DE1143606B

DE1143606B - System for melting and casting metals or alloys under vacuum or protective gas

Info

Publication number: DE1143606B
Application number: DEB46609A
Authority: DE
Inventors: Dr Otto Winkler
Original assignee: BALZERS VAKUUM GES MIT BESCHRA
Current assignee: BALZERS VAKUUM GES MIT BESCHRA
Priority date: 1957-04-12
Filing date: 1957-10-30
Publication date: 1963-02-14

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumschmelz-und-gießanlage, mit welcher mehrere Schmelz- und Gießoperationen nacheinander ohne Unterbrechung des Vakuums durchgeführt werden können. Das Schmelzen und Gießen unter Vakuum bringt bekanntlich viele Vorteile. Im Vakuum können Metalle und Legierungen höchster Reinheit hergestellt werden, da jede störende Atmosphäre vermieden wird. Insbesondere sind es die in den Metallen gelösten Elemente Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, welche die mechanischen Eigenschaften vieler metallischer Werkstoffe in unerwünschter Weise beeinträchtigen. Man ist daher dazu übergegangen, Metalle nicht nur im Vakuum zu erschmelzen, sondern auch im Vakuum zu vergießen, um die neuerliehe Aufnahme von Verunreinigungen, wie sie beim Abgießen in normaler Atmosphäre eintreten würde, sicher zu vermeiden. Da auch Massenstähle mit Vorteil einer Vakuumbehandlung unterzogen werden, werden in steigendem Maße Großanlagen gebraucht, welche imstande sein müssen, Chargen von z. B. einer Tonne und mehr auf einmal zu erschmelzen und zu vergießen, öfen, bei denen das Metall in induktionsbeheizten Tiegeln und unter Vakuum geschmolzen und anschließend durch Kippen des Tiegels in eine ebenfalls im selben Vakuumkessel aufgestellte Gießform gegossen wird, sind bekannt. Bei diesen Öfen muß der Vakuumkessel natürlich so groß sein, daß Raum zum Schwenken des Tiegels zur Verfügung steht. In kleineren Anlagen spielt dieser Umstand noch keine ausschlaggebende Rolle, und Öfen dieser Bauart haben sich bis zu Einsatzgewichten von einigen hundert Kilogramm bewährt. Bei größeren Tiegeln aber (mit einem Fassungsvermögen von beispielsweise einer Tonne und mehr) wird der benötigte Ofenraum sehr groß werden. Es muß dann ein großes Kesselvolumen evakuiert werden, weiter sind große innere Oberflächen mit ensprechend starker Gasabgabe vorhanden. Diese beiden Umstände erfordern sehr große Pumpleistungen und lange Pumpzeiten und machen so das ganze Verfahren unwirtschaftlich, ganz abgesehen vom hohen Materialaufwand und von den hohen Kosten für die Erstellung einer solchen Großanlage. Die bisherigen Konstruktionen von öfen, mit denen man beides, nämlich Schmelzen und Gießen, unter Vakuum durchführen konnte, ließen auch deshalb nur Einsatzgewichte von höchstens 1000 kg Stahl zu, weil für höhere Gewichte eine hinreichende Stabilität des Tiegeleinbaues nicht mehr gewährleistet werden konnte.The present invention relates to a vacuum melting-and-casting system with which several Melting and casting operations can be carried out one after the other without breaking the vacuum can. Melting and casting under vacuum is known to have many advantages. In a vacuum you can Metals and alloys of the highest purity are produced, as any disturbing atmosphere is avoided will. In particular, it is the elements dissolved in the metals oxygen, nitrogen and hydrogen, which affect the mechanical properties of many metallic materials in an undesirable manner. There has therefore been a move towards melting metals not only in a vacuum, but rather also to be poured in a vacuum in order to avoid the recent absorption of impurities, such as those in the Pouring off in a normal atmosphere would certainly be avoided. Because bulk steels are also an advantage are subjected to a vacuum treatment, large systems are increasingly needed, which must be able to process batches of e.g. B. to melt and to melt a ton and more at once potting, furnaces where the metal is heated in induction Crucibles and melted under vacuum and then by tilting the crucible into a Casting mold set up in the same vacuum vessel is also known. With these ovens the vacuum vessel must of course be so large that space is available for swiveling the crucible stands. In smaller plants, this fact does not play a decisive role, and ovens do Bauart have proven themselves up to operating weights of a few hundred kilograms. With larger crucibles but (with a capacity of, for example, a ton and more) will be the one needed Oven space become very large. A large volume of the boiler must then be evacuated, and there are also large ones inner surfaces with correspondingly strong gas release present. These two circumstances require very high pumping capacities and long pumping times, making the whole process uneconomical, Quite apart from the high cost of materials and the high costs of creating a such a large system. The previous constructions of furnaces, with which one can do both, namely melting and casting, could be carried out under vacuum, therefore only allowed insert weights of at most 1000 kg of steel are added because the crucible is no longer sufficiently stable for higher weights could be guaranteed.

Aus einer Veröffentlichung ist ein Ofen bekanntgeworden, der ein evakuierbares, kippbares Schmelz-Anlage zum Schmelzen und GießenA furnace has become known from a publication which has an evacuable, tiltable melting system for melting and pouring

von Metallen oder Legierungenof metals or alloys

unter Vakuum oder Schutzgasunder vacuum or protective gas

Anmelder:Applicant:

Balzers Vakuum Gesellschaft
mit beschränkter Haftung,
Frankfurt/M., Seehofstr. 11Balzers vacuum company
with limited liability,
Frankfurt / M., Seehofstr. 11

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. April 1957 (Nr. 11 980)Claimed priority:
Great Britain dated April 12, 1957 (No. 11,980)

Dr. Otto Winkler, Balzers (Liechtenstein),
ist als Erfinder genannt wordenDr. Otto Winkler, Balzers (Liechtenstein),
has been named as the inventor

gefäß aufweist, welches ein Ausgußrohr besitzt, wobei dieses Ausgußrohr drehbar mit einem die Gußform aufnehmenden, ebenfalls evakuierbaren Behälter verbunden ist. Das Augußrohr muß zur Gänze feuerfest ausgekleidet sein, das es mit dem Schmelzgefäß starr verbunden ist und sich beim Kippen desselben mitdreht. Eine solche Konstruktion bringt große Schwierigkeiten, weil die Auskleidung des Abgußrohres mit einem geeigneten Futter schwer durchzuführen und insbesondere eine nachträgliche Reparatur dieser Auskleidung im Falle einer Bechädigung kaum möglich ist. Da das Ausgußrohr in unmittelbaren Kontakt mit der Schmelze kommt, erhitzt es sich sehr stark, und dies macht eine drehbare Abdichtung äußerst schwierig und erfordert eine aufwandreiche Kühlung.having vessel which has a pouring tube, this pouring tube rotatable with a the casting mold receiving, also evacuable container is connected. The Augußrohr must be entirely fire-proof be lined that it is rigidly connected to the melting vessel and the same when tilting turns. Such a construction brings great difficulties because of the lining of the pouring pipe Difficult to carry out with a suitable lining and especially a subsequent repair this lining is hardly possible in the event of damage. Since the pouring tube in immediate When it comes into contact with the melt, it heats up very much, and this makes a rotatable seal extremely difficult and requires extensive cooling.

Vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten zu überwinden und eine Vakuumanlage für halbkontinuierliche Betriebsweise zu schaffen, die eine wirtschaftliche Mengenfertigung unter Hochvakuumbedingungen auch bei großen Einsatzgewichten möglich macht. Die Anlage nach der Erfindung zum Schmelzen und Gießen von Metallen oder Legierungen unter Vakuum oder Schutzgas, bei der aus einem Ofenkessel mit fest eingebautem Schmelztiegel durch Kippen derselben um eine horizontale, außerhalb der Ofenmitte liegende Achse Schmelze durch die hohle Kippachse in eineThe present invention has set itself the task of overcoming these difficulties and a To create a vacuum system for semi-continuous operation that allows for economical volume production makes possible under high vacuum conditions even with large operating weights. The plant after the invention for melting and casting metals or alloys under vacuum or protective gas, in the case of a furnace kettle with a permanently installed crucible by tilting the same a horizontal axis lying outside the furnace center melt through the hollow tilt axis into a

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in einem feststehenden, mit dem Ofenraum durch die hohle Kippachse in Verbindung stehenden Behälter befindliche Gießform zu gießen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß auch die Hohlachse hindurch eine von der Schnauze des Schmelztiegels bis über die Gießform reichende, feststehende, am Behälter für die Gießform befestigte Schmelzrinne geführt ist.in a stationary container connected to the furnace chamber through the hollow tilt axis The casting mold located is to be cast, is characterized in that the hollow axle is also passed through it one from the mouth of the crucible to over the casting mold, fixed, on the container for the mold attached melt channel is guided.

Man hat bei der erfindungsgemäßen Vakuumschmelz- und -gießanlage die Möglichkeit, die üblichen Gießrinnen zu verwenden, die im Falle einer Beschädigung leicht ausgebaut und repariert werden können. Da ein unmittelbarer Kontakt mit der Wand der umgehenden Hohlachse nicht besteht, ist die Erhitzung der letzteren verhältnismäßig gering und das Kühl- und Dichtungsproblem mit bekannten Mitteln zu lösen.With the vacuum melting and casting system according to the invention, one has the option of using the usual To use casting channels that can be easily removed and repaired in the event of damage can. Since there is no direct contact with the wall of the surrounding hollow axis, there is heating the latter relatively minor and the cooling and sealing problem with known means to solve.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 3 by means of an exemplary embodiment.

In den Figuren bedeutet 1 einen verschließbaren Vakuumkessel, der mittels zweier seitlich an den Kessel angesetzter Rohrstutzen 2 und 3, die als Wellenzapfen dienen, in vakuumdichten Lagern 4 und 5 in einem Gestell kippbar aufgehängt ist. Auf dem Bodenstück 7 des Kessels 1 ist ein Schmelztiegel 8 aufgebaut, der mittels einer Induktionsspule 9 beheizt werden kann. Der Heizstrom wird durch die Zuleitung 10 zugeführt. Das Bodenstück 7 des Kessels ist lösbar vakuumdicht mit dem zylindrischen Kesselmantel la verbunden, ebenso der Deckel 11, welcher zur Beobachtung der Vorgänge im Innern des Ofens Schaugläser 12 und zur Zugabe von Legierungsbestandteilen während des Schmelzens eventuell noch ein Zellenrad 13 trägt, in dessen einzelne Zellen die zuzugebenden Komponenten vor dem Schließen des Deckels eingebracht werden. Der Kesselmantel und der Deckel sind doppelwandig ausgeführt und werden durch durchströmendes Kühlwasser gekühlt.In the figures, 1 denotes a lockable vacuum vessel which is tiltably suspended in vacuum-tight bearings 4 and 5 in a frame by means of two pipe sockets 2 and 3 attached to the side of the vessel and serving as shaft journals. A crucible 8, which can be heated by means of an induction coil 9, is built on the bottom piece 7 of the boiler 1. The heating current is supplied through the supply line 10. The bottom piece 7 of the boiler is detachably connected in a vacuum-tight manner to the cylindrical boiler shell la , as is the cover 11, which carries sight glasses 12 for observing the processes inside the furnace and possibly also a cellular wheel 13 in its individual cells for adding alloy components during melting the components to be added are introduced before the lid is closed. The boiler shell and the cover are double-walled and are cooled by the cooling water flowing through them.

Die Evakuierung des dargestellten Ofens erfolgt über die hohle Kippachse 2 mittels eines Pumpenaggregates, bestehend aus einer Diffusionspumpe 14 großer Leistung und einer Vorpumpe 15. Zwischen Vorpumpe und Diffusionspumpe kann zur Erhöhung der Pumpenförderleistung im Vakuumbereich von 1O^-1 bis 10~² Torr eine Boosterpumpe eingeschaltet sein, z.B. eine mechanische Boosterpumpe 16 (Rootsgebläse). Entsprechende Ventile 17,18,19 zur Steuerung des Evakuierungsvorganges sind in an sich bekannter Weise vorgesehen. Durch die hohle Kippachse 2 kann auch die Materialzugabe erfolgen, für welchen Zweck eine Schüttelrinne 20 vorgesehen ist, die zum Tiegel führt und von einer VakuumschleuseThe evacuation of the furnace shown is effected via the hollow tilt axis 2 by means of a pump assembly, comprising 14 large power and a backing pump 15, between the backing pump and diffusion pump can be switched from a diffusion pump for increasing the pump capacity in the vacuum range of 1O ^-1 to 10 ^-2 Torr, a booster pump be, for example a mechanical booster pump 16 (Roots blower). Corresponding valves 17, 18, 19 for controlling the evacuation process are provided in a manner known per se. The material can also be added through the hollow tilting axis 2, for which purpose a vibrating chute 20 is provided, which leads to the crucible and from a vacuum lock

21 her beschickt werden kann. Die Schleuse selbst weist in an sich bekannter Weise ein Schleusenventil21 can be loaded. The lock itself has a lock valve in a manner known per se

22 und eine Schleusenkammer 23 auf, die mit dem Deckel 24 gegen den Außenraum abgeschlossen ist. Die Schleusenkammer 23 ist mit einer kleinen, hier nicht dargestellten Hilfspumpe verbunden, damit während des Betriebes des Ofens, ohne das Vakuum im Ofen unterbrechen zu müssen, neues zu schmelzendes Gut in den Tiegel eingeführt werden kann. Das geschieht in der Weise, daß das Schleusenventil 22 geschlossen, der Deckel 24 geöffnet und das Nachschubgut in die Schleusenkammer 23 eingesetzt wird. Dann wird der Deckel 24 wieder geschlossen und die Schleusenkammer mittels der erwähnten Hilfspumpe evakuiert. Danach kann das Schleusenventil wieder geöffnet und das Nachschubgut über die Schüttelrinne dem Tiegel zugeleitet werden. Für die Bewegung der Schüttelrinne dienen an sich bekannte Antriebsmittel.22 and a lock chamber 23, which is closed with the cover 24 from the outside space. The lock chamber 23 is connected to a small auxiliary pump, not shown here, with it new to be melted during the operation of the furnace without having to interrupt the vacuum in the furnace Can be easily inserted into the crucible. This is done in such a way that the lock valve 22 closed, the cover 24 opened and the replenished goods inserted into the lock chamber 23 will. Then the cover 24 is closed again and the lock chamber by means of the aforementioned Auxiliary pump evacuated. Then the lock valve can be opened again and the replenished goods over the vibrating chute can be fed to the crucible. Known ones are used to move the vibrating chute Drive means.

Das Abgießen des geschmolzenen Gutes erfolgt durch die rechtsseitige hohle Kippachse 3 in eine Gießform 25. Dazu wird der Kessel 1, welcher in den Lagern 4 und 5 drehbar aufgehängt ist, mittels einer Winde 30 mit Zugketten 31 gekippt. Infolge des Kippens fließt das Schmelzgut aus dem Tiegel 8 über die Tiegelschnauze 8 a in eine Rinne 26 über und strömt von da in die Gießform 25. (Der Anschaulichkeit der Darstellung wegen wurden in der Fig. 1 axiale Schnitte durch den Vakuumkessel 1 und durch den Gußformbehälter 32 sowie die mit ihm verbundenen Teile 33 bis 38 gelegt, die nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen.)The pouring of the molten material takes place through the right-hand hollow tilt axis 3 in a Casting mold 25. For this purpose, the boiler 1, which is rotatably suspended in the bearings 4 and 5, is by means of a Winch 30 tilted with pull chains 31. As a result of the tilting, the melting material overflows from the crucible 8 the crucible nozzle 8a over into a channel 26 and flows from there into the casting mold 25. (The clarity For the sake of illustration, FIG. 1 shows axial sections through the vacuum vessel 1 and through placed the mold container 32 and the parts 33 to 38 connected to it, which are not in a common Level.)

Für Schmelzgut sehr hoher Temperatur, z. B. Stahl, wird die Rinne zweckmäßig an ihrer Unterseite gekühlt, von der Oberseite her dagegen durch eine Heizvorrichtung 27 beheizt und eventuell wärmeisolierend abgedeckt. Die Kühlvorrichtung, z.B. eine wasserdurchströmte Kühlschlange 28 dient dazu, das Schmelzgut, das etwa bei Beschädigung des Bettes der Gießrinne durch Spalte ausströmen könnte, sofort erstarren zu lassen. Die Heizung ist dagegen bei Stahl notwendig, um ein Einfrieren desselben in der Gießrinne zu verhüten. Die Heizvorrichtung 27 für die Gießrinne 26 ist im Ausführungsbeispiel ein widerstandsbeheizter Heizstab, der auf einer Trägerplatte 29 befestigt ist und leicht durch Abflanschen derselben ausgewechselt werden kann.For hot melt material at very high temperatures, e.g. B. steel, the gutter is appropriately cooled on its underside, on the other hand, heated from the top by a heating device 27 and possibly thermally insulating covered. The cooling device, for example a cooling coil 28 through which water flows, serves to Melting material that could flow out through gaps, for example if the bed of the casting channel is damaged, immediately to freeze. On the other hand, heating is necessary for steel to prevent it from freezing in the To prevent pouring channel. The heating device 27 for the casting channel 26 is a in the embodiment Resistance-heated heating rod which is attached to a support plate 29 and can be easily removed by flanging the same can be replaced.

Gießrinne, Kippachse und Tiegelschnauze müssen so angeordnet sein, daß beim Kippen in jeder Stellung des Tiegels das von der Tiegelschnauze fließende Schmelzgut ohne große Fallhöhe in die Gießrinne gelangt. Tiegelschnauze und Eingußstelle in die Rinne müssen also in der Nähe der in den Fig. 2 und 3 markierten Kippachse des Ofenkessels 1 bzw. des mit diesem verbundenen Tiegels liegen. Es ist vorteilhaft, wenn auch die Gießformen auswechselbar sind, so daß mehrere Blöcke nacheinander aus derselben Tiegelcharge gegossen werden können. Dazu dient folgende Einrichtung: Es ist ein fahrbarer Behälterunterteil 32 vorhanden, welcher die Gießform 25 enthält und welcher den Deckel 33 mit einem flexiblen rohrförmigen Anschlußstück34, das z.B. aus Wellrohr bestehen kann, aufweist. Mit dem Anschlußstück 34 kann der Behälter an den Rohrstutzen 35 vakuumdicht angeflanscht werden. Der Stutzen 35 führt über ein Ventil 36 (hier als Schieber ausgebildet) zum Vakuumraum 37, welcher mit dem Ofenkessel 1 über die hohle Kippachse 3 in Verbindung steht. Der Vakuumraum 37 wird durch die Teile 38, 39 und 29 begrenzt. Teil 38 ist an dem Lagergehäuse 5 vakuumdicht angeflanscht. 40 bezeichnet einen Gießtrichter, der insbesondere für Güsse in schlanke Kokillen zweckmäßig vorgesehen ist. Der Stutzen 35 steht über eine Leitung 41 und ein Ventil 42 mit einer Hilfsvakuumpumpe 43 in Verbindung. Die vorbeschriebene Gießeinrichtung ermöglicht den Wechsel der Gießformen ohne Unterbrechung des Vakuums. Beim Wechsel einer Form muß zuerst das Ventil 36 geschlossen und Luft oder Schutzgas in den Behälter 32 (über ein nicht gezeichnetes Flutventil) eingelassen werden, dann kann der Behälter 32 vom Stutzen 35 abgeflanscht und weggefahren werden. Zweckmäßig steht die neu anzuschließende Gießform in einem gleichen wie 32 gebauten anderenThe pouring chute, tilting axis and crucible nozzle must be arranged in such a way that when tilting in every position of the crucible, the melt material flowing from the crucible nozzle without a large drop height into the pouring channel got. The crucible spout and the pouring point in the channel must therefore be close to the position shown in FIG and 3 marked tilting axis of the furnace vessel 1 or the crucible connected to it lie. It is advantageous if the molds are interchangeable, so that several blocks one after the other from the same Crucible batch can be poured. The following device is used for this purpose: It is a mobile container base 32 present, which contains the mold 25 and which the lid 33 with a flexible tubular connection piece 34, which can for example consist of corrugated pipe. With the connector 34, the container can be flange-mounted to the pipe socket 35 in a vacuum-tight manner. The nozzle 35 leads via a valve 36 (designed here as a slide) to the vacuum chamber 37, which is connected to the furnace chamber 1 is connected via the hollow tilt axis 3. The vacuum space 37 is through the parts 38, 39 and 29 limited. Part 38 is flange-mounted to the bearing housing 5 in a vacuum-tight manner. 40 denotes a pouring funnel, which is particularly useful for castings in slim molds. The nozzle 35 is in communication with an auxiliary vacuum pump 43 via a line 41 and a valve 42. The one described above Casting device enables casting molds to be changed without interrupting the vacuum. When changing a shape, the valve 36 must first be closed and air or protective gas into the container 32 (via a flood valve, not shown), then the container 32 be flanged from the nozzle 35 and moved away. The new one to be connected is expediently available Mold in a same as 32 built others

Behälter (Fig. 2) schon bereit, welcher dann an den Anschlußstutzen 35 herangefahren und angeschlossen wird. Mit der Hilfspumpe 43 wird die Evakuierung des neu angeschlossenen Behälters durchgeführt; wenn das Vakuum in diesem erreicht ist, kann das Ventil 5 36 geöffnet und die Verbindung mit dem schon unter Vakuum stehenden Ofenraum 1 hergestellt werden.Container (Fig. 2) already ready, which then moved up to the connecting piece 35 and connected will. The evacuation of the newly connected container is carried out with the auxiliary pump 43; if the vacuum is reached in this, the valve 5 36 can be opened and the connection with the already below Vacuum standing furnace chamber 1 can be produced.

Der erfindungsgemäße Ofen ermöglicht ebenso leicht den Wechsel der Tiegel. Zu diesem Zweck ist unter dem Ofenkessel 1 eine hydraulische oder andere j ο Hebevorrichtung 45 vorhanden. Mit dieser Hebevorrichtung kann das Bodenstück 7 mit dem daran befestigten Tiegel 8 nach Lösen der Verbindung mit dem Ofengehäuse la nach unten abgesenkt werden. Wenn das Bodenstück, wie in den Figuren gezeigt, fahrbar ausgebildet ist, kann es nach Absenken auf Flurebene und Lösen der Stromzuführungen 10 weggefahren und ein mit einem neuen Tiegel bestücktes, bereitstehendes anderes Bodenstück an den Kessel angeschlossen werden. Durch diese schnelle Auswechselbarkeit der Tiegel wird die Wirschaftlichkeit und Betriebssicherheit der Anlage sehr erhöht, denn es lassen sich auf diese Weise nicht nur Tiegelreparaturen nahezu ohne Unterbrechung der laufenden Produktion durchführen, sondern es ist auch ein schnelles Umstellen auf verschiedene Schmelzen, die etwa verschiedene Tiegelmaterialien erfordern, und die Anpassung an die jeweilige optimale Tiegelgröße leicht möglich.The furnace according to the invention allows the crucibles to be changed just as easily. For this purpose, a hydraulic or other lifting device 45 is provided under the furnace chamber 1. With this lifting device, the bottom piece 7 with the crucible 8 attached to it can be lowered downwards after the connection with the furnace housing la has been released. If the bottom piece, as shown in the figures, is designed to be mobile, it can be moved away after lowering it to floor level and loosening the power supply lines 10, and another available bottom piece equipped with a new crucible can be connected to the boiler. This quick interchangeability of the crucibles greatly increases the efficiency and operational reliability of the system, because in this way not only crucible repairs can be carried out with almost no interruption in ongoing production, but it is also a quick changeover to different melts, which require different crucible materials , and the adaptation to the respective optimal crucible size is easily possible.

Damit das Bodenstück 7 mitsamt dem Tiegel 8 nach unten abgesenkt werden kann, muß zuerst die Gießrinne, die der Gießschnauze gegenübersteht und mit ihr beim Absenken sonst zusammenstoßen würde, entweder etwas in Richtung nach der Platte 29 zurückgezogen oder etwas gekippt werden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Haltevorrichtungen für die Rinne, die dieses Zurückziehen oder eine gewisse Verdrehbarkeit gestatten, sind leicht auszubilden. Man kann aber auch die Rinne starr einbauen, muß aber dann bei Vertikalbewegungen des Tiegels denselben zuerst um seine vertikale Tiegelachse mitsamt dem gelösten Bodenstück etwas drehen, so daß die Tiegelschnauze beim Absenken nicht mehr mit dem Rinnenrand zusammenstößt. So that the bottom piece 7 together with the crucible 8 can be lowered down, the must first A pouring channel that faces the pouring spout and would otherwise collide with it when it is lowered, either be retracted a little in the direction of the plate 29 or tilted a little, as in FIG. 3 is shown. The holding devices for the channel that allow this retraction or a certain rotatability allow are easy to train. But you can also install the gutter rigidly, but then you have to with vertical movements of the crucible the same first about its vertical crucible axis together with the loosened one Turn the bottom piece a little so that the crucible nozzle no longer collides with the edge of the channel when it is lowered.

Bei vorbekannten Öfen mit einem an einer Achse befestigten kippbaren Tiegel war der Wechsel der Tiegel sehr umständlich, weil erst die kompliziert ausgeführte elektrische Isolation der Stromzuführung über die Achse zum Tiegel gelöst werden mußte. Beim erfindungsgemäßen Ofen dagegen sitzt der Tiegel 8 fest auf dem Bodenstück 7 auf. Bei Übertragung großer Leistungen ist es unter Umständen, um die elektrischen Verluste und den Materialaufwand für die Zuleitungen herabzusetzen, vorteilhaft, wenn eine hohe Spulenspannung gewählt werden kann, bei der an sich im Vakuum die Gefahr von Überschlagen besteht, die nur dadurch vermieden werden kann, daß alle spannungsführenden Teile gegen den Vakuumraum isoliert sind. Bei den vorbekannten Öfen mit kippbarem Tiegel mußte die isolierte Stromzuführung drehbar im Kessel angeordnet werden, und es war notwendig, beim Auswechseln des Tiegels, das gemeinsam mit der Induktionsspule erfolgt, die im Vakuumraum befindlichen Stromanschlüsse zur drehbaren koaxialen Stromzuführung zu lösen. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform dagegen kann die Stromzuführung fest in die Wandung des Vakuumkessels eingebaut werden, so daß beim Auswechseln des Tiegels nur die äußeren, nicht im Vakuumraum befindlichen Anschlüsse 10 a zur Stromzuführung gelöst werden müssen. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung und Erhöhung der Betriebssicherheit, auch wenn hohe Spannungen angewendet werden.In previously known furnaces with a tiltable crucible attached to an axis, the change was the Crucible very cumbersome, because only the complicated electrical insulation of the power supply had to be solved via the axis to the crucible. In the oven according to the invention, however, sits the Crucible 8 firmly on the base 7. When transmitting large services, it may be in order to reduce the electrical losses and the cost of materials for the supply lines, advantageous, if a high coil voltage can be selected, with which in itself there is a risk of There is flashover, which can only be avoided by removing all live parts are isolated from the vacuum space. In the previously known furnaces with tiltable crucibles, the insulated one had to be Power supply can be rotatably arranged in the boiler, and it was necessary when replacing of the crucible, which takes place together with the induction coil, the power connections located in the vacuum space to solve for the rotatable coaxial power supply. In the embodiment according to the invention, on the other hand, the power supply can be firmly inserted into the Wall of the vacuum vessel so that when changing the crucible only the outer, Connections 10 a not located in the vacuum space have to be released for power supply. Through this This results in a significant simplification and an increase in operational reliability, even when the voltages are high be applied.

Es sei noch auf folgende Einzelheiten eines erfindungsgemäßen Ofens hingewiesen: Der feste Aufbau des Tiegels auf dem Boden des Ofenkessels läßt es zu, den Tiegel außen mit magnetischen Jochen zu versehen, die am einfachsten durch Blechpakete aus magnetisch-weichem Material, z. B. Dynamoblech, die ringsherum an den Tiegelwänden und am Tiegelboden angeordnet sind, gebildet werden. Dadurch wird das magnetische Streufeld außerhalb der Spule stark verringert, was wiederum einen geringeren Durchmesser des Kessels 1 erlaubt, ohne daß die Wirbelstromverluste in den metallischen Kesselwänden unzulässig groß werden. Solche magnetische Joche, die für feststehende Tiegel allgemein bekannt sind, lassen sich bei kippbaren Tiegeln kaum verwenden, da dadurch die zu manipulierenden Gewichte unpraktisch groß werden.The following details of a furnace according to the invention should also be noted: The solid structure of the crucible on the bottom of the furnace kettle allows the crucible on the outside with magnetic yokes provided, which is easiest by sheet metal stacks of magnetically soft material, such. B. dynamo sheet, which are arranged around the crucible walls and the crucible bottom, are formed. Through this the stray magnetic field outside the coil is greatly reduced, which in turn is less Diameter of the boiler 1 allowed without the eddy current losses in the metallic boiler walls become impermissibly large. Such magnetic yokes, commonly known for fixed crucibles can hardly be used with tiltable crucibles, as this reduces the weight to be manipulated become impractically large.

Der feststehende Aufbau des Tiegels, den die erfindungsgemäße Konstruktion zuläßt, bringt auch sonst eine Reihe beachtlicher Vorteile gegenüber kippbaren Tiegeln. Bei kippbaren Tiegeln muß der Rahmen der Tiegelhalterung sehr stabil aufgebaut sein, damit beim Bewegen desselben nicht elastische Deformationen des Halterahmens mechanische Spannungen auf den sehr empfindlichen keramischen Tiegel übertragen, was sehr leicht zu Tiegelrissen oder gar Brüchen führen kann. Da überdies wegen der Wärmeausdehnung der Tiegel nicht starr gehaltert sein darf, dennoch aber gut abgestützt sein muß, muß bei Öfen mit kippbaren Tiegeln eine sorgfältige Abstützung mit Asbestzement und dergleichen Isolierstoffen vorgenommen werden. Bei dem vorliegenden Ofen dagegen bietet das magnetische Joch zugleich eine sehr stabile Abstützung der Spule, die jedoch der Wärmeausdehnung Spiel gewährt, wobei Asbest und ähnliche im Vakuum nicht gern gesehene, weil stark Gas abgebende Stoffe vermieden werden können.The fixed structure of the crucible, which allows the construction according to the invention, also brings otherwise a number of considerable advantages over tiltable crucibles. In the case of tiltable crucibles, the The frame of the crucible holder must be very stable so that it is not elastic when it is moved Deformations of the holding frame mechanical stresses on the very sensitive ceramic Transferring the crucible, which can very easily lead to crucible cracks or even breaks. Because of the Thermal expansion of the crucible must not be rigidly held, but must nevertheless be well supported In the case of furnaces with tiltable crucibles, careful support with asbestos cement and similar insulating materials be made. In the present furnace, however, the magnetic yoke offers at the same time a very stable support of the coil, which however allows the thermal expansion play, with asbestos and Similar substances, which are not welcome in a vacuum, because strongly gas-emitting substances can be avoided.

Der erfindungsgemäße Ofen kann ohne jede Änderung des Aufbaues wahlweise unter Vakuum oder mit Schutzgasatmosphäre betrieben werden. Infolge des kleinen Kesselvolumens ist der Aufwand für die Füllung mit reinem Schutzgas sehr gering, so daß überhaupt erst bei dieser Lösung eine solche Arbeitsweise in Betracht gezogen werden kann. Sie ist oft von Interesse beim Gießen in Sandformen, welche wegen ihrer Porosität bzw. wegen des sich daraus ergebenden starken Gasgehaltes und starker Gasabgabe die Herstellung eines Vakuums sehr erschweren.The furnace according to the invention can be used without any change in the structure either under vacuum or with Protective gas atmosphere are operated. Due to the small boiler volume, the effort for the Filling with pure protective gas is very low, so that such a mode of operation is only possible with this solution can be considered. It is often of interest when casting in sand molds, which because of their porosity or because of the resulting high gas content and high gas release make the creation of a vacuum very difficult.

Es ist auch ohne Abänderung des Ofens eine Arbeitsweise möglich, bei der das Schmelzen in Schutzgasatmosphäre bei geschlossenem Schleusenventil 36 erfolgt, das Abgießen dagegen in Luft. Zum Abgießen wird in diesem Falle das Ventil 36 geöffnet, wobei eine nur geringe Menge Schutzgas aus dem Ofen entweicht, und das Schmelzgut wird alsdann über den Trichter 40 in die in freier Atmosphäre stehende Gießform 25 abgegossen. Während des Gießens schließt der Gießstrahl beim Durchgang durch den Trichter die Ofenschutzgasatmosphäre gegen die Außenluft hermetisch ab. Wenn der Fallweg zwischen der Mündung des Gießtrichters und der Gießform 25 entsprechend kurz (kurzer als in den Figuren sehe-A mode of operation in which the melting takes place in a protective gas atmosphere is also possible without changing the furnace when the lock valve 36 is closed, the pouring takes place in air. For pouring the valve 36 is opened in this case, with only a small amount of protective gas from the The furnace escapes, and the material to be melted is then transferred via the funnel 40 into the free atmosphere Casting mold 25 poured off. During pouring, the pouring stream closes when it passes through the Hermetically funnels the furnace protective gas atmosphere from the outside air. When the fall path between the mouth of the pouring funnel and the casting mold 25 correspondingly short (shorter than in the figures

matisch gezeigt) ausgebildet wird, ist keine nennenswerte neuerliche Sauerstoff aufnahme des Gießstrahls aus der Luft zu befürchten. Da beim Gießen in Luft das Vorevakuieren der Behälter 32 entfällt, kann bei rasch hintereinanderfolgenden Abgüssen in mehrere Gießformen wesentlich an Arbeitszeit eingespart werden.shown) is not a significant one fear of renewed oxygen absorption of the pouring stream from the air. As when pouring in air there is no need to pre-evacuate the containers 32, and can be split into several castings in rapid succession Casting molds can be saved significantly in terms of working time.

Eine weitere Möglichkeit der Abkürzung der Arbeitszeiten ist gegeben, wenn die Heizvorrichtung für die Gießrinne so ausgebildet wird, daß der Heizkörper 27 wahlweise aus der Heizzone in eine Kühlzone zurückgezogen werden kann, um ihn schneller abkühlen zu lassen, bevor der Ofen geöffnet werden kann. Die Möglichkeit des Zurückziehens des Heizkörpers aus der Gießrinne hat den weiteren Vorteil, daß mit Sicherheit vermieden wird, daß er beim Gießen durch Spritzer aus der Schmelze beschädigt wird.Another possibility of shortening the working hours is given when the heating device is designed for the casting channel so that the heating element 27 is optionally from the heating zone into a cooling zone can be withdrawn to allow it to cool more quickly before opening the oven can. The possibility of withdrawing the radiator from the pouring channel has the further advantage of that it is avoided with certainty that it is damaged during casting by splashes from the melt will.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ofens ist es zweckmäßig, für die Stromzuführungen 10 nicht einfach flexible Zuleitungskabel zu verwenden, sondern massive Stromleiterschienen entsprechender Breite, die an der Außenwand des Ofenkessels befestigt sein können und die zu Kupferringen an der Außenseite der Kippachse führen, wie die Zeichnungen zeigen. Die Generatorleitungen sind ebenfalls mit Kupferringen verbunden, die den erstgenannten Ringen gegenüberstehen, und zwischen den Ringen sind ähnlich wie bei einem Kugel- oder Rollenlager kontaktgebende Kugeln bzw. Rollen angeordnet, über die die Stromübertragung von den Speiseleitungen zu den Stromzuführungsschienen am Kessel erfolgt. Auf diese Weise können auch sehr starke Ströme und hohe Leistungen betriebssicher übertragen werden. Diese Anordnung hat weiter den Vorteil, daß in jeder beliebigen Schwenklage des Ofenkessels der Strom eingeschaltet bleiben kann. Diese Möglichkeit ist wichtig, da es beim Schmelzen oft darauf ankommt, auch während des Vergießens, also in gekippter Tiegelstellung, nachzuheizen oder den Tiegel unter Heizen auch nach der anderen Seite schwenken zu können, um Krusten an den Wänden, die sich häufig bilden, abzuschmelzen.In a further embodiment of the furnace according to the invention, it is expedient for the power supply lines 10 not simply to use flexible supply cables, but rather massive conductor rails correspondingly Width that can be attached to the outer wall of the furnace kettle and that become copper rings on the outside of the tilt axis, as shown in the drawings. The generator lines are also connected with copper rings facing the former rings, and between the rings are arranged with contact-making balls or rollers, similar to a ball or roller bearing, Over which the power transmission from the feed lines to the power supply rails on Boiler takes place. In this way, even very strong currents and high outputs can be operated reliably be transmitted. This arrangement has the further advantage that in any pivot position of the Furnace boiler the electricity can remain switched on. This possibility is important as it melts It is often important to reheat or even during casting, i.e. in the tilted crucible position to be able to swivel the crucible to the other side while heating to remove crusts on the walls, which often form, melt away.

Grundsätzlich ist die Erfindung bei Öfen beliebiger Größe realisierbar. Ihr wichtigstes Anwendungsgebiet liegt jedoch, wie schon eingangs erwähnt, bei den Großanlagen. Bei diesen großen Anlagen müssen auch die Pümpledtungen entsprechend dimensioniert werden; vorzugsweise wird die vorhegende Erfindung bei Vakuum-Großanlagen angewendet, bei denen die Pumpleitung, hier also die hohlen Kippachsen 2 und 3, einen Durehmesser von wenigstens 300 mm besitzen, so daß Pumpen sehr hoher Saugleistung von beispielsweise ekligen tausend Litern pro Sekunde angeschlossen werden können und in den hohlen Kippachsen 2 und 3 so viel Raum zur Verfügung steht, daß die Gießrinne und sonstige etwaige Abgießeinrichtungen nach Belieben optimal ausgestaltet werden können und auch die Möglichkeit der Materialzugabe durch eine dieser Hohlachsen gegeben ist. Der Bau der erfindungsgemäßen Vakuumschmelz- und -gießanlage wird durch die bewußte Verwendung von Ringdichtungen sehr großer Durchmesser ermöglicht.In principle, the invention can be implemented in ovens of any size. Your most important area of application However, as already mentioned at the beginning, this lies in the large-scale systems. With these large plants you have to the Pümpledtungen are also dimensioned accordingly; preferred is the present invention Used in large-scale vacuum systems in which the pump line, in this case the hollow tilting axes 2 and 3, have a diameter of at least 300 mm, so that pumps with very high suction capacities of For example, a disgusting thousand liters per second can be connected and in the hollow Tilting axes 2 and 3 so much space is available that the pouring channel and any other pouring devices can be optimally designed at will and also the possibility of adding material is given by one of these hollow axes. The construction of the inventive vacuum melting and casting plant becomes very large diameters through the deliberate use of ring seals enables.

Claims

PATENT CLAIMS:

1.System for melting and casting metals or alloys under vacuum or protective gas, in which a furnace vessel with a permanently installed crucible, by tilting the same around a horizontal axis lying outside the furnace center, melts through the hollow tilt axis into a stationary one with the Oven space is to be poured through the container connected to the hollow tilt axis, characterized in that through the hollow axis (3) a stationary, is guided on the container (32 to 39) for the casting mold attached melt channel (26).

2. Plant according to claim 1, characterized in that the lower part (32) of the casting mold (25) containing container (32 to 39) is to be separated from the other container parts, with the A sluice valve (36) is provided at the end of the remaining container parts.

3. Plant according to claim 1, characterized in that for the addition of to be melted Material a second channel (20) is arranged, which through the hollow tilt axis (2) leads to the crucible (8).

4. Plant according to claim 3, characterized in that the material feed channel (20) as Shaking chute is formed.

5. Plant according to claim 3, characterized in that the material feed channel (20) has a Vacuum lock (22) is assigned.

6. Plant according to claim 1, characterized in that the crucible (8) is induction heated and is surrounded on the outside by magnetic yokes.

7. Plant according to claim 6, characterized in that the induction-heated crucible (8) with the detachable bottom piece (7) of the furnace housing (1) a unit that can be replaced as a whole forms.

8. Device according to claim 1, characterized in that that the pouring channel (26) is designed to be heatable and coolable.

9. High current conduction for the transmission of high and medium frequency current to the crucible the system according to claim 1 to 8, characterized in that a current-carrying, as Bearing ring formed part of the hollow tilt axis (2) are assigned to rolling elements, which in turn are surrounded by a second, fixed bearing ring like roller bearings, the rolling elements and the bearing rings preferably from There are copper, and from the rotatable bearing ring to the induction coil (9) on the outside of the tiltable Lead the melting kettle (X) permanently installed lines (10).

Considered publications:
German Patent No. 653 793;
Zeitschrift für Metallkunde, 1955, no. 4, pp. 246 to 248;

Stahl und Eisen, 1938, p. 836, Büd 6.

1 sheet of drawings