DE3617303A1 - Verfahren zum einschmelzen und entgasen von stueckigem material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen und Entgasen von stückigem Material mittels induktiver Beheizung und unter unteratmosphärischem Druck in einem Schmelztiegel.

Es ist bekannt, stückiges Einsatzgut in einem Vakuum- Induktionsofen einzuschmelzen und die Schmelze nach dem vollständigen Aufschmelzen mit Spülgas zu beauf­ schlagen, um die einzelnen Volumenelemente der Schmelze in Richtung auf die Schmelzenoberfläche umzuwälzen und den Gasaustausch zu intensivieren. Eine solche Verfahrensführung macht es erforderlich, daß die Leistungszufuhr während der Einschmelzphase be­ grenzt wird und daß die Beheizung - wenn auch mit verringerter Leistung - auch noch während der sich anschliessenden Spülgasbehandlung fortgesetzt wird, um eine unzulässige Abkühlung der Schmelze zu ver­ meiden. Dennoch läßt sich bei dem bekannten Ver­ fahren nicht verhindern, daß die Schmelze zu Beginn des Einleitens des Spülgases relativ stark zu kochen beginnt, so daß die Standzeit der Tiegelaus­ mauerung merklich verringert wird. Außerdem ist die Dauer eines Verfahrenszyklus ziemlich groß, so daß die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes der verhältnis­ mäßig kostspieligen Anlage für ein solches Verfahren entsprechend gedämpft ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dahin­ gehend zu verbessern, daß die Dauer eines Verfahren­ zyklus reduziert und die Schmelz- und Entgasungsanlage wirtschaftlicher betrieben werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß bereits während mindestens 50% der Dauer bis zum restlosen Einschmelzen des Materials Spül- und/oder Reaktionsgas in der Bodenregion des Schmelztiegels eingeleitet wird.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn mit der Ein­ leitung von Spül- und/oder Reaktionsgas begonnen wird, sobald der Schmelztiegel, bezogen auf die Menge des gesamten aufzuschmelzenden Materials, zu mindestens 5% mit Schmelze gefüllt ist.

Eine derartige Verfahrensführung bringt eine ganze Reihe von Vorteilen mit sich:

Durch das Einleiten von Spülgas während des Einschmelzens wird die Desorption von Gasen an noch kaltem bzw. vorge­ wärmtem Einsatzmaterial erhöht. Die sich auf dem Ein­ satzgut ausbildende Schmelzenhaut steht von Anfang an mit dem umgebenden Vakuum in Verbindung, so daß eine wirksame Entgasung die Folge ist. Auch die ab­ rinnende bzw. abtropfende Schmelze unterliegt einem weiteren Entgasungseffekt. Die lokale Ausbildung eines hohen Partialdrucks an freigesetzten Gasen wird durch aufsteigende Spülgas wirksam verhindert bzw. gemindert.

Eine zusätzliche Gasaufnahme der Schmelze, wie sie beim Stande der Technik auftritt, wird verringert bzw. Ver­ hindert. Durch ständiges Spülen des sich bildenden und allmählich vergrößernden Sumpfes erfolgt eine direkte, partielle Entgasung des jeweils aufschmelzenden Materials. Der anfänglich nur zentrale Spüleffekt dehnt sich bei steigendem Schmelzenspiegel durch Badumwälzung auf das gesamte Volumen aus, und insbesondere nach Beendigung des Aufschmelzens liegt die übliche Entgasunq an der Schmelzenoberfläche durch Zirkulation der Schmelze vor.

Die sogenannte Auskochreaktion der Schmelze wird über einen längeren Zeitraum verteilt und erstreckt sich jeweils nur auf das bereits aufgeschmolzene Material. Dadurch wird eine sehr starke Kochreaktion weitgehend verhindert und Auswaschungen an der Tiegelausmauerung werden verringert, so daß die Standzeit des Tiegels beträchtlich vergrößert wird.

Die vorstehend beschriebenen Vorgänge haben wiederum zur Folge, daß die maximale Einschmelzleistung gegen­ über dem Stand der Technik um etwa 5 bis 25% erhöht werden kann, wodurch sich die Gesamtdauer eines Ver­ fahrenszyklus entsprechend verringert. Auch kann die volle Schmelzleistung bis zum Ende des Einschmelzvor­ ganges aufgebracht werden, da der Verfahrenszyklus praktisch mit dem vollständiqen Aufschmelzen des Ein­ satzgutes beendet ist. Durch die Zusammenlegung der beiden Verfahrensschritte Einschmelzen und Spülgas­ behandlung und durch die höhere Einschmelzleistung wird die gesamte Chargenzeit um 30 bis 50% verringert bzw. die Entgasungszeit der Schmelze entsprechend reduziert. Durch die ständige Spülung wird auch der Aufschmelzvorgang des festen Einsatzmaterials be­ schleunigt.

Man kann den Vorgang noch dadurch weiter optimieren, daß man die Spülgasmenge pro Zeiteinheit mit zu­ nehmender Menge an aufgeschmolzenem Material erhöht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung, in der sowohl das her­ kömmliche als auch das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, und

Fig. 2 ein Diagramm mit einer Gegenüberstellung des herkömmlichen und des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Vakuum-Induktionsofen 1 dargestellt, der eine Vakuumkammer 2 mit einem seitlich verfahrbaren Deckel 3, eine Bodenplatte 4 und einen Schmelztiegel 5 aufweist, der von einer Induktionsspule 6 umgeben ist. Der Schmelztiegel besitzt innerhalb einer nicht näher bezeichneten Ausmauerung einen Hohlraum 7 für die Auf­ nahme des Einsatzgutes bzw. der Schmelze. In diesem Hohl­ raum mündet durch den Boden des Schmelztiegels 5 ein sogenannter Spülstein 8, der aus einer keramischen gas­ durchlässigen Masse besteht und über eine Gasleitung 9 mit einer hier nicht gezeigten Quelle eines Spülgases in Verbindung steht. Der Schmelztiegel 5 kann zusammen mit der Induktionsspule 6 in die gestrichelt darge­ stellte Position 5 a gebracht und sein Inhalt in eine Pfanne 10 abgegossen werden.

Die Vakuumkammer 2 steht über eine Absaugöffnung 11 mit einem Satz Vakuumpumpen 12 in Verbindung, die jedoch im einzelnen nicht näher dargestellt werden.

Der Deckel 3 ist weiterhin mit einer Chargierein­ richtung 13 versehen, über die er mit dem Einsatzgut beschickt wird. Die Chargiereinrichtung 13 ist durch einen Vakuumschieber 14 von der Vakuumkammer 2 trenn­ bar. Eine Meßlanze 15 und eine Beobachtungseinrichtung 16 vervollständigen die gesamte Vorrichtung.

Der Deckel 3 ist nach links in die gestrichelt darge­ stellte Position 3 a verfahrbar, in der die Vakuum­ kammer 2 von oben frei zugänglich ist.

Fig. 2 zeigt nun die beiden alternativen Betriebs­ verfahren für die Vorrichtung nach Fig. 1.

Die ausgezogene Linie 17 zeigt den zeitlichen Verlauf der Schmelzleistung bei dem herkömmlichen Verfahren. Hier werden zum Zeitpunkt t = 0 100% der Heizleistung eingeschaltet. Das erste senkrechte Teilstück 17 a der Linie 17 symbolisiert die Beendigung des Einschmelz­ vorganges. Kurz zuvor wird die Einschmelzleistung all­ mählich zurückgenommen. Mit Beendigung des Einschmelzens wird die Zufuhr von Spülgas eingeschaltet, wobei der Balken 18 für die Dauer der Spülgaszufuhr steht. Während der gesamten Dauer der Spülgasbehandlung im Bereich des Kurvenzugs 17 b und 17 c wird die Beheizung mit etwa 20 bis 30% der Nennleistung beibehalten. Es versteht sich, daß die Zufuhr des Spülgases nur allmählich gesteigert werden kann, um eine über­ starke Kochreaktion zu verhindern. Der gestrichelte Kurvenzug zeigt nun den Verfahrensablauf bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Schmelzleistung kann gegenüber der herkömmlichen Schmelz­ leistung heraufgesetzt werden, was durch die Linie 19 dargestellt wird. Durch den Balken 20 wird darge­ stellt, daß das Spülgas bereits mit Beginn des Auf­ schmelzens eingeschaltet und bei Beendigung des Auf­ schmelzens zusammen mit dem Schmelzstrom wieder abge­ schaltet wird, wie sich dies aus dem senkrechten Linienabschnitt 19 a ergibt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einschmelzen und Entgasen von stückigem Material mittels induktiver Beheizung und unter unteratmosphärischem Druck in einem Schmelztiegel, dadurch gekennzeichnet, daß bereits während mindestens 50% der Dauer bis zum restlosen Einschmelzen des Materials Spül- und/oder Reaktionsgas in der Bodenregion des Schmelztiegels eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einleitung von Spül- und/oder Reaktionsgas begonnen wird, sobald der Schmelz­ tiegel, bezogen auf die Menge des gesamten auf­ zuschmelzenden Materials, zu mindestens 5 % mit Schmelze gefüllt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülgasmenge pro Zeiteinheit mit zu­ nehmender Menge an aufgeschmolzenen Material erhöht wird.