kaltschmelztiegel 1, so dass durch Öffnen des Bodenablaufs 4 die Schmelze in den Graphit- oder Keramiktiegel 2 einströmen kann.
• Gemäß der Ausführung nach 2 ist der Kaltschmelztiegel 1 kippbar gelagert, so dass die Schmelze über eine Schnute 5 ablaufen kann.
• Gemäß der Ausführung nach 3 ist eine Leitung 6 vorgesehen, die durch die obere Öffnung des Kaltschmelztiegels 1 in die Schmelze eintaucht und mit ihrem anderen Ende im Graphit- oder Keramiktiegel 2 endet. Durch eine nicht dargestellte Pumpe bzw. über eine Heberwirkung kann die Schmelze durch die Leitung 6 in den Graphit- oder Keramiktiegel 2 überführt werden.

1

Kaltschmelztiegel

2

Graphit- oder Keramiktiegel

3

Hochfrequenz-Induktionsspule

4

Bodenablauf

5

Schnute

6

Leitung

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung zum Erhitzen der Schmelze, bestehend aus einem Kaltschmelztiegel (1) und einem Graphit- oder Keramiktiegel (2) sowie einer Einrichtung zum Überführen der Schmelze im Kaltschmelztiegel in den Graphit- oder Keramiktiegel.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltschmelztiegel (1) über dem Graphit- oder Keramiktiegel (2) angeordnet ist und über einen Bodenablauf (4) verfügt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltschmelztiegel (1) um eine Querachse kippbar in einem Gestell gelagert ist, seitlich über dem Graphit- oder Keramiktiegel (2) angeordnet ist und über eine Gießschnute (5) verfügt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überführen der Schmelze in den Graphit- oder Keramiktiegel (2) eine mit dem Graphit- oder Keramiktiegel (2) in Verbindung stehende Leitung (6) vorgesehen ist, die mittels einer verstellbaren Halterung in den Kaltschmelztiegel (1) eintauchbar ist.
5. Verfahren zum Erzeugen einer gießfähigen Schmelze mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 mit den folgenden Schritten: Einbringen eines Metalls oder einer Metalllegierung im festen Aggregatzustand in den Kaltschmelztiegel, Schmelzen des Metalls oder der Metalllegierung im Kaltschmelztiegel, Überführen der im Kaltschmelztiegel vorhandenen Schmelze in den Graphit- oder Keramiktiegel und Erhitzen der Schmelze im Graphit- oder Keramiktiegel bis auf eine vorgegebene Gießtemperatur.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze vor der Überführung eine Temperatur aufweist, die nur wenig über der Schmelztemperatur des verwendeten Materials liegt.