DE69614619T2

DE69614619T2 - Schwebeschmelzenverfahren und Vorrichtung zum Schwebeschmelzen und Giessen

Info

Publication number: DE69614619T2
Application number: DE69614619T
Authority: DE
Inventors: Noboru Demukai; Junji Yamada; Masayuki Yamamoto
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2016-04-13
Also published as: EP0751361A1; KR100244930B1; JPH0910916A; DE69614619D1; TW285648B; RU2151207C1; JP2783193B2; KR970000396A; US5738163A; EP0751361B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwebeschmelzverfahren, bei dem Material in einen wassergekühlten Kupferschmelztiegel eingeführt wird, um den eine Induktionsheizspule herumgewickelt ist, und wobei das Material geschmolzen wird, so dass verhindert wird, dass geschmolzenes Metall mit inneren Wandflächen des Schmelztiegels in Berührung gebracht wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wenn Titan oder ein anderes aktives Metall mit hohem Schmelzpunkt präzisionsgegossen wird, wie in Fig. 4 gezeigt, wird herkömmlicherweise ein zylindrischer wassergekühlter Kupferschmelztiegel 101 verwendet. Der äußere Rand des Schmelztiegels 101 ist mit einer gewickelten Induktionsheizspule 103 ausgestattet. Ein Basismaterial 105 wird vom Boden des Schmelztiegels 101 eingeführt, und gleichzeitig wird die Innenseite des Schmelztiegels 101 mit Argongas abgeschirmt. Geschmolzenes Metall wird in eine Präzisionsgießform 107 für den Guss hochgezogen, ohne dass es mit irgendeiner inneren Wandoberfläche des Schmelztiegels 101 in Berührung gebracht wird oder mit irgendeinem Fremdmaterial vermischt wird. Ein derartiges Schwebeschmelzverfahren ist z. B. in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-41062 und in der EP-A-457 502 offenbart.
Bei dem herkömmlichen Schwebeschmelzverfahren wird nach dem Hochziehen des geschmolzenen Metalls in die Gießform 107 das Basismaterial 105 angehoben, um neues geschmolzenes Metall für den anschließenden Gießvorgang zu bilden. Das Basismaterial 105 erfordert jedoch eine bestimmte Querschnittskonfiguration, die der Konfiguration des Schmelztiegels 101 angepasst ist. Daher muss Basismaterial 105 vorab vorbereitet werden, wodurch dem Herstellungsvorgang zusätzliche Schritte hinzugefügt werden. Dies ist z. B. in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 6- 71416 offenbart.
Um die Anzahl der Schritte des Herstellungsverfahrens zu minimieren, kann Schrottmaterial vom Oberteil des Schmelztiegels 101 her eingeführt werden, wodurch die Notwendigkeit umgangen wird, das Basismaterial 105 vorzubereiten. Da das Schrottmaterial verschiedene Konfigurationen hat, werden jedoch zwischen den Konfigurationen des Schrottmaterials Spalte gebildet, wodurch die Fülleffizienz im Schmelztiegel 101 verringert wird. Darüber hinaus wird die Effizienz des Induktionsheizens beeinträchtigt, und die Schmelzgeschwindigkeit verringert. Folglich kann die Anzahl der Herstellungsschritte nicht ausreichend verringert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schwebeschmelzverfahren bereitzustellen, bei dem Schrottmaterial oder anderes Material mit verschiedenen Konfigurationen durch effizientes Induktionsheizen geschmolzen werden kann.
Um diese oder andere Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Schwebeschmelzverfahren bereit, bei dem Material in einen wassergekühlten Kupferschmelztiegel eingeführt wird, der mit einer um ihn herumgewickelten Induktionsheizspule ausgestattet ist, und wird geschmolzen, so dass verhindert wird, dass geschmolzenes Metall irgendeine Innenwandfläche des Schmelztiegels berührt.
Wenn das geschmolzene Metall abgegeben wird, lässt man einen Teil des geschmolzenen Metalls in dem Schmelztiegel zurück, und es wird zusätzliches Material über das verbleibende geschmolzene Metall eingeführt, wodurch der Schmelzschritt wiederholt wird.
Wenn bei dem zuvor erwähnten Schwebeschmelzverfahren zusätzliches Material zu dem im Schmelztiegel verbleibenden geschmolzenen Metall hinzugegeben wird, werden Spalten in den Material mit dem geschmolzenen Metall gefüllt. Wenn das Material mit einer unregelmäßigen Konfiguration und niedrigen Volumendichte von dem geschmolzenen Metall umgegeben ist, wird daher die gesamte Volumendichte in dem Schmelztiegel erhöht. Folglich benötigt das zusätzliche Material keine spezifizierte Querschnittskonfiguration, und es wird kein Verfahrensschritt zum Einstellen der Konfiguration des Materials benötigt. Selbst ein Material mit einer niedrigen Volumendichte und einer unregelmäßigen Konfiguration kann effizient geschmolzen werden.
Folglich können bei der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Verfahrenschritte und die Herstellungskosten beachtlich verringert werden. Wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei einem Präzisionsgießverfahren verwendet wird, können Endprodukte mit beachtlich geringen Kosten hergestellt werden.
Bei dem Schwebeschmelzverfahren ist die Menge des im Schmelztiegel zurückbleibenden geschmolzenen Metalls ausreichend, um Spalte bzw. Hohlräume in dem zusätzlichen Material zu füllen. Zu diesem Zweck werden das Gewicht und die Volumendichte des zusätzlichen Materials und die Menge einer einzigen Zufuhr an geschmolzenen Metall derart bestimmt, dass die Bedingung K < 1,8 in der folgenden Gleichung (1) erfüllt wird:
WS = K·WM/{K-¹+(ρM/ρs)} (1)
WS: Menge des in Kilogramm gemessenen zusätzlichen Materials;
WM: das in Kilogramm gemessene Gewicht des geschmolzenen Metalls vor der Zufuhr;
ρM: das in g/cm³ gemessene spezifische Volumengewicht des geschmolzenen Metalls;
ρ5: das in g/cm³ gemessene spezifische Volumengewicht des Materials; und
K: ein Betriebsparameter.
Das Zustandekommen der Gleichung (1) wird nun erklärt:
Zunächst wird das geschätzte Volumen der Hohlräume bzw. Spalten in dem zusätzlichen volumenmäßigen Material, Vs, in der folgenden Gleichung (2) ausgedrückt:
Vs = (Ws/Ps)-(Ws/ρM) = Ws(1/ρs-1/ρM) (2)
Das geschätzte Volumen des im Schmelztiegel verbleibenden geschmolzenen Metalls, VR, wird in der folgenden Gleichung (3) ausgedrückt:
VR = (WM-WS) / PM (3)
Wenn VS viel größer als VR ist, füllt das Material den Schmelztiegel grob auf, wodurch die Induktionsheizeffizienz verringert wird. Die Erfinder wussten aus Erfahrung, dass es einen Übergangspunkt der Heizeffizienz bei einem Wert von etwa Vs = 1,8 VR gibt. Wenn der Wert in einen Bereich von VS = 1,5 VR liegt und Vs < 1,5 VR, kann ein übermäßiger Abfall der Heizeffizienz vermieden werden.
Wenn Vs < VR ist, kann die Induktionsheizeffizienz konstant auf einem hohen Wert gehalten werden. Allerdings erfordert ein Wert von Vs, der übermäßig viel kleiner als VR ist, eine übermäßig große Anlage zum Schmelzen und Gießen. Nach einer erneuten Betrachtung erbrachten die Erfinder die Schlussfolgerung, dass dann, wenn die untere Grenze von Vs etwa 0,5 VR ist, die Anlage eine realistische Größe haben kann.
Wenn der wirkungsvolle Bereich des Verhältnisses von Vs relativ zu VR als K angesetzt wird, lässt sich die Beziehung zwischen VS und VR in der folgenden Gleichung (4) ausdrücken:
= K VR (4)
In die Gleichung (4) werden die Gleichungen (2) und (3) eingesetzt, und es wird so umgeformt, dass die folgenden Gleichungen (5) bis (7) gebildet werden:
WS(1/ρS-1/ρM) = K·(WM-WS) /ρM (5)
Ws(1/ρS-1/ρM+K/ρM) = K·WM/ρM (6)
WM/(K·WM/ (K-¹+ρM/ρS) (7)
Die verbleibende Gleichung (7) ist äquivalent zu der Gleichung (1). Wie zuvor erwähnt, ist der effektive Bereich des Wertes K vorzugsweise nicht größer als 1,8 und vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5. Unter diesem Umstand wird verhindert, dass die Größe der Anlage übermäßig groß wird.
Bei dem Schwebeschmelzverfahren der vorliegenden Erfindung werden Materialstücke oder Pulver gemischt, um in den Schmelztiegel hinzuzugebendes Material zu bilden, dessen spezifisches Volumengewicht derart bestimmt wird, dass der Wart K kleiner als 1,8 und vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 in der folgenden Gleichung (8) ist:
ρS = ρM · Ws/{K(WM-Ws)+Ws} (8)
WS: das in kg gemessene Gewicht des zusätzlichen Materials;
WM: das in kg gemessene Gewicht des geschmolzenen Metalls vor der Zufuhr;
ρK: das in g/cm³ gemessene spezifische Volumengewicht des geschmolzenen Metalls;
ρS: das in g/cm³ gemessene spezifische Volumengewicht des Materials; und
K: ein Betriebsparameter.
Die Gleichung (8) wird hergeleitet, indem man Gleichung (7) nach ρS auf löst.
Wenn z. B. das Präzisionsgießen durchgeführt wird unter Verwendung von Gießformen der für die Massenproduktion bestimmten Bauart, wird das Gewicht des zusätzlichen Materials oder WS durch die Abmessung der Gießform bestimmt oder begrenzt. Um ein bestimmtes Gewicht des zusätzlichen Materials vorzubereiten, wird die Mischgeschwindigkeit von Materialstücken oder Pulver mit verschiedenen Konfigurationen derart vorbestimmt, dass die Anforderungen der Gleichung (8) erfüllt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann das Gewicht des geschmolzenen Metalls vor der Zufuhr, WM, verändert werden. Wenn die Bedingungen die Gleichungen (1) und (8) erfüllen, können die Schmelzschritte wiederholt werden, während der Wert von WM zu einem Ausmaß hin erhöht oder verringert wird. Daher können die Menge des zusätzlich eingeführten Materials und das spezifische Volumengewicht des Materials verändert werden, solange diese Werte in einem derartigen Bereich liegen, das die Anforderungen der Gleichungen (1) und (8) erfüllt werden.
Das erfindungsgemäße Schwebeschmelzverfahren, bei dem verhindert wird, dass Fremdmaterial in das geschmolzene Metall des Schmelztiegels eindringt, eignet sich speziell für das Schmelzen von Titan, Chrom, Molybdän, Nickel, Legierungen dieser Metalle oder anderen aktiven Metallen mit hohem Schmelzpunkt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung eignet sich für ein Präzisionsgießverfahren oder ein sogenanntes Beinahe-Nettoform-Gießverfahren. In dem Beinahe- Nettoform-Gießverfahren wird geschmolzenes Metall zu einer Konfiguration ähnlich der eines Endproduktes gegossen, wodurch nur wenig Material weggeschnitten oder endbearbeitet werden muss. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann zum Schmelzen von anderen als den oben angegebenen Metallen und für andere Gießverfahren verwendet werden, um z. B. Barren oder Billette zu bilden. Die vorliegende Erfindung kann ein Schwebeschmelzverfahren bereitstellen, bei dem während oder nach dem Hinzugeben einer beinahe vorbestimmten Menge an geschmolzenem Metall aus dem Schmelztiegel ein weiterer Schmelzschritt für irgendeinen Zweck fortgeführt wird, wobei irgendein zu schmelzendes Material verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Schwebeschmelzverfahren und eine Gießanlage bereit, die aus einem wassergekühlten Kupferschmelztiegel besteht, der mit einer um ihn herumgewickelten Induktionsheizspule ausgestattet ist. Der Boden des Schmelztiegels wird mit Material blockiert, das identisch mit dem zu schmelzenden Material in dem Schmelztiegel ist. Gleichzeitig wird die Innenseite des Schmelztiegels mit inaktivem Gas abgeschirmt. Indem Strom in die Induktionsheizspule geleitet wird, wird das Material in dem Schmelztiegel geschmolzen. Ein Saugrohr einer Gießform wird durch den oberen Teil des Schmelztiegels in das geschmolzene Metall für ein Sauggießverfahren eingeführt. Der Schmelztiegel ist mit einem Materialhalter zum Aufnehmen zusätzlich zu schmelzenden Materials ausgestattet. Nachdem das Sauggießverfahren abgeschlossen ist, wird der Materialhalter auf dem Oberteil des Schmelztiegels angebracht, wobei die Gießform ersetzt wird und das Material von dem Materialhalter in den Schmelztiegel eingespritzt wird. Die erfindungsgemäße Anlage unterscheidet sich von der herkömmlichen Anlage für das Schwebeschmelzen dadurch, dass das Material zusätzlich von dem Materialhalter nach unten in den Schmelztiegel eingeführt wird. Daher kann das Material derart vorbereitet werden, dass es die in den Gleichungen (1) und (8) vorgegebenen Bedingungen erfüllt, und kann in dem Materialhalter gespeichert werden, bevor es zusätzlich in den Schmelztiegel eingespritzt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine erklärende Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schwebeschmelzen und -Gießen ist;
Fig. 2A, 2B, 2C und 2D erklärende Ansichten sind, die erfindungsgemäße Verfahrensschritte zeigen;
Fig. 3 eine grafische Darstellung ist, welche die experimeantellen Ergebnisse zeigt; und
Fig. 4 eine erklärende Ansicht einer herkömmlichen Vorrichtung für das Schwebeschmelzen und -Gießen ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In einem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Golfschlägerkopf aus Titanlegierung zu einer beinahe endgültigen Form in einer Schmelz- und Gießanlage 10 präzisionsgegossen. Die Schmelz- und Gießanlage 10 ist mit einem zylindrischen wassergekühlten Kupferschmelztiegel 13 ausgestattet mit einer um ihn herumgewickelten Induktionsheizspule 11, einer am Oberteil des Schmelztiegels 13 gleitend befestigten Gleitabdeckung 15, einer auf der Gleitabdeckung 15 befestigten Sauganordnung 17 und einem ebenfalls auf der Gleitabdeckung 15 befestigten Materialhalter 19.
Die Sauganordnung 17 hat einen dualen zylindrischen Aufbau, der aus einem äußeren zylindrischen Teil 21 und einem inneren zylindrischen Teil 23 besteht, das in dem äußeren zylindrischen Teil 21 vertikal gleitbar ist. Das äußere zylindrische Teil 21 ist mit einem Einlass 25 für Argongas ausgestattet. Während des Schmelzens und Gießens wird Argongas von dem Einlass 25 durch einen Hohlraum bzw. einen Spalt im Boden des äußeren zylindrischen Teils 21 in den Schmelztiegel 13 abschirmend eingeleitet. Das innere zylindrische Teil 23 ist mit einem Druckverringerungsanschluss 27 ausgestattet, der mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe in Verbindung steht. Eine Präzisionsgießform 31 ist in dem inneren zylindrischen Teil 23 für das Sauggießen vorgesehen. Ein Saugrohr 33 streckt sich vom Boden der Gießform 31 nach unten hin. Durch die Sauganordnung 10 erstreckt sich ein Gießform-Druckstab 37 zu der Gießform 31 hin. Durch Absenken des inneren zylindrischen Teils 23 wird das untere Ende des Saugrohres 33 mit dem geschmolzenen Metall in Berührung gebracht. Durch Verringern des Drucks über den Druckverringerungsanschluss 27 wird geschmolzenes Metall in die Gießform 31 gezogen, um geformt zu werden.
Der Materialhalter 19 hat eine Gleitplatte 35 an seinem Boden. Materialstücke WS, die über den Oberteil des Materialhalters 19 eingeführt worden sind, lässt man vom Boden des Materialhalters 19 herabfallen, um geschmolzen und gegossen zu werden. Die Materialstücke W5 werden gemischt und gemessen, wobei die in Gleichung (1) und (8) definierten Anforderungen erfüllt werden, bevor sie in den Materialhalter 19 eingeführt werden.
Wie in Fig. 2A, 2B, 2C und 2D gezeigt, wird der Schmelz- und Gießvorgang wiederholt, wobei die vorgenannte Schmelz- und Gießanlage 10 verwendet wird.
Zunächst wird ein Startmaterialstab DB, dessen Querschnittskonfiguration dem Innendurchmesser des Schmelztiegels 13 angepasst wurde, in den Schmelztiegel 13 eingeflährt. Die Gleitabdeckung 15 wird so verschoben und positioniert, dass der Schmelztiegel 13 mit dem äußeren zylindrischen Teil 21, deren Sauganordnung 17 vertikal ausgerichtet ist. Argongas wird zum Einlass 25 in den Schmelztiegel 13 eingeblasen, wodurch die Innenseite des Schmelztiegels 13 albgeschirmt wird. Durch die Induktionsheizspule 11 wird Strom geleitet, wodurch das Schmelzen des Startmaterialstabs WB eingeleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das innere zylindrische Teil 23 der Sauganordnung 17 angehoben, wie in Fig. 2A gezeigt.
Durch das Schwebeschmelzen wird ein Teil des Startmaterialstabs WB in geschmolzenes Metall WM umgewandelt. Wie in Fig. 2B gezeigt, wird anschließend das innere des zylindrischen Teils 23 der Sauganordnung 17 abgesenkt, und das Saugrohr 33, das sich von der Gießform 31 erstreckt, wird in das geschmolzene Metall WM eingeführt. Ein Teil des geschmolzenen Metalls WM wird in die Gießform 31 gezogen, um gegossen zu werden. Die Menge des gezogenen geschmolzenen Metalls ist durch die Abmessung der Gießform 31 auf einen konstanten Wert begrenzt.
Nach dem Beenden des Saugens der konstanten Menge geschmolzenen Metalls in die Gießform 31, wie in Fig. 2C gezeigt, wird die Gleitabdeckung 15 verschoben und derart positioniert, dass der Materialhalter 19 mit dem Schmelztiegel 13 vertikal ausgerichtet ist. Durch Öffnen der Gleitplatte 35 werden Materialstücke WS dem im Schmelztiegel 13 verbleibenden geschmolzenen Metall WM hinzugefügt.
Bevor sie hinzugefügt werden, wie zuvor erwähnt, werden die Materialstücke WS derart gemischt, dass sie ein spezifisches Volumengewicht ps haben, das die Anforderungen von Gleichung (1) und (8) erfüllt. Es werden auch die Materialstücke W5 gewogen, damit sie beinahe dasselbe Gewicht wie das Gewicht des geschmolzenen und abzugebenden Metalls haben. Die eigentlichen Materialstücke WS bilden eine voluminöse Masse mit Hohlräumen bzw. Spalten darin. Wenn sie zu dem im Schmelztiegel 13 verbleibenden geschmolzenen Metall WM hinzugegeben worden sind, werden jedoch die Hohlräume in den Materialstücken WS mit dem geschmolzenen Metall WM gefüllt, wodurch sich eine dichte voluminöse Masse bildet. Eine solche dichte voluminöse Masse wird durch die Induktionsheizspule 11 aufgeheizt, wie in Fig. 2D gezeigt. Folglich können die hinzugegebenen Materialstücke WS ohne Verschlechterung der Heizeffizienz rasch geschmolzen werden.
Während die Materialstücke WS hinzugegeben und geschmolzen werden, wird die Gießform 31 durch eine andere Gießform ersetzt. Während das Sauggießen durchgeführt wird, werden zusätzliche Materialstücke WS in den Materialhalter 19 eingeführt.
Die zuvor erwähnten Schritte des Schmelzens, des Sauggießens und Hinzugeben von Materialien werden wiederholt, wodurch gewünschte Gießprodukte effizient hergestellt werden. Es werden nun experimentelle Beispiele des Schmelzgießens erklärt. In den Experimenten wurden die zuvor erwähnte Schmelz- und Gießanlage 10 des Ausführungsbeispiels und ein aus 90 Gew.-% Titan, 6 Gew.-% Aluminium und 4 Gew.-% Vanadium bestehendes Legierungsmaterial verwendet. Unter Verwendung der in Tabelle 1 gezeigten Werte für die Parameter in den zuvor erwähnten Gleichungen wurde die für das Schmelzen des zusätzlichen Materials erforderliche Zeitdauer gemessen. Tabelle 1
Die experimentellen Ergebnisse sind auch in grafischer Form in Fig. 3 gezeigt. Für das Experiment Nr. 1 bis 3 betrug die zum Schmelzen erforderliche Zeitdauer 60 Sekunden und weniger, und für das Experiment Nr. 4 und 5 war die Zeitdauer länger. Dies zeigt, dass bei einer Erhöhung des Betriebsparameters K die Hohlräume bzw. Spalten in den hinzuzu gebenden Materialstücken zu groß sind, um mit dem im Schmelztiegel verbleibenden geschmolzenen Material aufgefüllt zu werden. Eine derart grobe voluminöse Masse der Materialstücke und des geschmolzenen Metalls erfordert eine lange der Induktionsheizung.
Die Zeitdauer zum Schmelzen in Experiment Nr. 4 und 6, bei der der Betriebsparameter K den Wert 1,8 hat, ist um 50% länger als derjenige der anderen Beispiele. Es besteht daher ein Übergangspunkt etwa bei dem Betriebsparameter K mit 1,8. Wenn der Betriebsparameter K kleiner als ein gewisser Wert ist, betrachtet man die Hohlräume in den Materialstücken als vollständig gefüllt, und die Zeitdauer zum Schmelzen kann unabhängig von dem Betriebsparameter K beinahe konstant gehalten werden.
Berücksichtigt man, dass der Übergangspunkt um einen Betriebsparameter K von 1,8 herum existiert, der durch die strichpunktierte Linie in Fig. 3 gezeigt ist, so bleibt die Zeitdauer zum Schmelzen unabhängig vom Betriebsparameter K konstant, wenn er kleiner als ein gewisser Wert ist. Eine durchgehende Linie kann durch Extrapolation in dem Diagramm von Fig. 3 gezogen werden. Sie zeigt, dass bei einem Betriebsparameter K von weniger als 1,5 die Zeitdauer zum Schmelzen im wesentlichen konstant ist.
Ein kleiner Wert des Betriebsparameters K zeigt, dass die Abgabegeschwindigkeit des abzugebenden geschmolzenen Metalls verringert wird und die Menge des im Schmelztiegel zu verbleibenden geschmolzenen Metalls erhöht wird. Wenn der Beriebsparameter K auf einen sehr kleinen Wert eingestellt wird, benötigt man einen großen Schmelztiegel, wodurch sich beim Betrieb ein praktisches Problem ergibt.
Folglich beträgt der Wert des Betriebsparameters K vorzugsweise nicht mehr als 1,8, besonders bevorzugt 1,5 oder weniger und am meisten bevorzugt 1, 2 oder weniger. Die untere Grenze des Betriebsparameters K ist vorzugsweise etwa 0,5.
Die Erfindung wurde weiter oben anhand des bevorzugten Ausfcihrungsbeispiels beschrieben, wie in den Figuren gezeigt. Abwandlungen und Veränderungen ergeben sich für den Fachmann, der die Beschreibung ließt und versteht.

Claims

1. Schwebeschmelzverfahren, welches die folgenden Schritte aufweist:

Einführen von Material in einen wassergekühlten Kupferschmelztiegel, der mit einer um ihn herumgewickelten Induktionsheizspule ausgestattet ist;

Schmelzen des Materials, um zu verhindern, dass geschmolzenes Metall die innere Wandfläche des Schmelztiegels berührt;

Abgeben eines Teils des geschmolzenen Metalls; und Einführen von zusätzlichem Material über dem in dem Schmelztiegel verbliebenen geschmolzenen Metall, wodurch der Schmelzschritt wiederholt wird.

2. Schwebeschmelzverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge des in dem Schmelztiegel verbliebenen geschmolzenen Metalls ausreicht, um Lücken in dem zusätzlichen Material zu füllen.

3. Schwebeschmelzverfahren nach Anspruch 2, bei dem das Gewicht und die Volumendichte des zusätzlichen Materials und eine Menge der Zufuhr geschmolzenen Metalls bestimmt werden, um die Bedingung zu erfüllen, dass ein Wert K kleiner als 1,8 in der folgenden Gleichung ist:

WSK·WM/{K-1+(ρM/ρS) }, wobei

WS die Menge des in Kilogramm gemessenen zusätzlichen Materials bezeichnet;

WM das in Kilogramm gemessene Gewicht des geschmolzenen Metalls vor der Zufuhr bezeichnet;

ρM das in g/cm³ gemessene spezifische Volumengewicht des geschmolzenen Metalls bezeichnet;

ρS das in g/cm³ gemessene spezifische Volumengewicht des Materials bezeichnet; und

K einen Betriebsparameter bezeichnet.

4. Schwebeschmelzverfahren nach Anspruch 2, bei dem mindestens Materialstücke und Pulver gemischt werden, um das zusätzliche Material zu bilden, so dass das spezifische Volumengewicht des zusätzlichen Materials bestimmt wird, um die Bedingung zu erfüllen, dass ein Wert K kleiner als 1,8 in der folgenden Gleichung ist:

ρS = ρM·WS/{K(WM-Ws) +WS}, wobei

WS; das in Kilogramm gemessene Gewicht des zusätzlichen Materials bezeichnet;

K einen Betriebsparameter bezeichnet.

5. Schwebeschmelzverfahren nach Anspruch 3, bei dem der Wert des Betriebsparameters K zwischen 0,5 und 1,5 liegt.

6. Schwebeschmelzverfahren nach Anspruch 4, bei dem der Wert des Betriebsparameters K zwischen 0,5 und 1,5 liegt.

7. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung, welche aufweist:

einen wassergekühlten Kupferschmelztiegel, der mit einer um ihn herumgewickelten Induktionsheizspule ausgestattet ist, wobei der Boden des Schmelztiegels mit einem in dem Schmelztiegel zu schmelzenden Material ausgestattet ist und gleichzeitig die Innenseite des Schmelztiegels mit einem inaktiven Gas abgeschirmt wird, wobei durch die Induktionsheizspule Strom geleitet wird, um das Material in dem Schmelztiegel zu schmelzen;

ein Saugrohr einer Gießform, wobei die Gießform auf einem Oberteil des Schmelztiegels positioniert ist und durch den Oberteil des Schmelztiegels in das geschmolzene Metall für einen Sauggießvorgang eingeführt wird; und

einen Materialhalter zum Aufnehmen von zusätzlichem zu schmelzenden Material, wobei nach dem Hochziehen des geschmolzenen Metalls in die Gießform der Materialhalter auf dem Oberteil des Schmelztiegels positioniert wird und das zusätzliche Material von dem Materialhalter in den Schmelztiegel eingespritzt wird.

8. Schwebeschmelzverfahren nach Anspruch 1, mit einem Schritt zum Bewegen einer Gleitabdeckung, die auf dem Schmelztiegel derart vorgesehen ist, dass ein Materialhalter oberhalb des Schmelztiegels positioniert wird, nachdem das geschmolzene Metall abgegeben worden ist.

9. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung, welche aufweist: einen wassergekühlten Schmelztiegel;

ein Material, dass in einem Boden des wassergekühlten Schmelztiegels vorgesehen ist;

eine um den wassergekühlten Schmelztiegel herumgewickelte Induktionsspule, durch die elektrischer Strom geleitet wird, um das Material zu schmelzen;

eine auf dem wassergekühlten Schmelztiegel montierte Gleitabdeckung;

ein auf einem ersten Abschnitt der Gleitabdeckung montiertes Saugmittel; und

einen auf einem zweiten Abschnitt der Gleitabdeckung montierten Materialhalter zum Aufnehmen von zusätzlichem Material.

10. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der wassergekühlte Schmelztiegel aus Kupfer besteht.

11. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Materialhalter eine auf dessen Oberfläche montierte Gleitplatte hat, um das zusätzliche Material aufzunehmen.

12. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Säugmittel aufweist:

einen äußeren Abschnitt;

einen innerhalb des äußeren Abschnitts gleitend enthaltenen inneren Abschnitt;

einen innerhalb des äußeren Abschnitts vorgesehenen Gaseinlass zum Bereitstellen eines Abschirmungsgases innerhalb des Schmelztiegels;

einen innerhalb des inneren Abschnitts vorgesehenen Druckverringerungsanschluss zur Verbindung mit einer Vakuumvorrichtung;

eine Präzisionsgießform, die mit dem inneren Abschnitt für das Sauggießen ausgestattet ist; und

ein von der Präzisionsgießform hervorstehendes Saugrohr zum Hochziehen des geschmolzenen Materials.

13. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 12, welche eine Gießform-Druckstange aufweist, die sich durch die Sauganordnung zu der Präzisionsgießform erstreckt.

14. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 12, bei der der äußere Abschnitt zylindrisch ist.

15. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 12, bei der der innere Abschnitt zylindrisch ist.

16. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Saugrohr in das geschmolzene Material abgesenkt wird, um das geschmolzene Material in die Präzisionsgießform zu ziehen, wenn ein Druck in dem inneren Abschnitt über dem Druckverringerungsanschluss verringert wird.

17. Schwebeschmelz- und Gießvorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Abschirmungsgas Argon ist.