DE647114C - Vorrichtung zum Herstellen dichter Gussbloecke - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
29. JUNI 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 31a GRUPPE 2

H 139841 VIj 31 a Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: io. Juni

Heraeus-Vacuumschmelze Akt.-Ges. in Hanau, Main Vorrichtung zum Herstellen dichter Gußblöcke

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. April 1934 ab

Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels deren weitgehend lunkerfreie und .schlackenreine Metallblöcke hergestellt werden können, die besonders gut zum Walzen geeignet sind. Die Vorrichtung besteht aus einer Verbindung eines Schmelzofens mit einer Gießvorrichtung. Der Schmelzofen ist so gebaut, daß hi ihm unter saubersten Bedingungen Metalle uod Legierungen erschmolzen werden können und daß aus ihm besonders schlackenreines Metall gegossen werden kann.

Die Gießvorrichtung arbeitet so, daß die aus diesem schlackenreinen Metall gegossenen Blöcke weitgehend lunkerfrei sind und beim Walzen besonders geringen Abfall geben.

Die Notwendigkeit, zum Walzen Blöcke zu benutzen, die weitgehend schlackenrein sind, war ursprünglich nicht oder mindestens nicht hinreichend erkannt worden. Beispielsweise enthält Schweißeisen sehr viel Schlacke. Später hat man erkannt, daß Maschinenteile, wie z. B. Kurbelwellen oder Turborotoren, die Stoß- und Schwingungsbeansprucmiingeln unterworfen sind, sich dann besonders gut bewähren, wenn die zu ihrer Herstellung verwendeten Werkstoffe möglichst schlackenrein sind. Es bedeutet daher jeder Schritt zu größerer Schlackenreinheit eineni Fortschritt in bezug auf Verarbeitungseigenschaften und auf die mechanischen Eigenschaften im Betrieb, so daß man bestrebt sein muß, die Schlackenremheit soweit als irgend möglich zu treiben.

Zum Schmelzen von Metallen und Legierungen bedient man sich nach der Erfindung eines kernlosen Induktionsofens, der mit einer Evakuierungsvorrichtung versehen ist. Es ist bekannt, daß im luftverdünntein Raum Metalle und Legierungen höchster Reinheit erschmolzen werden köninen. In diesem Zusammenhang ist auch bereits vorgeschlagen worden, Kokillen in einem luftverdünnten Raum auf eine Drehscheibe zu setzen und sie vermittels dieser Scheibe nacheinander unter die Abgießvorrichtung eines Lichtbogenofens zu bringen. Abgesehen davon, daß ein Lichtbogenofen nie in einem weitgehend luftverdünnten Raum betrieben werden kann, ist es außerordentlich schwierig, wenn nicht unmöglich, die Ofenelektroden und die Achse für die Drehscheibe vakuumdicht so einzuführen, daß die Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen niedrigen Druckes im Ofen gewährleistet ist.

Der Ofen gemäß der Erfindung ist mit einem Bodenabguß Versehen. Dieser Bodenausguß ist von einer besonderen Induktionsspule umgeben, die einen in dem Abstichloch während des Schmelzvorganges ungeschmolzen bleibenden Stopfen vor dem Abgießen zu einer beliebigen Zeit schmilzt und damit die Abgußöffnung freigibt. Zweckmäßig besteht diese den Ofenausguß beheizende Spule aus einem wassergekühlten Rohr, um während des Schmelzens und Gießens gegebenenfalls als Kühlvorrichtung wirken zu können und dadurch den Zustellungswerkstoff in der Nähe

des Abgusses zu schützen. Diese die Abgußöffnung umgebende Spule kann, von der gleichen Wärmequelle betrieben werden wie die den Ofeninhalt beheizende Induktionsspule. Sie kann mit dieser Hauptspule kurzschließbar oder abschaltbar in Reihe geschaltet sein, oder die Spannung kann der Bodenspule durch Vermittlung eines abschaltbaren Transformators von der die Hauptspule ίο speisenden Leitung zugeführt werden. Sind Bodenspule und Hauptspule hintereinandergeschaltet, dann ist die Anbringung einer Kurzschluß- oder Abschaltvorrichtung für die Bodenspule erforderlich, um diese während der Zeit des Schmelzens außer Wirkung zu setzen.

Es sind bereits früher Vorschläge dahingehend gemacht worden, den Ausguß von Ofen zunächst durch einen Stopfen zu verao schließen, der dann vor dem Gießen entweder auf mechanischem Wege herausgestoßen oder unter der Einwirkung des im Ofen geschmolzenen Metalls erhitzt und ausgeschmolzen wurde. Die erste Art der Entfernung des Stopfens bietet deshalb Schwierigkeiten, weil mechanisch bewegte Teile schwer vakuumdicht in eine Vakuumvorrichtung einzuführen sind und weil die in Frage kommenden Werkstoffe für die Ausstoßstangen sich stark erhitzen und damit verziehen. Erfolgt das Ausschmelzen nur unter dem Einfluß der Wärme des Schmelzbades, dann hat man es wiederum nicht in der Hand, den Stopfen zu einer beliebigen Zeit auszuschmelzen und den Ofeninhalt beliebig lange Zeit flüssig zu halten.

Um Bodendurchbrüche des flüssigen Metalls zu vermeiden, legt man gemäß der Erfindung unterhalb des Schmelzraumes in den Ofenboden eine aus Kupferrohren bestehende Kühlvorrichtung. Entgegen den Erwartungen hat sich gezeigt, daß durch eine derartige Kühlvorrichtung Durchbrüche mit Sicherheit vermieden werden, vorausgesetzt, daß die Kupferrohre dichtgängig gewickelt sind und den ganzen Ofenboden überdecken.

Eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung weitgehend schlackenreiner Blöcke geeignet ist, ist in der Abbildung wiedergegeben. In der Abbildung bedeutet« einen Ofen, der mit einer Ausgußöffnung b im Boden des Schmelzgefäßes versehen ist. In dem Boden b ist ein Rohr r aus keramischem Werkstoff eingesetzt, das von einer Induktionsspule c umgeben ist. Der Bodenabguß wird zunächst durch den Stopfen d verschlossen, der während des Schmelzvorganges fest bleibt und erst zu einer beliebigen Zeit mittels der Bodenspule c ausgeschmolzen wird. Die Bodenspule c besteht zweckmäßigerweise aus wassergekühlten Rohren oder ist mindestens an ihrer Innenseite mit derartigen Rohren £ verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Bodenspule in manchen Betriebszeiten als Kühlmittel zu benutzen und dadurch die Zustellung in der Nähe des Abstichloches & vor Zerstörungen infolge zu starker Erhitzung, beispielsweise während des Ausfließens des Ofeninhaltes, zu schützen.

Zur Erhitzung des Ofeninhaltes k dient die Induktionsspule /. Die Bodenspule c und die Hauptspule/ können von derselben Stromquelle aus gespeist werden. Dabei kann die Bodenspule c in Serie mit der Hauptspule i geschaltet werden. Dabei muß dann aber eine Vorrichtung vorgesehen werden, um während der Betriebszeiten, während deren die Bodenspule c nicht in Tätigkeit sein soll, diese abschalten zu können. Man kann auch der Bodenspule c den Strom von der Hauptleitung, die die Hauptspule/ speist, mittels eines Transformators zuführen.

Der Ofen ß ist von einem Mantel tn umgeben, der mit einem Rohr ρ versehen ist, das an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Der Mantel m wird vorzugsweise aus nichtmetallischem Werkstoff hergestellt, wie beispielsweise mit Kunstharz getränktem Papier oder mit Kunstharz getränktem Gewebe oder Asbest. Es kann aber auch ein metallischer Mantel verwendet werden, vorausgesetzt, daß ein genügender Zwischenraum zwischen, dem metallischen Mantel und der Hauptinduktionsspule/ gelassen wird, damit der metallische Mantel nicht einer unzulässigen Erwärmung durch Induktionswirkungen ausgesetzt ist. Der Mantel tn kann durch von einem Kühlmittel durchflossene Rohre η gekühlt werden.

Um zu verhindern, daß etwa flüssiges Metall durch den Boden des Ofens einmal durchbricht, kann die wassergekühlte Hauptinduktionsspule/ über den Boden des Ofens heruntergezogen werden, um dort eine ausreichende Kühlung zu bewirken. Die Bodenplatte q des Ofens kann vor der von dem Gießstrahl ausgehenden Wärme durch eine Kühlvorrichtung n' geschützt werden, beispielsweise durch wasserdurchströmte Kupferrohre.

In einem Ofen der beschriebenen Art ist es nicht nur möglich, beim Arbeiten unter Vakuum alle Verunreinigungen aus den zu schmelzenden Metallen oder Legierungen auszutreiben, sondern es ist auch möglich, nach beendeter Schmelze oder Raffinationsdauer das Metall abstehen und die Schlacke nach oben steigen zu lassen. Läßt man dann das Metall durch den Boden ausfließen, so be- lao steht keinerlei Gefahr, daß sich beim Gießen wieder Schlacke in dem Metall verteilt, wie

dies beim Gießen über eine Schnauze nie ganz zu vermeiden ist. Man erhält somit ein Metall, bei dem durch das Schmelzen im Vakuum die Verunreinigungen ausgetrieben und eine nachträgliche Verunreinigung .durch Schlacke beim Gießen nicht zu befürchten ist. Durch das Abgießen aus dem Schmelzrauim selbst wird die Abkühlung des Metalls und das erneute Aufrühren der Schlacke vermieden, das mit Auskippen des Schmelzofens unvermeidbar verbunden ist. Die Schmelze ist mit der Zustellung im Gleichgewicht,, während mit einer Pfannenausmaueruing erneute Reaktionen auftreten und insbesondere durch Zersetzung geringster Spuren von Feuchtigkeit Wasserstoff in das Metallbad kommen kann.

Dieses besonders reine Metall läßt man nun in eine unter der Ausgußöffnung des Ofens befindliche Kokille laufen. Zweckmäßig ist es, eine wassergekühlte Kupferkokille zu verwenden und diese kegelförmig zu gestalten, um Lunkerbildung beim Gießen weitgehend zu vermeiden. Eine solche Kokille ist mitio in der Abbildung bezeichnet.

Da die Schlacke auf dem Metallbad im Ofen schwimmt, ist es möglich, auch den Rest des Metalls in sauberem Zustand¹ in die Form fließen zu lassen. Die Gießgeschwjndigkeit regelt sich während des Abstechens selbsttätig durch die Menge des jeweils noch im Ofen enthaltenen flüssigen Metalls und ist am Anfang größer, am Schluß kleiner. Dies ist auch durchaus erwünscht, da es am Schluß des Gießens darauf ankommt, etwa entstehende Lunkerhohlräume, die sich durch Schrumpfung des Metalls in der Form bilden, allmählich auszufüllen. Die Gießgeschwindigkeit ist durch geeignete Wahl des Durchmessers des Stopfens weitgehend regelbar. Da beim Gießen unter Vakuum keine Verschlechterung des Metalls eintreten kann, kann insbesondere äußerst langsam gegossen werden und dadurch eine günstigste Struktur und Lunkerfreiheit erzielt werden. 45,

Durch die vorstehend geschilderte Schmelzund" Gießeinrichtung ist es also möglich, metallische Werkstoffe höchster Reinheit herzustellen und die Möglichkeit zu schaffen, diese in besonders wirtschaftlicher Form zu verarbeiten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen dichter und schlackenreiner, insbesondere zum Walzen gut geeigneter Gußblöcke aus Metallen und Metallegierungen, die in einem unter Vakuum betriebenen kernlosen Induktionsofen erschmolzen, und in luftleere Kokillen vergossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodeniabguß des Induktionsofens mit einem zu beliebiger Zeit ausschmelzbanen Stopfen verschlossen ist, der vorteilhaft durch eine ihn umgebende Induktionsspule zium Schmelzen gebracht werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich unter dem Bodenabguß eine luftleere Kokille befuider, deren senkrechte Mittelachse mit der senkrechten Mittelachse des Abstichloches des Ofens zusammenfällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ofenbodens eine dichtgängig gewickelte Kühlvorrichtung aus Kupferrohren angeordnet ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen