DE1041652B

DE1041652B - Method for operating a vacuum induction melting plant

Info

Publication number: DE1041652B
Application number: DEH28598A
Authority: DE
Inventors: Adrien Bussard; Gerhard Mueller
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1956-11-17
Filing date: 1956-11-17
Publication date: 1958-10-23

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.The most important parts of an induction furnace are the crucible filled with the metal to be melted and the coil located around it, in which the high or low frequency currents run, which the melt heat by induction. If such an induction furnace is in a vacuum, it is very difficult to to pierce the crucible and pour the melt in it into some forms. the Vacuum envelope, d. H. the vacuum vessel, which is closed off from the outside, does not allow access to the with Melt-filled crucible and does not give the opportunity to pierce this melt from the outside so easily, as is usual in foundry technology.

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.It has therefore been proposed to give the crucible at the bottom an opening through the Crucible bottom passes through and, because it is less heated, contains the metal in solid form. This Metal serves as a plug for the outlet. To now a tapping of the melt under vacuum enable, this opening is slightly extended from the bottom of the crucible and with a second induction coil surround. If the contents of the crucible have melted sufficiently, you can. with the help of this second coil melt the solidified plug and thus drain the melt into a mold.

Der wesentliche Nachteil dieser Einrichtung ist, daß der Schmelzvorgang einmalig stattfindet und außerdem der Tiegelinhalt als Ganzes in die Form entleert werden muß.The main disadvantage of this device is that the melting process takes place once and in addition, the entire contents of the crucible must be emptied into the mold.

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.The present invention, however, now wants to give the possibility of dividing the contents of the crucible in individual portions into various forms' without any substantial external interference, and through a refilling into the crucible from the outside a continued semi-continuous or continuous Operation.

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.For this purpose, it is proposed to use the energy of the above-mentioned second, lower-lying induction coil not only to initiate the pouring by melting the metal plug in the pouring channel but also to heat up the pouring stream during casting and for temporary constriction of the pouring stream, the latter by correspondingly increasing the electrical energy or the electromagnetic force field of the second, lower induction coil is achieved. Is the pouring stream has been severely constricted in this way, a movable closure part swung forward, which interrupts the pouring stream.

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-InduktionsschmelzanlageThen it is possible to carry out the following casting process: First, the melting process is carried out in the usual way, ie the metal mass filled in powder or lump form becomes a process for operation
a vacuum induction melting plant

Anmelder:Applicant:

W. C. HeraeusW. C. Heraeus

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
Hanau, Heraeusstr. 12/14Company with limited liability,
Hanau, Heraeusstr. 12/14

Adrien Bussard, Bruchköbel über Hanau,Adrien Bussard, Bruchköbel about Hanau,

und Gerhard Müller, Hanau,
sind als Erfinder genannt wordenand Gerhard Müller, Hanau,
have been named as inventors

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.melted and brought to a uniform melt by sufficiently long and strong heating. The crucible with the melt is now left in for some time with the induction energy switched off Stay in the oven. During this time, the temperature of the melt drops from that required for mixing high temperature down to a temperature just slightly above the melting point of the molten one Metal. The second coil, which is located around the tap opening, is now switched on. she melts the plug located in the tap opening and thus gives the melt its way into the underlying form free. The melt, which is at a temperature just a little above that Melting point, but would be very slow and give rise to a bad cast. Therefore, the second coil is operated during the casting process with such an energy that the Metal melt as it passes through the pouring opening, in turn, to the temperature required for pouring is heated.

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 TiegelIf one of the molds just below is filled with the melt, the energy in the second is Coil increased so that the pouring stream is constricted as a result of the vortex movement. Then the ray is and the amount flowing through is so small that a ceramic closure, for example, is part under the opening can be brought to completely close the opening. Then the second coil is switched off, and the onset of cooling in turn causes the formation of a plug from solidified material Metal. In the meantime, the next mold is placed under the opening and the closure part is folded to the side and the second coil switched on, so that the casting process starts again. This method repeats itself until either the crucible

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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.is emptied or all of the prepared molds are filled. In addition, the interruption of the casting process gives the opportunity during the casting breaks Metal in powder or lump form through a sluice device for the next melt track without having to break the vacuum.

Ein solches Verfahren gibt die Möglichkeit, selbst unter dem Abschluß eines Vakuumkessels einen fast kontinuierlichen Gießvorgang vorzunehmen.Such a method gives the possibility of a nearly to undertake continuous casting.

Die schematische Zeichnung dient der Erläuterung der Erfindung. Sie gibt nur eine mögliche Ausführungsform eines Vakuumkessels, in dem das Verfahren angewendet werden kann.The schematic drawing serves to explain the invention. It only gives one possible embodiment a vacuum vessel in which the process can be applied.

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 RaumThe drawing shows the actual casting process Serving vacuum space designated by 1. It is enclosed by a vacuum tank 2, the is surrounded by a cooled jacket and closed by a cover 2, which is also water-cooled will. The actual crucible 3, which contains the melt 4 and is located in this vessel is surrounded by the melting coil 5. The bottom of the crucible 3 is extended downwards at 6 and has a pouring opening 7. The part 6 of the crucible is surrounded by the induction coil 8. Below the opening of the pouring channel 7 is the ceramic plug 9, for example, which the pouring channel 7 during which completes the casting breaks. Below the actual melting chamber 1 is a second room 10, which is used to accommodate and change the molds. The molds run in it in a way that is known per se Way under the actual melt channel? and, if necessary, a pouring funnel 7 ' past. A carriage 11 which carries the casting molds 12 is shown as an example of such a device and can be moved sideways on a continuous track 13. The space 10 for the casting molds has a lock 14 at least on one side with the necessary gas-tight doors and evacuation devices, through which the carriage 11 with the casting molds without disturbing the vacuum in the room

10 eingefahren werden kann.10 can be retracted.

Zweckmäßigerweise sieht man auch auf der anderen Seite eine Schleuse 15 vor, durch die der WagenAppropriately, a lock 15 is also provided on the other side, through which the carriage

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.11 after the casting with all its casting molds can be moved out again without the vacuum having to be interrupted. Above the Crucible is a lock 16, which is closed by the lids 17 and 18 and through known measures can be evacuated, so that here too the metal to be melted in the crucible 3 in Powder or lump form can be supplied without the vacuum in the casting chamber 1 being disturbed. to For this purpose, the rooms 14, 15 and 16 have suction nozzles, which are designated with 19, 20 and 21. The high vacuum line 22, which evacuates the space 1 and 10, must have a sufficient cross section and with sufficiently powerful pumps, preferably with a larger boat pump unit 23 connected to allow evacuation, even if the amount of gases evolved is considerable is.

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.The casting process now proceeds in such a way that the casting space 1 and the casting space 10 connected to it evacuated through line 22. At the same time the lock 16 is filled with the metal to be melted In lump or powder form, closes lids 17 and 18 and evacuates this room through line 21. If a sufficiently good vacuum is now created in room 16, so you open the flap 18 and let the 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.powdery metal fall into the crucible 3. The coil 5 is now switched on and it melts the powdery metal so that the crucible 3 is partially filled with the molten metal. While This melting process sinks the molten but heated metal in the lower part of the crucible the pouring channel 7, solidifies there and closes the crucible from below.

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.During this first melting process, the carriage 11 with the casting molds 12 is moved into the lock 14 brought and this lock evacuated through the vacuum line 19. Here is a good enough one too If a vacuum is generated, the carriage 11 is moved out of the lock 14 into the casting room 10. He's standing then so under the opening 7 that the first of its molds 12 the metal flowing down from there can accommodate. If the melting process has ended so far that the melt 4 is sufficiently mixed is, the coil 5 is turned off. After a while the melt is at a temperature that is only slightly higher than the solidification temperature. Then the coil 8 is switched on, which the in the pouring channel 7 located solid metal plug melts. The channel 7 is now running Melt into one of the molds 12 below. During this casting process, the coil 8 is not turned off, but it serves to the metal during its passage through the pouring channel 7 on to bring such a temperature that in the underlying mold 12 an almost void-free metal block is poured. If the mold is almost completely filled, the energy in the coil 8 is greatly increased, which leads to the fact that the jet in the pouring channel 7 narrows sharply.

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.If this constriction has occurred, then the closure part 9 is moved out of its position 9 'into the position brought exactly below 7 and the coil 8 switched off. The cold closure part 9 together with the now entering Cooling of the metal which is located in the pouring channel 7 leaves the metal here very quickly solidify so that a solid metal plug is formed again. Meanwhile, car 11 becomes like this Moved far further that there is a new mold under the pouring channel 7, then the closure part the position 9 is folded over into the position 9 'and the coil 8 is switched on / thus the one located in the pouring channel 7 Metal plug in turn melts and opens the way into the casting mold below. This process can be repeated until almost the entire molten metal 4 is in the underlying Forms has reached.

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.After a plug has again formed in the pouring channel 7 with the last remainder of the melt 4 metal in powder or lump form can again be fed into the crucible 3 through the lock 16 will. This allows the casting process to continue without interrupting the vacuum until all molds 12 are filled. If this carriage 11 is now changed with the aid of the locks 14 and 15 off, it is possible to cast large quantities of molds without wasting time to evacuate of the large melting and casting room (1 and 10) must become. The casting process thus allows large quantities in a semi-continuous operation To produce quantities of castings.

Claims

Patent claims:

1. Process to semi-continuous or continuous operation of a vacuum casting and -Melting plant with electro-inductive heating,

in which the crucible, which is provided with an induction coil, has one of the bottom as a bottom spout having a second induction coil surrounded casting channel, characterized in that the Energy of this lower induction coil not only for initiating the casting by melting of the metal stopper in the pouring channel, but also to heat up the pouring stream during the Gusses and for the temporary constriction of the pouring stream is used, the latter by corresponding Reinforcement of the electrical energy or the electromagnetic force field of the lower Induction coil is achieved.

2. The method according to claim 1, characterized in that after sufficient mixing the melt is given the opportunity to cool down to close to the solidification temperature, and that the thermal energy supplied to the pouring stream by the surrounding coil in the tapping channel is sufficient to to ensure a good quality of the cast despite the previous cooling.

3. The method according to claim 1, characterized in that after filling a casting mold Energy of the induction coil surrounding the tapping channel is increased so that the pouring stream constricted and by folding forward a cool, known per se, made of high-temperature-resistant material existing closure part and then by switching off the induction coil as a result of cooling and a new plug is formed as the melt solidifies.

4. The method according to claim 1 and 3, characterized in that after formation of the solidified Closure plug changed the casting mold below the tapping channel and / or a new one melting material is fed to the crucible.

5. Vacuum casting and melting system with electro-inductive Heating for carrying out the method according to claims 1 to 4, thereby characterized in that in addition to the two induction heating coils for melting and tapping of the material in the crucible and the closure part to be folded in front of the pouring channel at least one known vacuum lock with the necessary vacuum-tight closures and Evacuation lines are provided for changing the molds and / or refilling of the material to be melted without breaking the vacuum.

1 sheet of drawings