DE19815457C2

DE19815457C2 - Elektronenstrahlschmelzofen zum Umschmelzen von stückigem Gut

Info

Publication number: DE19815457C2
Application number: DE1998115457
Authority: DE
Inventors: Lutz Gottsmann; Bernd-Dieter Wenzel; Karl-Heinz Helling
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: DE19815457A1

Abstract

Die bekannten Elektronenstrahlschmelzöfen arbeiten nach dem Prinzip, dass in einem Vorherd das Material vorgereinigt und entgast wird. Durch Fördermittel gelangt es in den eigentlichen Schmelzofen. Die Einrichtung und das mit ihr ausgeübte Verfahren ist sehr zeit-und energieaufwendig. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das stückige Schmelzgut in einen Vorherd gebracht. Dieser ist als Trommelförderer ausgebildet. Er besitzt dazu einen Schöpflöffel und in ihm ist eine Glimmelektrode angeordnet, die die Schmelzgutoberfläche aktiviert. Das vorgeschmolzene und gereinigte Material gelangt im geschmolzenen Zustand in den Schmelztiegel und wird dort umgeschmolzen. DOLLAR A Der Schmelzofen dient insbesondere zum Herstellen von hochreinem Titan.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlschmelzofen zum Herstellen von Blöcken besonders hoher Reinheit aus nichtmagnetischem stückigem Gut, Granulat oder Kristallen, insbesondere aus hochreinem Titan durch Umschmelzen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Elektronenstrahlöfen zum Herstellen von hochreinem Material, insbesondere Titan, werden mit einem Vorherd ausgerüstet. Das umzuschmelzende stückige Material wird über einen Fördermechanismus portionsweise oder kontinuierlich in den Vorherd transportiert. Hier wird es unter Hochvakuum von einem Elektronenstrahl entsprechender Leistung geschmolzen. Dabei wird die Schmelze gehärtet und homogenisiert. Verunreinigungen können durch eine entsprechende Temperaturführung entweder verdampft und an den kalten Rezipientenwänden kondensiert oder im Vorherd sedimentiert werden. Das so vorgereinigte und entgaste Material läuft vom Vorherd in den eigentlichen Kristallisator, wo es weiter homogenisiert wird und schließlich erstarrt. Durch Absenken des Bodens dieses Kristallisators wird ein Block entsprechender Länge erschmolzen. Eine vollständige Trennung von unerwünschten Legierungsbestandteilen bzw. Beimengungen ist so aber nicht möglich. Es ist daher auch erforderlich, so hergestellte Blöcke ein zweites Mal umzuschmelzen. Damit wird ein höherer Reinheitsgrad des Materials erreicht.

Dieses Verfahren ist aber äußerst zeit- und energieaufwendig und deshalb sehr teuer.

Es ist auch bekannt, das Schmelzgut als Stabmaterial oder als Schüttgut zuzuführen. Das umzuschmelzende Material wird je nach Materialart in einer angepaßten Trommel, die in einem Vakuumgefäß drehbar angeordnet ist, eingebracht. Aus dieser gelangt das Material über ein entsprechendes Fördermittel in das von einer Elektronenkanone erhitzte Schmelzbad und wird aufgeschmolzen (DD 271 946 A1).

Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass in dem Schmelztiegel das Material im festen Zustand eingebracht wird, was sich nachteilig auf den Schmelzprozeß und damit auf das umgeschmolzene Material auswirkt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Elektronenstrahlschmelzofen zu schaffen, der in einem einzigen Umschmelzprozeß Material der geforderten Reinheit, insbesondere hochreines Titan produziert.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Elektronenstrahlschmelzofen gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der zur Bevorratung des stückigen Schmelzgutes benutzte Behälter als Trommelförderer mit einem Schöpflöffel ausgebildet ist und schon vor dem Schmelzprozeß im Vorherd einen Teil der möglichen Verunreinigungen vom Schmelzgut abgetrennt wird. Damit das Schmelzgut in der Trommel nicht durch Abrieb kontaminiert wird, ist diese vorteilhafterweise aus dem umzuschmelzenden Werkstoff hergestellt oder damit ausgekleidet. Die Trommel besitzt in ihrem Inneren eine Glimmelektrode zur Aktivierung der Schmelzgutoberfläche. Die bei der Glimmentladung frei werdenden Dämpfe und Gase werden in bekannter Weise mittels Vakuumpumpe abgepumpt. Zur Beschleunigung dieses Vorganges ist es vorteilhaft, die Wände der Trommel zu heizen.

An der Außenseite der Trommel sind Magnete im Bereich des Schmelzgutes angeordnet, die zur Abtrennung der magnetischen Verunreinigungen dienen. Der Beschickungsbehälter ist gegen die Horizontale geneigt angeordnet, damit das stückige Schmelzgut zum Vorherd bewegt wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlschmelzofens besteht darin, dass die Vorreinigung des Schmelzgutes in das Umschmelzverfahren integriert ist und damit zusätzliche Verfahrensschritte wie Glimmen in einer separaten Anlage oder die Befüllung der Anlage über einen magnetischen Trommelabscheider vermieden werden.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung beschrieben. Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1: einen Elektronenstrahlschmelzofen,

Fig. 2: einen Schnitt durch einen Beschickungsbehälter.

An einer Schmelzkammer 1 mit einer Pumpeneinrichtung 2, einem wassergekühlten Schmelztiegel 3 mit zugeordneter Elektronenkanone 4 und Blockabzugsvorrichtung 5, einem wassergekühlten Vorherd 6 mit zugeordneter Elektronenkanone 7 ist ein Beschickungsbehälter 8 unter einem Neigungswinkel α so angeordnet, dass das beim Rotieren seiner mit Schmelzgut 9 gefüllten Trommel 10 über den Schöpflöffel 11 in das Förderrohr 12 gelangende Schmelzgut 9 in den Vorherd 6 fällt.

Eine am Beschickungsbehälter 8 befestigte Glimmelektrode 13 ragt oberhalb des Schmelzgutes 9 über eine zentrische Öffnung 14 in die Trommel 10.

Die Trommel 10 läuft mit zwei Reifen 15 auf zwei Paar Rollen 16, von denen die tieferliegenden angetrieben sind (nicht dargestellt).

Vor dem Schöpflöffel 11 ist in der Trommel 10 eine Verschlußklappe 17 angeordnet, die im Scheitelpunkt des Schöpflöffels 11 durch einen Mechanismus 18 von außen geöffnet oder geschlossen werden kann.

Zum Beschicken hat die Trommel 10 einen abnehmbaren Lukendeckel 19, der durch eine Tür 20 des Beschickungsbehälters 8 zugängig ist (Fig. 2).

Die Trommel 10 und der Lukendeckel 19 bestehen vorzugsweise aus dem umzuschmelzenden Werkstoff oder sind damit ausgekleidet.

Der Lukendeckel 19 trägt auf seiner Außenseite Magnete 21, die während des Glimm- oder Förderprozesses magnetisierbare Verunreinigungen festhalten.

Der Beschickungsbehälter 8 besitzt an seinem Umfang vorzugsweise eine Heizvorrichtung 22.

Bezugszeichenliste

1

Schmelzkammer

2

Pumpeneinrichtung

3

Schmelztiegel

4

Elektronenkanone

5

Blockabzugsvorrichtung

6

Vorherd

7

Elektronenkanone

8

Beschickungsbehälter

9

Schmelzgut

10

Trommel

11

Schöpflöffel

12

Förderrohr

13

Glimmelektrode

14

zentrische Öffnung

15

Reifen

16

2 Paar Rollen

17

Verschlußklappe

18

Mechanismus

19

Lukendeckel

20

Tür

21

Magnete

22

Heizvorrichtung

Claims

1. Elektronenstrahlschmelzofen zum Umschmelzen von stückigem Gut, vorzugsweise von verunreinigtem nichtmagnetischem Gut, im Vakuum, bestehend aus einer Schmelzkammer mit Pumpeneinrichtung, wassergekühltem Schmelztiegel und Vorherd, mindestens einer Elektronenkanone, einer Blockabzugseinrichtung, mindestens einem Beschickungsbehälter mit einer drehbaren Trommel für das stückige Schmelzgut, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschickungsbehälter (8) für das stückige Schmelzgut (9) mit der drehbaren Trommel (10) gegen die Horizontale geneigt ist, dass stirnseitig ein mitrotierender Schöpflöffel (11) mit einer innen vor dem Schöpflöffel (11) angelenkten Verschlußklappe (17) angeordnet ist, dass die Verschlußklappe (17) mittels eines Mechanismus (18) von außen betätigbar ist, dass in der Trommel (10) eine Glimmelektrode (13) zur Behandlung des stückigen Schmelzgutes (9) angeordnet ist, und dass am Mantel der Trommel (10) Magnete (21) angeordnet sind.

2. Elektronenstrahlschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Beschickungsbehälter (8) mit rotierenden Trommeln (10) derartig angeordnet sind, dass sie sich stirnseitig mit ihren Entleerungsöffnungen gegenüberstehen, dass jede der beiden Entleerungsöffnungen durch ein horizontal angeordnetes Vakuumventil schließbar ist und dass die Entleerungsöffnungen in ein gemeinsames Förderrohr (12) münden.

3. Elektronenstrahlschmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (21) am Mantel der Trommel (10) aus einer linearen Anordnung von Magneten aus seltenen Erden gebildet sind.

4. Elektronenstrahlschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine horizontale magnetische Zone am Umfang der Trommel (10) aus einer linearen Anordnung von Elektromagneten besteht und dass die Magnete (21) bei der Rotation der Trommel (10) im Zenit aus- und wieder einschaltbar sind.

5. Elektronenstrahlschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (10) aus dem umzuschmelzenden Werkstoff besteht.

6. Elektronenstrahlschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (10) mit dem umzuschmelzenden Material ausgekleidet ist.

7. Elektronenstrahlschmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Trommel (10) geheizt sind.