DE1041652B - Verfahren zum Betrieb einer Vakuum-Induktionsschmelzanlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die wesentlichsten Teile eines Induktionsofens sind der mit dem zu schmelzenden Metall gefüllte Tiegel und die darum befindliche Spule, in der die Hochoder Niederfrequenzströme laufen, die die Schmelze mittels Induktion erwärmen. Befindet sich ein solcher Induktionsofen im Vakuum, so ist es sehr schwierig, den Tiegel abzustechen und die darin befindliche Schmelze in irgendwelche Formen zu gießen. Die Vakuumhülle, d. h. der nach außen abgeschlossene Vakuumkessel, erlaubt keinen Zutritt zu dem mit Schmelze gefüllten Tiegel und gibt nicht die Möglichkeit, diese Schmelze von außen so leicht abzustechen, wie das sonst in der Gießereitechnik üblich ist.

Es ist daher vorgeschlagen worden, dem Schmelztiegel am Boden eine Öffnung zu geben, die durch den Tiegelboden hindurchgeht und, weil sie weniger geheizt ist, das Metall in fester Form enthält. Dieses Metall dient dabei als Stopfen für den Auslaß. Um nun ein Abstechen der Schmelze unter Vakuum zu ermöglichen, ist diese Öffnung etwas aus dem Tiegelboden hinaus verlängert und mit einer zweiten Induktionsspule umgeben. Ist der Tiegelinhalt genügend durchgeschmolzen, so kann man. mit Hilfe dieser zweiten Spule den erstarrten Pfropfen schmelzen und damit die Schmelze in eine Form ablassen.

Der wesentliche Nachteil dieser Einrichtung ist, daß der Schmelzvorgang einmalig stattfindet und außerdem der Tiegelinhalt als Ganzes in die Form entleert werden muß.

Die vorliegende Erfindung will aber nun die Möglichkeit geben, den Tiegelinhalt in einzelnen Portionen in verschiedene Formen' abzulassen, ohne daß von außen her wesentliche Eingriffe erfolgen, und durch ein Nachfüllen in den Tiegel von außen einen fortgesetzten halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Betrieb durchzuführen.

Es wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, die Energie der obenerwähnten zweiten, tiefer liegenden Induktionsspule nicht nur zum Einleiten des Gießens durch Aufschmelzen des Metallpfropfens im Gießkanal zu benutzen, sondern auch zum Aufheizen des Gießstrahles während des Gusses und zur zeitweisen Einschnürung des Gießstrahles, welch letzteres durch entsprechende Verstärkung der elektrischen Energie bzw. des elektromagnetischen Kraftfeldes der zweiten, unteren Induktionsspule erreicht wird. Ist der Gießstrahl auf diese Weise stark eingeschnürt worden, so wird vor die Bodenöffnung des Schmelztiegels ein beweglicher Verschlußteil vorgeschwenkt, der den Gießstrahl unterbricht.

Dann ist es möglich, das folgende Gießverfahren durchzuführen: Zunächst wird in üblicher Weise der Schmelzprozeß durchgeführt, d. h., die in Pulveroder Stückform eingefüllte Metallmasse wird ein-Verfahren zum Betrieb
einer Vakuum-Induktionsschmelzanlage

Anmelder:

W. C. Heraeus

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
Hanau, Heraeusstr. 12/14

Adrien Bussard, Bruchköbel über Hanau,

und Gerhard Müller, Hanau,
sind als Erfinder genannt worden

geschmolzen und durch genügend lange und starke Erwärmung zu einer einheitlichen Schmelze gebracht. Nunmehr läßt man den Tiegel mit der Schmelzmasse einige Zeit bei ausgeschalteter Induktionsenergie im Ofen verharren. In dieser Zeit sinkt die Temperatur der Schmelze von der zum Durchmischen nötigen hohen Temperatur bis auf eine Temperatur, die nur etwas über dem Schmelzpunkt des geschmolzenen Metalls liegt. Nunmehr wird die zweite Spule, die um die Abstichöffnung liegt, eingeschaltet. Sie schmilzt den in der Abstichöffnung befindlichen Pfropfen und gibt damit der Schmelze den Weg in die darunterliegende Form frei. Die Schmelze, die sich auf einer Temperatur nur wenig über dem Schmelzpunkt befindet, würde aber sehr langsam ablaufen und zu einem schlechten Guß Anlaß geben. Darum wird die zweite Spule während des Gießvorganges mit einer solchen Energie betrieben, daß die Metallschmelze beim Hindurchlaufen durch die Gießöffnung wiederum auf die zum Guß nötige Temperatur erwärmt wird.

Ist nun die eine gerade darunterstehende Form mit der Schmelze gefüllt, so wird die Energie in der zweiten Spule so erhöht, daß sich der Gießstrahl infolge der Wirbelbewegung einschnürt. Dann ist der Strahl und die durchfließende Menge so gering, daß ein beispielsweise keramischer Verschluß teil unter die Öffnung gebracht werden kann, um die Öffnung voll zu verschließen. Danach wird die zweite Spule ausgeschaltet, und die einsetzende Abkühlung bewirkt wiederum die Bildung eines Pfropfens aus erstarrtem Metall. Inzwischen wird die nächste Gußform unter die Öffnung gebracht, der Verschlußteil zur Seite geklappt und die zweite Spule eingeschaltet, so daß der Gießvorgang wiederum in Gang kommt. Dieses Verfahren wiederholt sich so oft, bis entweder der Tiegel

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geleert ist oder die vorbereiteten Gußformen sämtlich gefüllt sind. Außerdem gibt die Unterbrechung des Gußvorganges die Möglichkeit, in den Gießpausen durch eine Schleuseneinrichtung pulverförmiges oder stückenförmiges Metall für die nächste Schmelze nachzuführen, ohne daß das Vakuum aufgehoben werden muß.

Ein solches Verfahren gibt die Möglichkeit, selbst unter dem Abschluß eines Vakuumkessels einen fast kontinuierlichen Gießvorgang vorzunehmen.

Die schematische Zeichnung dient der Erläuterung der Erfindung. Sie gibt nur eine mögliche Ausführungsform eines Vakuumkessels, in dem das Verfahren angewendet werden kann.

In der Zeichnung ist der dem eigentlichen Gießvorgang dienende Vakuumraum mit 1 bezeichnet. Er wird umschlossen durch einen Vakuumkessel 2, der mit einem gekühlten Mantel umgeben ist und von einem ebenfalls wassergekühlten Deckel 2 verschlossen wird. In diesem Kessel befindet sich der eigentliehe Schmelztiegel 3, der die Schmelze 4 enthält und von der Schmelzspule 5 umgeben ist. Der Boden des Tiegels 3 ist bei 6 nach unten verlängert und besitzt eine Gießöffnung 7. Der Teil 6 des Tiegels ist umgeben von der Induktionsspule 8. Unterhalb der OfF-nung des Gießkanals 7 befindet sich der beispielsweise keramische Pfropfen 9, der den Gießkanal 7 während der Gießpausen abschließt. Unterhalb des eigentlichen Schmelzraumes 1 befindet sich ein zweiter Raum 10, der zur Aufnahme und zum Wechsel der Gießformen dient. In ihm laufen die Gießformen in an sich bekannter Weise unter dem eigentlichen Schmelzkanal? und einem nötigenfalls vorgesehenen Gießtrichter 7' vorbei. Als Beispiel einer solchen Einrichtung ist ein Wagen 11 gezeichnet, der die Gießformen 12 trägt und auf einem durchgehenden Geleise 13 seitlich verschoben werden kann. Der Raum 10 für die Gießformen besitzt zum mindesten an einer Seite eine Schleuse 14 mit den nötigen gasdichten Türen und Evakuierungseinrichtungen, durch die der Wagen 11 mit den Gießformen ohne Störung des Vakuums in den Raum

10 eingefahren werden kann.

Zweckmäßigerweise sieht man auch auf der anderen Seite eine Schleuse 15 vor, durch die der Wagen

11 nach erfolgtem Guß mit seinen sämtlichen Gießformen wieder herausgefahren werden kann, ohne daß das Vakuum unterbrochen werden muß. Oberhalb des Schmelztiegels befindet sich eine Schleuse 16, die durch die Deckel 17 und 18 verschlossen und durch bekannte Maßnahmen evakuiert werden kann, so· daß auch hier das im Tiegel 3 zu schmelzende Metall in Pulver oder Stückform zugeführt werden kann, ohne daß das Vakuum im Gießraum 1 gestört wird. Zu diesem Zweck besitzen die Räume 14, 15 und 16 Absaugestutzen, die mit 19, 20 und 21 bezeichnet sind. Die Hochvakuumleitung 22, die den Raum 1 und 10 evakuiert, muß genügenden Querschnitt haben und mit genügend leistungsfähigen Pumpen, vorzugsweise mit einem größeren Bootspumpenaggregat 23, verbunden sein, um das Evakuieren zu gestatten, selbst wenn die Menge der sich entwickelnden Gase beträchtlich ist.

Der Gießprozeß verläuft nun so, daß man den Gießraum 1 und den damit verbundenen Gießraum 10 durch die Leitung 22 evakuiert. Gleichzeitig füllt man in die Schleuse 16 das zu schmelzende Metall in Stück- oder Pulverform, schließt die Deckel 17 und 18 und evakuiert diesen Raum durch die Leitung 21. Ist nun im Raum 16 ein genügend gutes Vakuum erzeugt, so öffnet man die Klappe 18 und läßt das z. B.

pulverförmige Metall in den Schmelztiegel 3 fallen. Nunmehr schaltet man die Spule 5 ein und schmilzt das pulverförmige Metall, so daß der Tiegel 3 teilweise mit dem erschmolzenen Metall gefüllt ist. Während dieses Schmelzprozesses sinkt das geschmolzene, aber im unteren Teil des Tiegels beheizte Metall in den Gießkanal 7, erstarrt dort und verschließt den Tiegel von unten.

Während dieses ersten Schmelzprozesses wird der Wagen 11 mit den Gießformen 12 in die Schleuse 14 gebracht und diese Schleuse durch die Vakuumleitung 19 evakuiert. Ist hier ebenfalls ein genügend gutes Vakuum erzeugt, so wird der Wagen 11 aus der Schleuse 14 in den Gießraum 10 gefahren. Er steht dann so unter der öffnung 7, daß die erste seiner Formen 12 das von dort aus herabfließende Metall aufnehmen kann. Ist der Schmelzprozeß so weit beendet, daß die Schmelze 4 genügend durchgemischt ist, wird die Spule 5 ausgeschaltet. Nach einiger Zeit befindet sich die Schmelze auf einer Temperatur, die nur wenig höher liegt als die Erstarrungstemperatur. Dann wird die Spule 8 eingeschaltet, die den in dem Gießkanal 7 befindlichen festen Metallpfropfen schmilzt. Aus dem Kanal 7 läuft nunmehr die Schmelze in eine der darunterstehenden Formen 12. Während dieses Gießprozesses wird die Spule 8 nicht ausgeschaltet, sondern sie dient dazu, das Metall während seines Durchlaufens durch den Gießkanal 7 auf eine solche Temperatur zu bringen, daß in der darunterstehenden Form 12 ein fast lunkerfreier Metallblock gegossen wird. Ist die Form fast ganz gefüllt, so wird die Energie in der Spule 8 stark erhöht, was dazu führt, daß der Strahl in dem Gießkanal 7 sich stark verengt.

Ist diese Verengung eingetreten, dann wird der Verschlußteil 9 aus seiner Stellung 9' in die Lage genau unter 7 gebracht und die Spule 8 ausgeschaltet. Der kalte Verschlußteil 9 zusammen mit der nun eintretenden Abkühlung des Metalls, das sich in dem Gießkanal 7 befindet, läßt das Metall hier sehr schnell erstarren, so daß sich wiederum ein fester Metallpfropfen bildet. Inzwischen wird der Wagen 11 so weit weiterbewegt, daß sich eine neue Form unter dem Gießkanal 7 befindet, dann der Verschlußteil aus der Stellung 9 in die Stellung 9' umgeklappt und die Spule 8 eingeschaltet/ damit der im Gießkanal 7 befindliche Metallpfropfen wiederum schmilzt und den Weg in die jetzt darunterstehende Gießform freigibt. Dieses Verfahren kann so lange wiederholt werden, bis fast die gesamte Metallschmelze 4 in die darunterliegenden Formen gelangt ist.

Nachdem sich mit dem letzten Rest der Schmelze 4 wiederum ein Pfropfen in dem Gießkanal 7 gebildet hat, kann durch die Schleuse 16 wiederum Metall in Pulver- oder Stückform in den Tiegel 3 nachgeführt werden. Dadurch kann der Gießprozeß ohne Unterbrechung des Vakuums weiter fortgesetzt werden, bis alle Gießformen 12 gefüllt sind. Wechselt man nun noch diesen Wagen 11 mit Hilfe der Schleusen 14 und 15 aus, so ist es möglich, große Mengen Formen zu gießen, ohne daß jeweils die Zeit zur Evakuierung des großen Schmelz- und Gießraumes (1 und 10) aufgewendet werden muß. Das Gießverfahren erlaubt also in einem halbkontinuierlichen Betrieb große Stückzahlen von Gußstücken anzufertigen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zuni halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Betrieb einer Vakuum-Gieß- und -Schmelzanlage mit elektroinduktiver Beheizung,

bei der der mit einer Induktionsspule versehene Schmelztiegel unten als Bodenausguß einen von einer zweiten Induktionsspule umgebenen Gießkanail aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie dieser unteren Induktionsspule nicht nur zum Einleiten des Gießens durch Aufschmelzen des Metallstopfens im Gießkanal dient, sondern auch zum Aufheizen des Gießstrahles während des Gusses und zur zeitweisen Einschnürung des Gießstrahles benutzt wird, welch letzeres durch entsprechende Verstärkung der elektrischen Energie bzw. des elektromagnetischen Kraftfeldes der unteren Induktionsspule erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der genügenden Durchmischung der Schmelze dieser die Möglichkeit gegeben wird, sich bis nahe an die Erstarrungstemperatur abzukühlen, und daß die im Abstichkanal dem Gießstrahl durch die umgebende Spule zugeführte Wärmeenergie ausreichend bemessen wird, um trotz der vorher erfolgten Abkühlung eine gute Qualität des Gusses zu gewährleisten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Füllen einer Gießform die Energie der den Abstichkanal umgebenden Induktionsspule so erhöht wird, daß sich der Gießstrahl einschnürt und durch Vorklappen eines an sich bekannten kühlen, aus hochtemperaturfestem Material bestehenden Verschlußteiles und dann durch Ausschalten der Induktionsspule infolge der Abkühlung und des Erstarrens der Schmelze ein neuer Verschlußpfropfen gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Bildung des erstarrten Verschlußpfropfens die Gießform unterhalb des Abstichkanals gewechselt und/oder neues, zu schmelzendes Material dem Tiegel zugeführt wird.

5. Vakuum-Gieß- und -Schmelzanlage mit elektroinduktiver Beheizung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer den beiden Induktionsheizspulen zum Schmelzen und zum Abstechen des im Tiegel befindlichen Materials und dem vor den Gießkanal zu klappenden Verschlußteil auch mindestens eine an sich bekannte Vakuumschleuse mit den nötigen vakuumdichten Verschlüssen und Evakuierungsleitungen vorgesehen ist, die einen Wechsel der Gießformen und/oder ein Nachfüllen des zu schmelzenden Materials ohne Unterbrechung des Vakuums ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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