DE102010049033A1

DE102010049033A1 - Process for the production of titanium blanks

Info

Publication number: DE102010049033A1
Application number: DE102010049033A
Authority: DE
Inventors: Johannes Finkenberg
Original assignee: RST GmbH
Current assignee: RST GmbH
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-04-26
Also published as: DE212011100158U1; WO2012052089A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen durch Schmelzen, wobei ein länglicher Ingot (2) bestehend aus einer Titanlegierung insbesondere zur Erhöhung der Legierungshomogenität in mindestens einem Umschmelzschritt (3) in mindestens einem Schmelztiegel umgeschmolzen wird. Es wird vorgeschlagen, dass in einem Reinigungsschritt (4) die Oberfläche des Ingots (2) und/oder die Oberfläche der Innenseite des Schmelztiegels vor mindestens einem Umschmelzschritt (3) mit mindestens einem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage (6), insbesondere einer Hochdruck-Wasserstrahlanlage (6), derart bearbeitet wird bzw. werden, dass jeweils eine Oberflächenschicht (7) des Ingots (2) selbst bzw. der Innenseite des Schmelztiegels selbst abgetragen wird.The invention relates to a process for producing titanium blanks by melting, wherein an elongated ingot (2) consisting of a titanium alloy, in particular for increasing the homogeneity of the alloy, is remelted in at least one remelting step (3) in at least one crucible. It is proposed that in a cleaning step (4), the surface of the ingot (2) and / or the surface of the inside of the crucible before at least one Umschmelzschritt (3) with at least one high-pressure liquid jet (5) of a high-pressure liquid jet plant (6). , in particular a high-pressure water jet system (6), is or are processed such that in each case a surface layer (7) of the ingot (2) itself or the inside of the crucible itself is removed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage zur Durchführung des obigen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.The present invention relates to a process for the production of titanium blanks according to the preamble of claim 1 and to a high-pressure liquid blasting plant for carrying out the above process according to the preamble of claim 10.

Die meisten bekannten Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen gliedern sich in zwei hintereinander ablaufende Verfahrensabschnitte.Most known processes for the production of titanium blanks are subdivided into two consecutive process sections.

Der erste Verfahrensabschnitt dient der Erzeugung eines sogenannten Titanschwammes. Dabei wird regelmäßig Titandioxid zusammen mit Chlor erhitzt und unter Verwendung von flüssigem Magnesium zu einem Titanschwamm aufbereitet. Dieser Verfahrensabschnitt ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung und wird daher nicht weiter diskutiert.The first process section is used to produce a so-called titanium sponge. Titanium dioxide is regularly heated together with chlorine and processed into a titanium sponge using liquid magnesium. This section of the method is of minor importance to the present invention and will therefore not be discussed further.

In einem nachfolgenden Verfahrensabschnitt wird der Titanschwamm, gegebenenfalls nach einem Pressschritt, mit Legierungsanteilen in einem vorbestimmten Mengenverhältnis zu einem sogenannten „Ingot” geschmolzen.In a subsequent process section, the titanium sponge, optionally after a pressing step, with alloying proportions in a predetermined ratio to a so-called "ingot" is melted.

Bei dem bekannten Verfahren ( DE 198 52 747 A1 ), von dem die Erfindung ausgeht, wird der Ingot zur Erhöhung der Legierungshomogenität in mindestens einem Umschmelzschritt in einem Schmelztiegel umgeschmolzen.In the known method ( DE 198 52 747 A1 ), from which the invention proceeds, the ingot is remelted in at least one remelting step in a crucible in order to increase the alloy homogeneity.

Die EP 0 479 757 B1 zeigt ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen, wobei vor dem Umschmelzschritt eine Oberflächenbearbeitung bzw. -reinigung des Ingots vorgesehen ist.The EP 0 479 757 B1 shows a similar process for the production of titanium blanks, wherein before the remelting step, a surface treatment or cleaning of the ingot is provided.

Der Reinigung des Ingots vor dem Umschmelzschritt kommt für die Reduzierung von Verunreinigungen innerhalb der Titanlegierung sowie für die Legierungshomogenität besondere Bedeutung zu.The cleaning of the ingot before the remelting step is of particular importance for the reduction of impurities within the titanium alloy as well as for the homogeneity of the alloy.

Es ist bekannt, dass die sich im Bereich der Oberfläche des Ingots ablagernden Verunreinigungen eine hohe mechanische Stabilität aufweisen. Daher hat es sich durchgesetzt, den Ingot vor einem Umschmelzschritt einer Drehbearbeitung zu unterziehen. Angesichts der Tatsache, dass die in Rede stehenden Ingots mehrere Meter lang und entsprechend von erheblichem Gewicht sind, stellt dies ganz besondere Anforderungen an die benötigte Drehmaschine. Ferner ist die für die Oberflächenbearbeitung benötigte Zeit beträchtlich und beträgt regelmäßig mehr als 10 Stunden. Eine Beschleunigung des Reinigungsschritts ist nur in begrenztem Maße möglich, da der Eingriff des Drehstahls mit der Oberfläche des Ingots zu einer Wärmeentwicklung führt, die durch Kühlmittel nur in entsprechend begrenztem Maße abgeführt werden kann.It is known that the impurities depositing in the area of the surface of the ingot have a high mechanical stability. Therefore, it has become common practice to subject the ingot to a turning operation prior to a remelting step. Given that the ingots in question are several meters long and correspondingly of considerable weight, this places very special demands on the lathe needed. Furthermore, the time required for surface treatment is considerable and regularly exceeds 10 hours. An acceleration of the cleaning step is only possible to a limited extent, since the engagement of the rotary steel with the surface of the ingot leads to a development of heat that can be dissipated by coolant only to a correspondingly limited extent.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, dass sowohl die Qualität als auch die Geschwindigkeit des Reinigungsschritts erhöht werden.The invention is based on the problem of developing the known method such that both the quality and the speed of the cleaning step are increased.

Das obige Problem wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.The above problem is solved in a method according to the preamble of claim 1 by the features of the characterizing part of claim 1.

Wesentlich ist die Erkenntnis, dass in dem einem Umschmelzschritt vorgelagerten Reinigungsschritt eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage, insbesondere eine Hochdruck-Wasserstrahlanlage, Einsatz finden kann. Durch den guten Wärmeabtransport läßt sich die Geschwindigkeit der Reinigung beträchtlich erhöhen.It is essential to recognize that a high-pressure liquid jet system, in particular a high-pressure water jet system, can be used in the cleaning step preceding a remelting step. Due to the good heat dissipation, the speed of cleaning can be increased considerably.

Es hat sich ferner in Versuchen gezeigt, dass sich durch die Verwendung eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls die Qualität der Reinigung steigern lässt. Dies liegt unter anderem daran, dass auch in die Titanlegierung eingebettete Verunreinigungen, die erst nach dem Abtrag einer Oberflächenschicht mittels des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl zu Tage treten, durch die Energie des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls aus der Titanlegierung herausgelöst werden.It has also been shown in experiments that the quality of the cleaning can be increased by the use of a high-pressure liquid jet. One of the reasons for this is that impurities embedded in the titanium alloy, which only become visible after the removal of a surface layer by means of the high-pressure liquid jet, are dissolved out of the titanium alloy by the energy of the high-pressure liquid jet.

Es ist weiter erkannt worden, dass alternativ oder zusätzlich ein Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl genutzt werden kann, um die Innenseite des jeweiligen Schmelztiegels wie oben im Zusammenhang mit dem Ingot erläutert zu reinigen. Auch hier lässt sich der Abtrag einer metallischen Oberflächenschicht schnell bei hoher Reinigungsqualität realisieren.It has further been recognized that alternatively or additionally, a high-pressure liquid jet can be used to clean the inside of the respective crucible as explained above in connection with the ingot. Again, the removal of a metallic surface layer can be realized quickly with high cleaning quality.

Vorschlagsgemäß ist die Anordnung so getroffen, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl eine hinreichende Bewegungsenergie aufweist, um den Abtrag einer Oberflächenschicht des Ingots selbst und/oder der Innenseite des Schmelztiegels selbst bewirken zu können. Bevorzugte Auslegungen hierfür sind in Anspruch 2 angegeben.According to the proposal, the arrangement is such that the at least one high-pressure liquid jet has sufficient kinetic energy to be able to effect the removal of a surface layer of the ingot itself and / or the inside of the crucible itself. Preferred interpretations thereof are given in claim 2.

Mit der Formulierung ”des Ingots 2 selbst” bzw. ”des Schmelztiegels selbst” soll klargestellt werden, dass hiermit der Abtrag einer Oberflächenschicht gemeint ist, die nicht auf Ablagerungen zurückgeht, sondern auf einen Abtrag des Ingotmaterials bzw. des Schmelztiegelmaterials. Mit diesem Abtrag geht selbstredend auch der Abtrag von Ablagerungen einher.With the wording "of the ingot 2 itself "or" of the crucible itself "should be clarified that hereby the removal of a surface layer is meant, which is not due to deposits, but on a removal of the ingot material or the crucible material. Of course, this removal is accompanied by the removal of deposits.

Um die Ergebnisse während des Reinigungsschritts weiter zu optimieren, ist es gemäß Anspruch 5 vorgesehen, dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl ein Abrasivmaterial wie Quarzsand oder dergleichen beizumischen. Dieser Quarzsand wird mit der übrigen Flüssigkeit auf einfache Weise weggespült.In order to further optimize the results during the cleaning step, it is provided according to claim 5, the high-pressure liquid jet To mix abrasive material such as quartz sand or the like. This quartz sand is easily washed away with the remaining liquid.

Der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl wird weiter vorzugsweise gemäß Anspruch 6 in einer Variante auf die im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche des Ingots gerichtet. Dabei können gemäß Anspruch 7 unterschiedliche Winkel zwischen dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl und der jeweiligen Oberfläche vorteilhaft sein. In besonders bevorzugter Ausgestaltung steht der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl im Wesentlichen senkrecht auf der jeweiligen Oberfläche. Damit haben sich für den vorschlagsgemäßen Reinigungsschritt die besten Ergebnisse gezeigt.The at least one high-pressure liquid jet is further preferably directed according to claim 6 in a variant on the substantially cylindrical outer surface of the ingot. In this case, according to claim 7, different angles between the high-pressure liquid jet and the respective surface may be advantageous. In a particularly preferred embodiment, the high-pressure liquid jet is substantially perpendicular to the respective surface. Thus, the best results have been shown for the proposed cleaning step.

Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 10, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage zur Durchführung des obigen, vorschlagsgemäßen Verfahrens beansprucht.According to another teaching according to claim 10, which also belongs to independent significance, a high-pressure liquid jet apparatus for carrying out the above, proposed method is claimed.

Wesentlich ist, dass mindestens eine Hochdruckdüse zur Erzeugung des mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls vorgesehen ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl wie oben erläutert im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Ingots bzw. des Schmelztiegels gerichtet ist.It is essential that at least one high-pressure nozzle is provided for generating the at least one high-pressure liquid jet, the arrangement being such that the at least one high-pressure liquid jet is directed substantially perpendicular to the surface of the ingot or the crucible, as explained above.

Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 11 und 12 betreffen die Realisierung von Positioniereinrichtungen, um den vorschlagsgemäßen Reinigungsschritt auf besonders flexible und einfache Weise durchführen zu können.The further preferred embodiments according to claims 11 and 12 relate to the realization of positioning devices in order to carry out the proposed cleaning step in a particularly flexible and simple manner.

In einer wirtschaftlich besonders interessanten Variante ist es gemäß Anspruch 13 vorgesehen, dass die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage im Rahmen des Reinigungsschritts sowohl der Oberflächenbearbeitung des Ingots als auch der Oberflächenbearbeitung des Schmelztiegels dient. Dadurch, dass sich die Bauraumanforderungen einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage im Bereich des zu reinigenden Objekts auf den für die mindestens eine Hochdruckdüse benötigten Bauraum reduzieren, lässt sich die vorgeschlagene Doppelnutzung der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage konstruktiv einfach umsetzen.In an economically particularly interesting variant, it is provided according to claim 13, that the high-pressure liquid jet system serves in the cleaning step both the surface processing of the ingot and the surface processing of the crucible. Due to the fact that the installation space requirements of a high-pressure liquid jet installation in the area of the object to be cleaned are reduced to the space required for the at least one high-pressure nozzle, the proposed double use of the high-pressure liquid jet installation can be realized in a structurally simple manner.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtIn the following the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. In the drawing shows

1 ein Ablaufdiagramm für das vorschlagsgemäße Verfahren, 1 a flowchart for the proposed method,

2 eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens in einer ganz schematischen Ansicht und 2 a high-pressure liquid jet system for carrying out the proposed method in a very schematic view and

3 eine geschnittene Seitenansicht der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage gemäß 2 entlang der dortigen Schnittlinie III-III. 3 a sectional side view of the high-pressure liquid jet plant according to 2 along the section line III-III.

Das vorschlagsgemäße Verfahren dient der Herstellung von Titanrohlingen, die als Ausgangsmaterial für Produkte aus der Luftfahrtindustrie, der Medizintechnik, der Schmuck- und Uhrenindustrie oder dergleichen dienen kann. Der Titanrohling geht auf eine Titanlegierung zurück. Dabei handelt es sich regelmäßig um Titan-Aluminium-Legierungen.The proposed method is for the production of titanium blanks, which can serve as a starting material for products from the aerospace industry, medical technology, the jewelry and watch industry or the like. The titanium blank is based on a titanium alloy. These are regularly titanium-aluminum alloys.

In einem Ingot-Erzeugungsschritt 1 wird aus einem Titanschwamm zusammen mit Legierungsbestandteilen ein länglicher Ingot 2 geschmolzen, der im Ergebnis aus einer Titanlegierung besteht. Insbesondere zur Erhöhung der Legierungshomogenität, gegebenenfalls aber auch zur Integration weiterer Legierungsanteile, wird der Ingot 2 in mindestens einem Umschmelzschritt 3 in mindestens einem Schmelztiegel umgeschmolzen (1).In an ingot production step 1 becomes a titanium sponge along with alloy components an elongated ingot 2 melted, which consists in the result of a titanium alloy. In particular, to increase the homogeneity of the alloy, but possibly also to integrate further alloying shares, the ingot 2 in at least one remelting step 3 remelted in at least one crucible ( 1 ).

Wesentlich ist, dass die Oberfläche des Ingots 2 und/oder die Oberfläche der Innenseite des Schmelztiegels vor mindestens einem Umschmelzschritt 3 mit mindestens einem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage 6 derart bearbeitet wird bzw. werden, dass jeweils eine Oberflächenschicht 7 des Ingots 2 selbst oder der Innenseite des Schmelztiegels selbst abgetragen wird.It is essential that the surface of the ingot 2 and / or the surface of the inside of the crucible prior to at least one remelting step 3 with at least one high-pressure liquid jet 5 a high-pressure liquid jet plant 6 is processed such that each have a surface layer 7 of the ingot 2 itself or the inside of the crucible itself is removed.

Die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage 6 ist also so ausgelegt, dass sie wie oben erläutert nicht nur die auf dem Ingot 2 vorhandenen Ablagerungen 8 abträgt, sondern auch eine Oberflächenschicht 7 der Titanlegierung des Ingots 2 selbst. Das gleiche gilt für die Reinigung des Schmelztiegels. Der Reinigungsschritt 4 ist exemplarisch in 3 dargestellt. Dabei sind die abgetragenen Oberflächenschichten 7, 8 im Sinne einer klaren Darstellung übertrieben dargestellt.The high-pressure liquid jet system 6 So it's designed so that it's not just the ones on the ingot as explained above 2 existing deposits 8th but also a surface layer 7 the titanium alloy of the ingot 2 itself. The same applies to the cleaning of the crucible. The cleaning step 4 is exemplary in 3 shown. Here are the removed surface layers 7 . 8th exaggerated in the sense of a clear representation.

Bei der obigen Flüssigkeit kann es sich grundsätzlich um beliebige Flüssigkeiten mit geeigneter Viskosität handeln. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei der verwendeten Flüssigkeit um Wasser.The above liquid may in principle be any liquids of suitable viscosity. In a particularly preferred embodiment, the liquid used is water.

Um die obige Abtragsleistung zu garantieren, ist sicherzustellen, dass der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 mit entsprechender Bewegungsenergie beaufschlagt wird. In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 mit einem Volumenstrom in einem Bereich zwischen 10 l/min und 40 l/min betrieben.To guarantee the above removal rate, make sure that the high pressure liquid jet 5 is acted upon with corresponding kinetic energy. In a particularly preferred embodiment, the high-pressure liquid jet 5 operated at a volume flow in a range between 10 l / min and 40 l / min.

Zur Erzeugung des mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 ist eine Hochdruckdüse 9 vorgesehen, wobei der Flüssigkeitsdruck an der mindestens einen Hochdruckdüse 9 in einem Bereich zwischen 500 bar und 6.000 bar liegt. Damit lassen sich die zum Abtragen der obigen Oberflächenschicht 7 erforderlichen Bewegungsenergien leicht erzeugen. For generating the at least one high-pressure liquid jet 5 is a high pressure nozzle 9 provided, wherein the fluid pressure at the at least one high-pressure nozzle 9 in a range between 500 bar and 6,000 bar. This can be used to remove the above surface layer 7 easily generate required motor energies.

Während der Ingot 2 selbst wie erläutert aus einer Titanlegierung besteht, ist die Oberfläche der Innenseite des Schmelztiegels vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung ausgestaltet. Der vorschlagsgemäße Abtrag einer Oberflächenschicht der Innenseite des Schmelztiegels führt dazu, dass vom Schmelztiegel ausgehende Verunreinigungen des Ingots 2 beim Umschmelzen kaum mehr auftreten.While the ingot 2 itself as explained consists of a titanium alloy, the surface of the inside of the crucible is preferably made of copper or a copper alloy. The proposed removal of a surface layer of the inside of the crucible leads to emanating from the crucible impurities of the ingot 2 hardly occur during remelting.

Je nach Ingot-Material ist ein unterschiedlicher Abtrag der jeweiligen Oberflächenschicht vorteilhaft. Ganz generell beträgt die Dicke der vom Ingot 2 abgetragenen Oberflächenschicht 7 mindestens etwa 0,01 mm. Vorzugsweise beträgt die maximale Dicke der vom Ingot 2 abgetragenen Oberflächenschicht 7 etwa 0,2 mm.Depending on the ingot material, a different removal of the respective surface layer is advantageous. In general, the thickness of the ingot 2 worn surface layer 7 at least about 0.01 mm. Preferably, the maximum thickness of the ingot 2 worn surface layer 7 about 0.2 mm.

Die Dicke der vom Schmelztiegel abgetragenen Oberflächenschicht beträgt ebenfalls mindestens etwa 0,01 mm. Vorzugsweise bleibt die Dicke der vom Schmelztiegel abgetragenen Oberflächenschicht unter etwa 0,5 mm.The thickness of the surface layer removed from the crucible is also at least about 0.01 mm. Preferably, the thickness of the surface layer removed by the crucible remains below about 0.5 mm.

Um die Abtragleistung weiter zu erhöhen, ist dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 vorzugsweise ein Abrasiv-Material beigemischt, wobei es sich bei dem Abrasiv-Material in besonders bevorzugter Ausgestaltung um Quarzsand oder dergleichen handelt. Andere Abrasiv-Materialien sind hier anwendbar.To further increase the removal rate, is the high-pressure liquid jet 5 preferably mixed with an abrasive material, wherein the abrasive material in a particularly preferred embodiment is quartz sand or the like. Other abrasive materials are applicable here.

Der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 ist vorzugsweise auf die Oberfläche der Langseite des Ingots 2 gerichtet. Im Einzelnen ist der Ingot 2 hier im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet, wobei der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 auf die im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche des Ingots 2 gerichtet ist.The at least one high-pressure liquid jet 5 is preferably on the surface of the long side of the ingot 2 directed. In detail, the ingot 2 here designed substantially cylindrical, wherein the at least one high-pressure liquid jet 5 on the substantially cylindrical outer surface of the ingot 2 is directed.

In besonders bevorzugter Weiterbildung liegt der Winkel zwischen dem mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 und der jeweiligen Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels in einem Bereich zwischen etwa 30° und etwa 90°, vorzugsweise zwischen etwa 80° und etwa 90°.In a particularly preferred embodiment, the angle between the at least one high-pressure liquid jet 5 and the respective surface of the ingot 2 or the crucible in a range between about 30 ° and about 90 °, preferably between about 80 ° and about 90 °.

Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel zwischen dem mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 und der jeweiligen Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels etwa 90°. Der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 wird hier und vorzugsweise also im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Ingots 2 gerichtet. Das führt zu einer optimalen Abtragsleistung. Die gleiche Ausrichtung ist entsprechend vorteilhaft für die Reinigung des Schmelztiegels.In the illustrated and so far preferred embodiment, the angle between the at least one high-pressure liquid jet 5 and the respective surface of the ingot 2 or the crucible about 90 °. The at least one high-pressure liquid jet 5 is here and preferably therefore substantially perpendicular to the surface of the ingot 2 directed. This leads to an optimal removal rate. The same orientation is correspondingly advantageous for the cleaning of the crucible.

Je nach Art der Verunreinigung des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels kann es vorteilhaft sein, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 zeitlich gepulst, also diskontinuierlich, auf die jeweilige Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels gerichtet wird. Hierbei können rechteckförmige, dreiecksförmige o. dgl. Impulsformen Anwendung finden.Depending on the type of contamination of the ingot 2 or the crucible, it may be advantageous that the at least one high-pressure liquid jet 5 pulsed in time, ie discontinuously, on the respective surface of the ingot 2 or the crucible is directed. In this case, rectangular, triangular or the like pulse shapes can be used.

Es wurde schon darauf hingewiesen, dass mehrere Umschmelzschritte 3 gemäß 1 vorgesehen sein können. Dabei kann es gemäß Pfeil 3a in 1 vorgesehen sein, dass beim ersten Umschmelzschritt 3 auf den Reinigungsschritt 4 verzichtet wird. Denkbar ist auch, dass gemäß Pfeil 3b bei dem jeweils folgenden Umschmelzschritt 3 auf den Reinigungsschritt 4 verzichtet wird. Denkbar ist schließlich, dass einem Umschmelzschritt 3 stets ein Reinigungsschritt 4 vorgelagert ist, wie durch den Pfeil 3c in 1 angedeutet ist.It has already been noted that several remelting steps 3 according to 1 can be provided. It can according to arrow 3a in 1 be provided that at the first remelting step 3 on the cleaning step 4 is waived. It is also conceivable that according to arrow 3b at the respective remelting step 3 on the cleaning step 4 is waived. Finally, it is conceivable that a remelting step 3 always a cleaning step 4 is upstream, as indicated by the arrow 3c in 1 is indicated.

Um die gesamte Oberfläche des Ingots 2 reinigen zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine motorische Ingot-Positioniereinrichtung 10 für die Positionierung des Ingots 2 vorgesehen ist, wobei der Ingot 2 während des Reinigungsschritts 4 mittels der Ingot-Positioniereinrichtung 10 um seine Längsachse 11 gedreht wird. Dies lässt sich einer Zusammenschau der 2 und 3 entnehmen.To the entire surface of the ingot 2 to be able to clean, it is preferably provided that a motorized ingot positioning 10 for the positioning of the ingot 2 is provided, the ingot 2 during the cleaning step 4 by means of the ingot positioning device 10 around its longitudinal axis 11 is turned. This can be a synopsis of 2 and 3 remove.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist eine motorische Düsen-Positioniereinrichtung 12 für die Positionierung der mindestens einen Hochdruckdüse 9 vorgesehen, wobei die mindestens eine Hochdruckdüse 9 mittels der Düsen-Positioniereinrichtung 12 zumindest entlang der Längsachse 11 des Ingots 2 motorisch verfahren wird.In a further preferred embodiment, a motorized nozzle positioning device 12 for the positioning of the at least one high-pressure nozzle 9 provided, wherein the at least one high-pressure nozzle 9 by means of the nozzle positioning device 12 at least along the longitudinal axis 11 of the ingot 2 is moved by a motor.

Bei geeigneter Ausgestaltung der Düsen-Positioniereinrichtung 12 ergibt sich sogar die Möglichkeit, dass die Richtung des jeweils aus der mindestens einen Hochdruckdüse 9 austretenden Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 mittels der Düsen-Positioniereinrichtung 12 motorisch einstellbar ist.With a suitable embodiment of the nozzle positioning device 12 even the possibility arises that the direction of each of the at least one high-pressure nozzle 9 exiting high-pressure liquid jet 5 by means of the nozzle positioning device 12 motor is adjustable.

Der Begriff „motorisch” ist hier stets weit zu verstehen. Darunter sind alle Möglichkeiten der gesteuerten, selbsttätigen Verstellung zusammengefaßt. Hierzu gehören elektrische, hydraulische, pneumatische Verstellmöglichkeiten jeglicher Art.The term "motor" is always to be understood here broadly. Including all possibilities of controlled, automatic adjustment are summarized. These include electrical, hydraulic, pneumatic adjustment of any kind.

Mit den obigen Positioniereinrichtungen 10, 12 ist es denkbar, dass Verunreinigungen im Ingot 2 bzw. im Schmelztiegel punktuell beseitigt werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage 6 mit einem Sensorsystem, insbesondere mit einem Kamerasystem, ausgestattet wird, mit dem Verunreinigungen punktuell erfasst und durch eine geeignete Ansteuerung der Positioniereinrichtungen 10, 12 punktuell beseitigt werden. Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der Anwendung eines Hochdruck-Wasserstrahls, nämlich die Möglichkeit, im Rahmen des Reinigungsschritts 4 vorbestimmte Oberflächenschichten des Ingots 2 punktuell abzutragen.With the above positioning 10 . 12 It is conceivable that impurities in the ingot 2 or be removed selectively in the crucible. In this context, it is particularly advantageous if the high-pressure liquid jet system 6 is equipped with a sensor system, in particular with a camera system, selectively detected with the impurities and by a suitable control of the positioning 10 . 12 be removed selectively. Here is another advantage of using a high-pressure water jet, namely the possibility in the context of the cleaning step 4 predetermined surface layers of the ingot 2 ablate punctually.

Im einzelnen ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Ingot 2 und/oder die mindestens eine Hochdruckdüse 9 in Abhängigkeit von den Sensordaten des obigen Sensorsystems derart positioniert wird bzw. werden, dass der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 auf die eine sensorisch erfaßte Verunreinigung aufweisende Stelle des Ingots 2 gerichtet ist und dass anschließend mittels des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 ein gezielter Oberflächenabtrag an dieser Stelle vorgenommen wird.In particular, it is preferably provided that the ingot 2 and / or the at least one high-pressure nozzle 9 depending on the sensor data of the above sensor system is positioned such that the high-pressure liquid jet 5 to the point of the ingot containing a sensory contaminant 2 is directed and that subsequently by means of the high-pressure liquid jet 5 a targeted surface removal is made at this point.

Üblicherweise erfolgt das Umschmelzen des Ingots 2 bei vertikal ausgerichtetem Ingot 2. Dies liegt daran, dass der Ingot 2 beim Umschmelzen regelmäßig als Elektrode im Rahmen eines VAR(Vacuum-Arc-Remelting)-Prozess eingesetzt wird, wobei die Titanlegierung entsprechend vom Ingot 2 in den Schmelztiegel abschmilzt.Usually, the remelting of the ingot takes place 2 with vertically aligned ingot 2 , This is because of the ingot 2 when remelting is used regularly as an electrode in the context of a VAR (Vacuum Arc Remelting) process, wherein the titanium alloy according to the ingot 2 melts into the crucible.

Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, den Ingot 2 nach dem Umschmelzschritt 3 in seine horizontale Position zu bringen, um die Bewegung des Ingots 2 um seine Längsachse 11 leicht realisieren zu können.In the illustrated and insofar preferred embodiment, it is provided, the ingot 2 after the remelting step 3 to bring in its horizontal position to the movement of the ingot 2 around its longitudinal axis 11 easy to realize.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es allerdings vorgesehen, dass der Ingot 2 während des Umschmelzschritts 3 und und während des Reinigungsschritts 4 in gleicher Orientierung ausgerichtet ist, wobei es sich bei dieser Ausrichtung hier und vorzugsweise um die vertikale Ausrichtung handelt. Damit kann auf eine aufwendige Handhabung des Ingots 2, die für dessen Orientierungsänderung erforderlich wäre, ohne weiteres verzichtet werden.In a particularly preferred embodiment, however, it is provided that the ingot 2 during the remelting step 3 and and during the cleaning step 4 is aligned in the same orientation, which is here and preferably the vertical orientation in this orientation. This allows for a complicated handling of the ingot 2 which would be necessary for its change of orientation, are readily dispensed with.

Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird die Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens als solche beansprucht. Auf alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Verfahren, die geeignet sind, die Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 zu beschreiben, darf verwiesen werden.According to another teaching, which also has independent significance, is the high-pressure liquid system 6 claimed as such for carrying out the proposed method. On all versions of the proposed method, which are suitable, the high-pressure liquid system 6 to describe may be referenced.

Es wurde schon darauf hingewiesen, dass die vorschlagsgemäße Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage 6 mindestens eine Hochdruckdüse 9 zur Erzeugung mindestens eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 aufweist, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 im Wesentlichen senkrecht auf die zu bearbeitende Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels gerichtet ist.It has already been noted that the proposed high-pressure liquid jet system 6 at least one high pressure nozzle 9 for generating at least one high-pressure liquid jet 5 wherein the arrangement is such that the at least one high-pressure liquid jet 5 essentially perpendicular to the surface of the ingot to be processed 2 or the crucible is directed.

Es wurde ebenfalls bereits erläutert, dass vorzugsweise eine motorische Ingot-Positioniereinrichtung 10 für die Positionierung des Ingots 2 vorgesehen ist, wobei der Ingot 2 mittels der Positioniereinrichtung 10 um seine Längsachse 11 drehbar ist. Hierfür ist der Ingot 2 auf zwei parallel verlaufende, geringfügig voneinander beabstandete Rollen 13, 14 aufgelegt, wobei eine Rolle 13 einen Reibantrieb für den Ingot 2 bereitstellt.It has also been explained that preferably a motorized ingot positioning 10 for the positioning of the ingot 2 is provided, the ingot 2 by means of the positioning device 10 around its longitudinal axis 11 is rotatable. This is the ingot 2 on two parallel, slightly spaced rollers 13 . 14 hung up, being a role 13 a friction drive for the ingot 2 provides.

Die Längsachse 11 des Ingots 2 ist stets parallel zu den Längsachsen der Rollen 13, 14 ausgerichtet. Der lichte Abstand zwischen den beiden parallelen Rollen 13, 14 ist stets kleiner als der Durchmesser des Ingots 2.The longitudinal axis 11 of the ingot 2 is always parallel to the longitudinal axes of the rollers 13 . 14 aligned. The clear distance between the two parallel rollers 13 . 14 is always smaller than the diameter of the ingot 2 ,

Vorzugsweise ist auch eine motorische Düsen-Positioniereinrichtung 12 in obigem Sinne vorgesehen, wie 2 in einer besonders einfach zu realisierenden Variante zeigt. Die mindestens eine Hochdruckdüse 9 ist hier in einem Düsengehäuse 15 angeordnet, das in einer Längsführung 16 parallel zur Längsachse 11 des auf den Rollen 13, 14 aufliegenden Ingots 2 geführt ist. Das Düsengehäuse 15 lässt sich beispielsweise über einen Riemenantrieb in der Längsführung 16 verfahren.Preferably, a motorized nozzle positioning is also 12 provided in the above sense, as 2 in a particularly easy to implement variant shows. The at least one high-pressure nozzle 9 is here in a nozzle housing 15 arranged in a longitudinal guide 16 parallel to the longitudinal axis 11 of the rolls 13 . 14 resting ingots 2 is guided. The nozzle housing 15 can be, for example, a belt drive in the longitudinal guide 16 method.

Weiter vorzugsweise läßt sich auch die Richtung des jeweils aus der mindestens einen Hochdruckdüse 9 austretenden Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 mittels der Düsen-Positioniereinrichtung 12 motorisch einstellen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass hierfür das Düsengehäuse 15 zweigeteilt ist, die beiden Gehäuseteile gegeneinander schwenkbar sind und für die motorische Schwenkbarkeit mindestens ein entsprechender Schwenkantrieb vorgesehen ist.Further preferably, also the direction of each of the at least one high-pressure nozzle can be 9 exiting high-pressure liquid jet 5 by means of the nozzle positioning device 12 adjust motor. For example, it may be provided that for this purpose the nozzle housing 15 is divided into two parts, the two housing parts are mutually pivotable and at least one corresponding pivot drive is provided for the motorized pivoting.

Schließlich ist es denkbar, dass die mindestens eine Hochdruckdüse 9 mittels der Düsen-Positioniereinrichtung 12 auch in Richtung des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 verstellbar ist.Finally, it is conceivable that the at least one high-pressure nozzle 9 by means of the nozzle positioning device 12 also in the direction of the high-pressure liquid jet 5 is adjustable.

Es wurde schon darauf hingewiesen, dass die Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 im Rahmen des Reinigungsschritts 4 sowohl der Oberflächenbearbeitung des Ingots 2 als auch der Oberflächenbearbeitung des Schmelztiegels dienen kann. Um auf eine entsprechende Umrüstung der Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 verzichten zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass, wie ebenfalls bereits angesprochen, der Ingot 2 beim Umschmelzen und bei der Oberflächenbearbeitung in gleicher Orientierung ausgerichtet ist.It has already been noted that the high-pressure liquid system 6 during the cleaning step 4 both the surface treatment of the ingot 2 as well as the surface processing of the crucible can serve. To upgrade to the high-pressure liquid system 6 To be able to forego, it is preferably provided that, as also already mentioned, the ingot 2 when remelting and is aligned in the same orientation during surface treatment.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19852747 A1 [0005]
EP 0479757 B [0006]

Claims

Process for producing titanium blanks by melting, wherein an elongated ingot ( 2 ) consisting of a titanium alloy, in particular for increasing the alloy homogeneity in at least one remelting step ( 3 ) is melted in at least one crucible, characterized in that in a purification step ( 4 ) the surface of the ingot ( 2 ) and / or the surface of the inside of the crucible before at least one remelting step ( 3 ) with at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) of a high-pressure liquid jet system ( 6 ), in particular a high-pressure water jet system ( 6 ) is processed such that in each case a surface layer ( 7 ) of the ingot ( 2 ) itself or the inside of the crucible itself is removed.

Method according to Claim 1, characterized in that the at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) is operated with a volume flow in a range between 10 l / min and 40 l / min, and / or that at least one high-pressure nozzle ( 9 ) for generating the at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) is provided and that the fluid pressure at the at least one high-pressure nozzle ( 9 ) is in a range between 500 bar and 6000 bar.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the ingot ( 2 ) self-removed surface layer ( 7 ) is at least about 0.01 mm, preferably that the thickness of the ingot ( 2 ) self-removed surface layer ( 7 ) is in a range between about 0.01 mm and about 0.2 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the surface layer removed by the crucible itself is at least about 0.01 mm, preferably that the thickness of the surface layer removed by the crucible itself ranges between about 0.01 mm and about 0, 5 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pressure liquid jet ( 5 ) An abrasive material is mixed, preferably, that the abrasive material is quartz sand o. The like.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) on the surface of the long side of the ingot ( 2 ), preferably that the ingot ( 2 ) is configured substantially cylindrical and that the at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) on the substantially cylindrical outer surface of the ingot ( 2 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the angle between the at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) and the respective surface of the ingot ( 2 ) or of the crucible in a range between about 30 ° and about 90 °, preferably between about 80 ° and about 90 °, more preferably that the angle between the at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) and the respective surface of the ingot ( 2 ) or the crucible is about 90 °.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one motorized positioning device ( 10 . 12 ) for the positioning of the ingot ( 2 ) and / or the at least one high-pressure nozzle ( 9 ) is provided that a sensor system for detecting impurities on the ingot ( 2 ) and that the ingot ( 2 ) and / or the at least one high-pressure nozzle ( 9 ) is positioned in dependence on the sensor data of the sensor system such that the high-pressure liquid jet ( 5 ) to the point of the ingot having a sensorially detected impurity ( 2 ) and that subsequently by means of the high-pressure liquid jet ( 5 ) a targeted surface removal is made at this point.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ingot ( 2 ) during the remelting step ( 3 ) and during the cleaning step ( 4 ) is oriented in the same orientation, preferably that the ingot ( 2 ) during both the remelting step ( 3 ) as well as during the cleaning step ( 4 ) is vertically aligned.

High-pressure liquid jet system for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one high-pressure nozzle ( 9 ) for generating at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) and that the arrangement is such that during the cleaning step ( 4 ) the at least one high-pressure liquid jet ( 5 ) substantially perpendicular to the surface of the ingot to be processed ( 2 ) or the crucible is directed.

High-pressure liquid jet installation according to claim 10, characterized in that a motorized ingot positioning device ( 10 ) for the positioning of the ingot ( 2 ) and that the ingot ( 2 ) by means of the positioning device ( 10 ) about its longitudinal axis ( 11 ) is rotatable.

High-pressure liquid jet apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that a motorized nozzle positioning device ( 12 ) for the positioning of the at least one high-pressure nozzle ( 9 ) is provided and that the at least one high-pressure nozzle ( 9 ) by means of the nozzle positioning device ( 12 ) at least along the longitudinal axis ( 11 ) of the ingot ( 2 ) is movable by motor, preferably that the direction of each of the at least one high-pressure nozzle ( 9 ) exiting high-pressure liquid jet ( 5 ) by means of the nozzle positioning device ( 12 ) is motor-adjustable, and / or that the at least one high-pressure nozzle ( 9 ) by means of the nozzle positioning device ( 12 ) in the direction of the high-pressure liquid jet ( 5 ) is adjustable.

High-pressure liquid jet installation according to one of claims 10 to 12, characterized in that the high-pressure liquid jet installation ( 6 ) during the purification step ( 4 ) both the surface treatment of the ingot ( 2 ) as well as the surface treatment of the crucible serves.