DE593834C - Verfahren zur Vakuumbehandlung von Metallen und Legierungen mit Schmelzpunkten ueber 1200íÒ - Google Patents

Description

Die Erfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, daß ein im Vakuum geschmolzenes Metall für eine Reihe technischer Anwendungen bessere Eigenschaften besitzt als ein nicht im Vakuum geschmolzenes. Insbesondere erweist sich das vakuumgeschmolzene Metall dann als besser als das an der Luft geschmolzene, wenn es so lange dem Vakuum ausgesetzt wird, daß eine vollständige Entgasung

to herbeigeführt wurde. Hierfür ist es in der Mehrzahl der Fälle notwendig, das Metall längere Zeit, d. h. mehrere Stunden, im Vakuum flüssig zu halten. Ferner ist es in den meisten. Fällen wichtig, das Metall auch im Vakuum zu vergießen, um eine Wiederaufnahme von Gasen oder eine Oxydation während des Gießens zu vermeiden. Trotzdem hat sich das Vakuumschmelzen noch nicht in großtechnischem Maßstabe einführen können, weil es zu kostspielig ist. Die hohen Kosten des Vakuumschrnelzverfahrens sind bisher in erster Linie darin begründet, daß man bisher das zu schmelzende Metall kalt in den Ofen einsetzte, den Ofen evakuierte, dann schmolz und längere Zeit flüssig hielt und schließlich die Schmelze unter Vakuum vergoß. Dann erst entnahm man die Blöcke nach Aufhebung des Vakuums aus dem Ofen und mußte diesen außerdem öffnen, um die nächste Charge kalt einzubringen. Durch das völlige öffnen des Ofens, Neubeschicken mit kaltem Einsatz, Wiederverschließen und Evakuieren wurden die Kosten des Vakuumschmelzens sehr erheblich beeinflußt, weil diese Arbeiten einen erheblichen Zeitaufwand bedingen. Mit dieser Arbeitsweise verknüpft war jedoch noch ein zweiter sehr erheblicher Nachteil. Der Herd des Ofens erkaltete zwischen je zwei Schmelzen und durch das Einbringen des kalten Einsatzes völlig, was auf seine Lebensdauer sehr ungünstig einwirkte. Bei Vakuuminduktionsöfen mit waagerechter Schmelzrinne war es sogar häufig notwendig, für jede "· Schmelze einen neuen Herd zu machen, um nicht den Ofen infolge Rißbildung des Herdes zu beschädigen. Insbesondere bei Induktionsöfen mit waagerechter Schmelzrinne und Eisenkernen schrumpft beim Abkühlen des Ofens der Herd auf den Eisenkern (oder auch auf etwa nach dem Innern des Ofens zu gelegenen gekühlten Primärspulen) auf, wodurch besonders leicht Risse und Sprünge im Herd entweder beim Abkühlen oder bei etwaigem Einbringen neuen heißen Einsatzes entstehen.

Große Vakuumschmelzöfen konnten außerdem verhältnismäßig schlecht ausgenutzt werden, weil durch das Beschicken im kalten Zustand sowohl die Schmelzdauer lang wurde als auch die Zeiten zwischen zwei Schmelzungen beträchtlich waren, so daß große VakuumschmelzÖfen bestenfalls zwei Schmelzungen wöchentlich ausbringen konnten.

Man hat bereits früher mit gänzlich unzureichenden Mitteln versucht, im kontinuierliehen Betrieb -eine Entgasung von Metallen

zu bewirken. Dabei ließ man die Metalle in dünnen Strahlen in einen luftverdünnten Behälter fließen, ohne aber dem Metall die Möglichkeit zu geben, in diesem Behälter eine ge-Snügend lange Zeit in flüssigem Zustande zu bleiben. Man ließ dann die Metalle in dem Behälter selbst sofort erstarren; dadurch wurde aber ein fortlaufender Betrieb unmöglich, da der Behälter jeweils geöffnet werden »ο mußte, um das erstarrte Metall aus ihm zu entnehmen. Der Behälter mußte dabei nach jeder Entnahme von Metall neu abgedichtet werden. Man hat aber auch vorgeschlagen, in der Weise zu arbeiten, daß das flüssige Metall aus dem luftverdünnten Behälter an die Außenluft abfloß. Da eine besondere Heizvorrichtung für den Behälter dabei nicht vorgesehen war, mußte also das Abfließen unmittelbar nach dem Einlaufen in den luftverdünnten Behälter erfolgen, da andernfalls eine vorzeitige Erstarrung eingetreten wäre. Eine irgendwie ausreichende Entgasung konnte dabei nicht eintreten. Schließlich hat man noch vorgeschlagen, durch Zentrifugieren flüssigen Metalls eine Luftverdünnung herbeizuführen und unter dem Einfluß dieser Luftverdünnung und der Zentrifugalkraft das Metall zu entgasen. Auch auf diesem Wege ist es jedoch unmöglich, eine technisch irgendwie ins Gewicht fallende Entgasung zu erzielen, insbesondere da auch in diesem Falle das flüssige Metall dann unmittelbar an die Luft abgeführt wurde.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, Metall in einem Tiegel unter vermindertem Druck zu schmelzen, wobei die Beheizung des Tiegels entweder durch Gasbrenner oder durch außerhalb des Tiegels angeordnete elektrische Heizelemente erfolgte. Um die zur Raffination erforderliche Durchwirbelung des Bades zu bewirken, wurde ein Rührer vorgesehen. Der Abstich des Metalls erfolgte durch eine in dem Tiegelboden befindliche Öffnung in vorzugsweise Ouarzgefäße. Derartige Öfen mögen für Laboratoriumsbetrieb zum Schmelzen von Zinn oder Metallen mit ähnlichem niedrigem Schmelzpunkt geeignet sein. Es ist jedoch nicht möglich, in derartigen Öfen "hochschmelzende Metalle zu raffinieren, da So einmal die Art der Beheizung nicht ausreicht, um genügend hohe Temperaturen zu erzielen, und da anderseits die Anbringung eines Rührers, dessen Achse vakuumdicht durch den Deckel des Ofens eingeführt sein soll und 'dessen unteres Ende gleichzeitig als Ventil für den Bodenverschluß des Tiegels dienen soll, bei einigermaßen nennenswerten Temperaturen nicht möglich ist. Es ist ferner nicht möglich, die bekannte Anordnung in großtechnischem Maßstab anzuwenden, da der Tiegel bei größeren Chargengewichten rasch zerstört werden würde. Keramische Tiegel sind nicht gasdicht, metallische Tiegel können nicht für Metalle mit hohem Schmelzpunkt benutzt werden.

Auch Vorrichtungen, bei denen Stopfbüchsen und Schieber vorgesehen waren, die während des Betriebes auf hohe Temperaturen erhitzt werden, sind für Vakuumbetrieb nicht brauchbar, da die Dichtungen und Schieber bei hohen Temperaturen nicht zum einwandfreien Arbeiten zu bringen sind.

Die Erfindung gibt an, in welcher Weise auch Metalle und Legierungen mit Schmelzpunkten über 1200⁰ mit wirtschaftlichem Erfolg in Induktionsöfen mit Fassungsvermögen bis zu mehreren Tonnen behandelt werden können.

Nach der Erfindung wird die Vakuumbehandlung von Metallen und Legierungen in Induktionsöfen derart vorgenommen, daß die neue Charge unmittelbar nach dem Abguß einer fertigen Charge durch eine leicht verschließbare Eingußöffnung in den Ofen flüssig eingebracht wird, ehe der Herd nennenswert abgekühlt ist. Der Arbeitsgang ist dabei folgender:

Der Ofen wird mit flüssigem Einsatz beschickt, verschlossen und evakuiert. Nach erfolgter Raffination wird das Metall beispielsweise durch Neigen des Ofens oder auf andere bekannte Weise gegossen. Anschließend daran öffnet man die Eingußöffnung für den flüssigen Einsatz und gießt sofort die nächste Charge flüssig in den Ofen, so daß der Herd gar nicht zum Erkalten kommt und infolgedessen eine hohe Lebensdauer bekommt. E\^Tentuell kann sogar jeweils von der vorhergehenden Schmelze ein Teil im Ofen gelassen und warm gehalten werden, so daß überhaupt keine Abkühlung des Herdes eintritt. Darauf entnimmt man die gegossenen Stücke oder Blöcke dem Ofen, bereitet die Kokillen oder Formen für den nächsten Guß vor, indem man die bereit gehaltenen Teile an Stelle der mit gegossenem Metall gefüllten in den Ofen einsetzt, und evakuiert darauf wieder. Die nächste Schmelze spielt sich dann in der gleichen Weise ab.

Um durch das Entnehmen der Blöcke aus dem Kokillenraum keine Unterbrechung des Betriebes eintreten zu lassen und um insbesondere ein Abkühlen des Ofens und Zeitverluste weitgehend zu vermeiden, empfiehlt es sich, den die Kokillen enthaltenden, für sich evakuierbaren Raum oder die die Kokillen enthaltenden Räume während des Auswechselns der Kokillen oder Formen vom eigentlichen Ofen abtrennen zu können. Es wird dadurch erreicht, daß die Entnahme der Kokillen stattfinden kann, ohne daß das Vakuum im Raffinationsraum aufgehoben werden

müßte. Infolgedessen kann unmittelbar nach Abgießen einer Charge neues Metall in den Ofen eingesetzt und sofort der Raffination unterzogen werden, ohne daß erst eine zur Entnahme der Kokillen notwendige Zeit verstreichen müßte. In der Abb. ι ist beispielsweise eine Ausführung des Verfahrens im Schnitt und in Aufsicht erläutert. Es bedeutet A den Herd, B die Primärspule, C das Transformatorjoch des Ofens, D ist. das vakuumdichte Gehäuse und B die verschließbare Eingußöffnung für den flüssigen Einsatz. F bedeutet die Räume, in denen die Kokillen untergebracht sind. Diese besitzen an ihrem unteren Ende bei G öffnungen, durch die der Kokillenwechsel stattfindet. Die Kokillenräume können bei H vom eigentlichen Ofenraum absperrbar gemacht sein.

In den Abb. 2 und 3 sind verschiedene Ausführungsfoirnen für die Kokillen dargestellt. In Abb. 2 bedeutet C wiederum die Bodenverschlußplatte des Kokillenraumes; / kann beispielsweise ein zylindrisches Rohr sein, in das die eigentliche Kokille K aus keramischem Material oder aus Eisen eingesetzt oder eine Form eingestampft sein kann. In Abb. 3 ist anderseits eine wassergekühlte Kupferkokille L zur Darstellung gebracht, deren Kühlwasserzuführung und -abführung bei M und N luftdicht durch die Bodenplatte G nach außen geführt sind.

Sofern es für das zu behandelnde Metall zulässig ist, es nur unter Vakuum zu raffinieren, jedoch unter Atmosphärendruck zu gießen, kann'auch nach beendeter Vakuumraffination unter Aufhebung des Vakuums das Metall in eine Gießpfanne abgegossen werden.

In diesem Falle läßt man die Kokillenräume weg und bringt die Verschlußplatten unmittelbar bei H an.

Zum Beginn der Ofenreise muß zunächst der Herd des Ofens hergestellt werden. Dies kann in an sich bekannter Weise besonders vorteilhaft nach einem Zustellungsverfahren geschehen, bei dem die erste Charge in einer Metallschablone in den Ofen eingesetzt wird und der Zwischenraum zwischen dieser Schablone und den Primärspulen mit trockenem, sandförmigem, feuerfestem Material ausgefüllt wird, das bei der ersten Charge kurz vor deren Niederschmelzen sintert. Nachdem diese erste Schmelze gegossen ist, wird dann in der beschriebenen Weise weiterverfahren.

In entsprechender Weise, wie hier am Beispiel eines Induktionsofens mit waagerechter Schmelzrinne und Transformator j och erläutert, kann das Verfahren auch für eisenlose Vakuuminduktionsöfen und andere Vakuumöfen angewandt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Vakuumbehandlung von Metallen und Legierungen mit Schmelzpunkten über 1200⁰ in Induktionsöfen bis zu Fassungsvermögen von mehreren Tonnen, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Charge unmittelbar nach in der Regel im Vakuum erfolgendem Abgießen der fertigen Charge in die angeschlossenen Kokillen oder Formen durch eine leicht verschließbare Eingußöffnung in den Ofen ohne nennenswerte Abkühlung des Herdes flüssig eingebracht wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen