DE1228807B - Schmelzverfahren durch Elektronenbeschuss und Vorrichtung hierzu - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C 22b

Deutsche KL: 40 a-7/00

1228 807
S95432 VI a/40 a
12. Februar 1965
17. November 1966

- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von in Form von Barren in einen Ofen eingebrachtem Material, das insbesondere zur Fertigung von Barren verschiedener Formen und/oder verschiedener Zusammensetzungen bestimmt ist. Die Erfindung erstreckt sich ebenso auf Vorrichtungen oder öfen mit Einrichtungen für den Elektronenbeschuß, die für die Durchführung eines solchen Verfahrens vorgeschlagen werden.

^: Bekanntlich kann man in einem fortlaufenden Verfahren einen Barren aus schmelzbarem Material in einer Gießform geeigneter Form erhalten, die gegebenenfalls einer äußeren Kühlung unterzogen wird, indem man regelmäßig ein Auftragmetall an die Oberfläche des Barrens führt, die man durch ein Elektronenbündel in Schmelzfluß hält, während man den Barren derart in die Gießform senkt, daß die Höhe des geschmolzenen Materials etwa konstant bleibt. Ebenso kennt man Ausführungsformen eines solchen Schmelzverfahrens durch Elektronenbeschuß, bei denen der Schmelzvorgang ohne Gießform für die Schmelze unmittelbar an der Oberfläche des Barrens stattfindet, an der gleichzeitig das Auftragmetall geschmolzen wird.

Außerdem läßt sich bekanntlich das AuftragmaterM'in Form von festen Teilchen, Stangen oder auch Flüssigkeiten verwenden, die auf die auf der Oberfläche des Barrens gebildete Flüssigkeitsschicht geleitet werden.

Man verwendet häufig den Elektronenbeschuß, dessen Elektfonenbündel zweckmäßig gleichzeitig araf das Auftragmaterial und auf den oberen Bereich äes sich aufbauenden Barrens gerichtet werden; unter diesen Bedingungen wird das feste Auftragmaterial auf der Oberfläche geschmolzen und vereinigt sich direkt auf dem oberen schmelzflüssigen Teil des Barrens, wodurch eine gute Homogenität des Barrens bewirkt wird.

Im übrigen können für das Verfahren zur Gewinnung Von Barren in einem mit elektronischem Beschüß aarbeitenden Ofen für die Herstellung mehrerer Barren gleichzeitig in entsprechender Zahl Gießformen angewandt werden. Um jede in den Gießformen enthaltene Oberfläche der Barren in Schmelzfluß zu halten, kann man in entsprechender Zahl Elektronenerzeuger betätigen oder ein einziges, so abgelenktes Elektronenbündel verwenden, daß dieses abwechselnd a«£ beide Schmelzbäder während einer bestimmten mnd einstellbaren Zeit einwirkt.

Es ist ebenfalls bekannt, daß das Schmelzen eines Materials wie Metall oder metallische Legierung unter Vakuum eine große Anzahl von im Rohmaterial

Schmelzverfahren durch Elektronenbeschuß und Vorrichtung hierzu

Anmelder:

Societe Alsacienne de Constructions Atomiques
de Telecommunications et d'Electronique
»ALCATEL«, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,
Patentanwalt,
.' München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Als Erfinder benannt:

Jean Robert Caillot, Ezanville;

Jean Victor Andre Furstenberger, Annecy;

Jean Sommeria,

Saint-Maur, Seine~et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität: ,

Frankreich vom 12. Februar 1964 (963 567) - -

enthaltenen Verunreinigungen beseitigen läßt und daher eine sehr interessante Art der Reinigung von Rohmaterialien darstellt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das gewisse, schon in der elektronischen Beschußtechnik bekannte Maßnahmen ausnutzt und durch einfache Mittel eine sehr wirkungsvolle Reinigung der Materialien erzielt, um Barren fortlaufend zu er^j halten.

Das hier vorgeschlagene Verfahren löst diese Aufgabe vor allem dadurch, daß erfindungsgemäß die in zwei nebeneinander angeordneten Gießformen enthaltenen Barren an ihrer Oberfläche durch Elektronenbeschuß aufgeschmolzen und gegenläufig in den Gießformen in dem Maße verschoben werden, daß die Schmelze von einer Gießform in die andere überläuft und der eine Barren hierbei kontinuierlich abgeschmolzen und der andere kontinuierlich aufgebaut wird.

Somit bildet man bei der einfachsten Durchführungsart des mit der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens durch Vereinigung der einzelnen flüssigen Oberflächen der Bärren eine gemeinsame flüssige Schicht in deren oberem Bereich, und die so entstan-

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dene Flüssigkeitsschicht wird dadurch auf einem vorgesehen sind, diese Barren gegebenenfalls gleichkonstanten Pegel gehalten, daß der abschmelzende zeitig gegenüber den sie enthaltenden Gießformen Barren mit seiner überfließenden Schmelze um den zu verschieben, während aus einem oder mehreren Betrag vorgeschoben wird, um den der sich auf- Elektronenerzeugern abgegebene, möglicherweise abbauende Barren entfernt wird. 5 gelenkte, in bekannter Weise fokussierte öder be-

Die Oberflächen des abschmelzenden und des schleunigte Elektronenbündel in dem Ofen verlaufen sich aufbauenden Barrens liegen zweckmäßig ständig und an der Oberfläche des Barrens Flüssigkeitsauf etwa gleicher, im wesentlichen waagerechter schichten erzeugen, und schließlich Mittel wie Rin-Ebene, in der sich auch die gemeinsame Flüssigkeits- nen, die zwischen der Schmelzgießform und den schicht befindet. Bei einer anderen Ausführungsform io Gießformen der Auftragsmaterialien die Verbindung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann die Ober- herstellen.

fläche des abschmelzenden Barrens gegenüber der Man kann ebenfalls einen zusätzlichen elektro-Oberfläche des sich aufbauenden Barrens in der Höhe rüschen Beschüß durch das sich in Rinnen befindliche verschoben sein; in diesem Fall kann die gemeinsame Metall vorsehen, besonders wenn man gekühlte Gießflüssige Schicht stetig oder unstetig sein und sich auf 15 formen verwendet,
den sich aufbauenden Barren ergießen. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird

Um einen fortlaufenden Ablauf des Verfahrens der Ofen nach der Erfindung drehbar um eine Achse

nach der Erfindung herzustellen, kann man z. B. vor- angebracht, und zwar so, daß man durch die

sehen, daß der abschmelzende Barren gegenüber Drehung des gesamten Ofens entweder die eine oder

seiner Gießform bewegt wird, während der sich auf- 20 die andere Gießform in die vertikale Lage zur BiI-

bauende Barren sich gegenüber seiner Gießform in dung des Barrens versetzen kann,

einer fortlaufenden Entfernung von seiner Oberfläche Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme

bewegt. auf die Zeichnung näher erläutert.

Wenn die Abmessungen der in den beiden Gieß- F i g. 1 stellt schematisch eine bekannte Art Elek-

formen enthaltenen Barren ähnlich sind, können die 25 tronenbeschuß dar;

betreffenden Entfernungsgeschwindigkeiten jedes der Fig. 2 zeigt schematisch einen mit zwei Elek-Barren gegenüber der jeweiligen Gießform, in der sie tronenerzeugern und zwei vertikalen Gießformen aussieh befinden, ebenfalls gleich sein. Man kann auch gestatteten Ofen zur Ausführung des Verfahrens eine Abhängigkeit zwischen den Bewegungen der nach der Erfindung;

beiden Barren vorsehen, um automatisch ein fort- 30 Fig. 3 stellt eine weitere Ausführungsform des in

laufendes Auftragen von Metall aus der Gießform F i g. 2 gezeigten Ofens dar;

in Funktion der Aufbaugeschwindigkeit des Barrens F i g. 4 zeigt eine analoge Ansicht eines Ofens mit

in der anderen Gießform vorzunehmen. zwei vertikalen Gießformen und einem einzigen

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungs- Elektronenerzeuger, der mit einem Ablenkorgan

form der Erfindung ist es möglich, einen Barren zu 35 versehen ist;

reinigen, indem man ihn durch ständiges Schmelzen Fig. 5 zeigt eine Variante der in Fig. 4 darge-

von einer Gießform in die andere überführt. stellten Ausführung;

Im übrigen sei darauf hingewiesen, daß keine der Fig. 6 zeigt schematisch eine Vorrichtung mit

Gießformen eine besondere Rolle in der Ausführung zwei Elektronenerzeugern und zwei vertikalen Gieß-

des Verfahrens spielt. Jede Gießform, ob gekühlt 40 formen mit einem zusätzlichen Elektronenbeschuß,

oder nicht, kann als erste oder zweite Gießform ver- des in der Rinne befindlichen Metalls;

wendet werden. Darüber hinaus ist die Zahl der zu F i g. 7 stellt im Querschnitt einen kippbaren Ofen

verwendenden Gießformen keineswegs kritisch. Wenn mit zwei Gießformen und einem Elektronenerzeuger

man. z. B. eine metallische Legierung erzeugen will, dar, der mit einem Ablenkorgan versehen ist;

kann man gemäß der Erfindung die Oberfläche des 45 F i g. 8 zeigt eine zu F i g. 7 analoge Ansicht nach

sich aufbauenden Barrens in einerrGießform durch Schwenken des Ofens.

mehrere in Schmelzung befindliche Metalle, die die Fig. 1 veranschaulicht eine bekannte Art der Bestandteile einer Legierung darstellen und aus einer Durchführung eines Schmelzverfahrens durch elektroentsprechenden Zahl von in einer Gießform enthal- nischen Beschüß, bei welcher ein Elektronenerzeuger 7 tenen Barren hervorgehen, speisen. Außerdem wäre 50 ein Elektronenbündel auf den oberen Teil eines in es sehr gut möglich, um in einer Hauptgießform Aufbau sich befindenden Barrens 8 schickt, der sich einen aus einem einzigen Metall bestehenden Barren in Richtung des Pfeils F₁ bewegt, während die im zu fertigen, mehrere Gießformen vorzusehen, die Schmelzzustand befindliche Oberfläche 8' unmittelbar Barren aus dem gleichen Auftragmetall enthalten und durch den Auftragstab 9 gespeist wird, der in Richdie Hauptgießform speisen. Letztere Lösung kann 55 rung des Pfeils F₁ vorrückt.

gesteigerte Möglichkeiten bieten, die Menge des Auf- Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 senden

tragmetalls zu regem. . zwei Elektronenerzeuger 1 und 2 gleichzeitig ein

Was die Vorrichtung für den elektronischen Be- Elektronenbündel auf den oberen Teil zweier Gießschuß anbelangt, der das Verfahren nach der Erfin- formen 3 und 4 aus, die oben miteinander verbunden dung durchführen läßt, sind ebenfalls verschiedenste 60 sind und die jeweils Barren 5 und 6 beinhalten. Der Ausführungsformen denkbar. Im allgemeinen enthält im Aufbau befindliche Barren 5 bewegt sich in Richein Ofen mit Einrichtungen für den Elektronen- tung des Pfeils F, während der aufsteigende Barren 6 beschuß im Vakuum oder unter gesteuerter Atmo- (Bewegung in Richtung des Pfeils F') im Sinne der Sphäre nach der Erfindung zumindest eine Gießform, Erfindung eine fortlaufende Speisung der gemeul·- die eine vertikale Lage zur an sich bekannten Gewin- 65 samen flüssigen Schicht S', 6' aufrechterhält. In.der nung eines Barrens einnehmen kann, und eine oder . Art der in F i g. 2 dargestellten Ausführung bleibt die mehrere Gießformen, die Barren aus gleichen oder homogene flüssige Platte genau auf dem gleichen verschiedenen Materialien beinhalten, und Mittel, die Niveau wie der obere Teil 5', 6' der Barren 5, 6.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, bei der dieselben Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet sind, ist die Oberfläche 5' des entstehenden Barrens 5 gegenüber der Oberfläche 6' des Auftragsbarrens verschoben. Die gemeinsame flüssige Schicht bildet sich also aus zwei auf verschiedenen Höhen befindlichen Schichten 5', 6', wobei sich die Auftragschicht 6' auf den oberen Teil 5' im Maße des Fortschreitens des Auftragsbarrens 6 in Richtung des Pfeils F' ergießt.

Bei der Vorrichtung der F i g. 4 wird der elektronische Beschüß der beiden Gießformen 13 und 14, deren obere Teile verbunden sind, durch einen einzigen Elektronenerzeuger 11 hergestellt. Infolge des Ablenkorgans 17 trifft das Elektronenbündel abwechselnd auf die Oberflächen der Barren 15 und 16, wodurch die flüssige Schicht 15', 16' während des Vorrückens des Auftragbarrens 16 in Richtung des Pfeils F' und der entsprechenden Bewegung des entstehenden Barrens 15 in Richtung des Pfeils F standig aufrechterhalten bleibt.

Fig. 5 stellt schematisch eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 4 dar. Ein einzelner Elektronenerzeuger 21 sendet ein durch das Ablenkorgan 27 abwechselnd auf die Gießformen 23 und 24 geleitetes Elektronenbündel aus. Die vertikale und lotrecht unter dem Ablenkorgan 27 stehende Gießform 23 nimmt den sich bildenden Barren 25 auf. Die Achse der Gießform 24 und demzufolge die des Auftragbarrens 26 trifft die Achse der Gießform 23 genau in Höhe des Deflektors 27, und zwar so, daß das unter 27' gezeichnete abgelenkte Elektronenbündel seine mittlere Richtung etwa senkrecht zum oberen Teil des Barrens 26 einnimmt, was eine regelmäßige Schmelzung des Metalls 26' sicherstellt, das sich zu dem am oberen Teil des Barrens 25 liegenden Metall 25' hin verschiebt.

Der in F i g. 6 schematisch dargestellte Ofen enthält zwei Elektronenerzeuger 31 und 32, die gleichzeitig zwei vertikale Gießformen 33 und 34 beschießen, die jeweils die Barren 35 und 36 enthalten, wobei sich der entstehende Barren 35 fortlaufend nach unten senkt (Pfeil F), während der Barren 36 sich hebt (Pfeil F'). Die Gießformen 33 und 34 sind mit angeschlossenen (nicht dargestellten) Kühlvorrichtungen ausgestattet. In diesem Fall läuft das schmelzflüssige Material 36' Gefahr, sich vorzeitig zu verfestigen, wenn es in flüssiger Form von der Gießform 34 in die Gießform 33 überläuft, um den oberen Teil 35' des sich bildenden Barrens 35 zu speisen. Es ist daher ein zusätzlicher Elektronenerzeuger 38 vorgesehen, der das schmelzflüssige Metall, das sich zwischen die Gießformen 34 und 33 ergießt, in Schmelzfluß hält und die Kontinuität der gemeinsamen flüssigen Schicht sicherstellt.

F i g. 7 und 8 geben die Anordnung nach F i g. 5 mit einem einzigen Elektronenerzeuger 41 wieder, der mit einem Ablenkorgan 47 ausgestattet ist, auf Grund dessen der obere Teil der Gießformen 43 und 44 abwechselnd dem Beschluß ausgesetzt wird. Die Achsen der Gießformen 43 und 44 (und folglich der Barren 45 und 46) treffen sich im Ablenkorgan 47 und schließen einen Winkel α ein, daß die oberen Bereiche der Barren 45 und 46 etwa senkrecht zur Mittelachse des einfallenden Elektronenbündels liegen. Der Mantel 48 des Ofens ist nur schematisch dargestellt, er wird luftleer gehalten und enthält zwei Rohre 49 und 50, um jeweils den dichten Übergang der Barren 45 und 46 zu ermöglichen, die sich in Richtung der Pfeile F und F' bewegen. Nach der Erfindung ist der gesamte Ofen kippbar um eine Achse angeordnet.

In F i g. 7 ist eine Ofenlage dargestellt, bei der der Barren 45 im Aufbau ist und der Barren 46 zur Speisung vorgesehen ist, während F i g. 8 die umgekehrte Anordnung veranschaulicht. Die Vorteile der Erfindung erscheinen klar bei einer solchen Vorrichtung, da es möglich ist, mehrmals denselben Barren zu schmelzen, weil man über zwei Gießformen verfügt und allein den Ofen zu drehen braucht. Die Zahl und Anordnung der Gießformen, ihre jeweiligen Stellungen gegenüber den Elektronenerzeugern usw. können natürlich mannigfaltigen Änderungen unterliegen.

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen von in Form von Barren in einen Ofen eingebrachtem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die in zwei nebeneinander angeordneten Gießformen enthaltenen Barren an ihrer Oberfläche durch Elektronenbeschuß aufgeschmolzen und gegenläufig in den Gießformen in dem Maße verschoben werden, daß die Schmelze von einer Gießform in die andere überläuft und der eine Barren hierbei kontinuierlich abgeschmolzen und der andere kontinuierlich aufgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vereinigung der einzelnen flüssigen Oberflächen beider Barren eine gemeinsame Flüssigkeitsschicht in deren oberem Bereich gebildet und dadurch auf einem konstanten Pegel gehalten wird, daß der abschmelzende Barren mit seiner überfließenden Schmelze um den Betrag vorgeschoben wird, um den der sich aufbauende Barren entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des abschmelzenden Barrens und des sich aufbauenden Barrens ständig etwa auf gleicher, im wesentlichen waagerechter Ebene gehalten werden, in der sich auch die gemeinsame Flüssigkeitsschicht befindet.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des abschmelzenden Barrens gegenüber der Oberfläche des sich aufbauenden Barrens in der Höhe verschoben liegt, wobei die gemeinsame stetige oder unstetige Flüssigkeitsschicht sich auf den sich aufbauenden Barren ergießt.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Barren zwei Gießformen zumindest angenähert gleicher Gestalt und Abmessungen verwendet werden.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sich aufbauende Barren gegenüber seiner Gießform zu einer ständigen Bewegung unter Entfernung seiner Oberfläche veranlaßt wird, während der abschmelzende Barren gegenüber seiner Gießform durch eine entsprechende fortlaufende Bewegung veranlaßt wird, die ihn der Fläche zu nähern strebt, in der sich die Schmelze befindet.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der in den beiden Gießformen enthaltenen Barren

einerseits und die jeweiligen relativen Geschwindigkeiten des betreffenden Barrens gegenüber der zugehörigen Gießform andererseits jeweils etwa einander gleich sind.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der beiden Barren in Abhängigkeit voneinander gesteuert werden und so automatisch ein laufender Metallabzug aus der einen Gießform in Abhängigkeit der Aufbaugeschwindigkeit des Barrens in der anderen Gießform vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Barren reinigt, indem man ihn abwechselnd von einer Gießform durch fortlaufendes Schmelzen in die andere übergehen läßt.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man beliebig jede Gießform für den Aufbau des Barrens verwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung einer Legierung die Oberfläche eines sich aufbauenden Barrens in einer Gießform mit mehreren sich im Schmelzzustand befindlichen Metallen speist, die die Bestandteile der Legierung darstellen und au! einer entsprechenden Zahl von in Gießformen enthaltenen Barren stammen.

12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Gießformen vorsieht, die Barren aus demselben Metall enthalten, um eine einzige Hauptgießform zu speisen.

^"-JS: Ofen für elektronischen Beschüß zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 bis 12 unter Vakuum oder gesteuerten Atmosphären, gekennzeichnet durch zumindest eine Schmelzgießform, die eine vertikale Lage zur an sich bekannten Gewinnung eines Barrens einnehmen kann, ferner eine oder mehrere weitere Gießformen, die Barren aus gleichem oder verschiedenem Metall enthalten, weiterhin Mittel, die gegebenenfalls gleichzeitig letztere Barren gegenüber den sie enthaltenden Gießformen verschieben, während aus einem oder mehreren Elektronenerzeugern abgegebene, möglicherweise abgelenkte, in bekannter Weise beschleunigte oder fokussierte Elektronenbündel in dem Ofen verlaufen und an der Oberfläche der Barren Flüssigkeitsschichten erzeugen, und schließlich Mittel wie Rinnen, die zwischen der Schmelzgießform und den Gießformen der Auftragsmaterialien die Verbindung herstellen.

14. Ofen nach Anspruch 13, dadurch gekenn-zeichnet, daß zwei Elektronenerzeuger gleichzeitig zwei vertikale Gießformen beschießen.

15. Ofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger mit einem an sich bekannten Ablenkorgan ausgestatteter Elektronenerzeuger abwechselnd zwei vertikale Gießformen beschießt.

16. Ofen nach Ansprüchen 13 und 15, gekennzeichnet durch einen einzigen Elektronenerzeuger und zwei Gießformen, von denen die eine senkrecht, die andere schräg steht und deren Achsen sich in der Höhe des Ablenkorgans treffen.

17. Ofen nach Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzliche Elektronenbeschußmittel, ζ. Β. einen weiteren Elektronenerzeuger, zum Beschüß des Metalls aufweist, das

'von einer Gießform in die andere fließt, vor allem wenn gekühlte Gießformen vorgesehen sind.

18. Ofen nach Ansprüchen 13 bis 17, dadurchgekennzeichnet, daß er drehbar um eine Achse derart angeordnet ist, daß durch Drehung des' gesamten Ofens beliebig die eine oder andere Gießform in vertikale Lage zum Aufbau- des Barrens versetzbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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