EP0137315B1 - Verfahren und Anlage zum Herstellen von hochreinen Legierungen - Google Patents

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EP0137315B1 EP84110654A EP84110654A EP0137315B1 EP 0137315 B1 EP0137315 B1 EP 0137315B1 EP 84110654 A EP84110654 A EP 84110654A EP 84110654 A EP84110654 A EP 84110654A EP 0137315 B1 EP0137315 B1 EP 0137315B1
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melting
casting
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Jürgen Dr.-Ing. Hartwig
Johannes Jachowski
Paul Dipl.-Ing. Pant
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Fried Krupp AG
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Fried Krupp AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/15—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using vacuum

Definitions

  • the starting material forming the alloy is melted in an induction crucible, subjected to a vacuum treatment and then poured into a resistance-heated casting funnel, from which it is poured to form a certain metallostatic height and z. B. passes through a spray system into a spray chamber.
  • ceramic particles from the lining of the induction crucible and slag particles - the latter also when the pouring funnel flows empty - can get into the atomization chamber - especially in the initial phase of the pouring, in which there is still no metallostatic height in the pouring funnel.
  • the liquid material reacts with the lining of the pouring funnel to form further impurities which also end up in the end product.
  • a method and a device for producing metallurgical products in which or in which an alloy melts in an induction furnace located in a vacuum chamber arrangement and within the vacuum chamber arrangement possibly via a tilting ladle onto a Gutter arrangement is given, from which it is possibly poured through the closable bottom outlet of the ladle of a mobile trolley by a plug.
  • the alloy in the ladles and on the tundish arrangement is heated by electron beams arranged above it in order to keep it flowable and pourable. In the ladles, however, there is only an energy supply from the surface.
  • the invention is based on the object of specifying a method for producing high-purity alloys, the use of which improves the degree of purity of the alloy and can be maintained throughout the entire casting phase. Furthermore, an installation for carrying out the method is to be created.
  • melt located in the second crucible therefore has a higher degree of purity than the conditions in the induction crucible. Since the enrichment of the non-metallic impurities is already on the surface of the melt before it flows out through the pouring opening below, a high-purity alloy material flows from the beginning of the opening. By timely actuation of the closing arrangement, the outflow of the non-metallic impurities can be prevented and the high degree of purity can thus be maintained over the entire casting phase.
  • the system comprises an induction melting crucible 1, which is housed in a vacuum vessel 2.
  • a resistance-heated melting furnace 3 which has an outflow nozzle 4 in its bottom.
  • the melting furnace 3 is assigned a closing arrangement 5, which has a stopper rod 6, which is inserted from above through a vacuum guide 7 into the vacuum vessel 2 and can be operated by a control device 8.
  • the plug rod 6 is provided with a casing and / or coating 9.
  • the part of the sealing rod 6 located above the casing, the vacuum guide 7 and / or the control device 8 can be connected to a cooling system (not shown) in order to keep harmful thermal influences as low as possible.
  • nozzles 10 which point into the interior of the melting furnace 3 and which are connected to an inert gas line (not shown) on the outside.
  • the stopper rod 6 has nozzles 11 directed laterally into the cavity of the melting furnace 3 and a nozzle 12 directed in the direction of the outflow nozzle 4.
  • the nozzles 11 and 12 are connected to an inert gas supply (not shown).
  • a spraying chamber 13 which has at its upper end a spraying arrangement 14 located exactly below the outflow nozzle 4.
  • the starting material is first introduced into the induction crucible 1.
  • the alloy is used to set the required casting temperature and for refining treatment, ie to remove all non-metallic impurities due to density Buoyancy and transferred to the setting of the casting temperature in the resistance-heated melting furnace 3.
  • the density-related buoyancy of the non-metallic impurities can be supported by the inert gas that passes through the nozzles 10 and / or 11 into the melt.
  • the melt is kept at a constant casting temperature for the duration of the refining treatment.
  • the stopper rod 6 is raised by actuating the control device 8 and the outflow nozzle 4 is thereby opened.
  • the inert gas jet emerging through the nozzle 12 can be used to support the atomization of the alloy stream flowing into the atomization chamber 13.
  • the resistance-heated melting furnace 3 can be used for casting the alloy in the form, block and continuous casting process.

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Description

  • Bei einem bekannten Verfahren wird das die Legierung bildende Ausgangsmaterial in einem Induktionstiegel erschmolzen, einer Vakuumbehandlung unterzogen und anschließend in einen widerstandsbeheizten Gießtrichter abgegossen, aus dem es unter Bildung einer bestimmten metallostatischen Höhe abgegossen und z. B. durch ein Verdüsungssystem in eine Verdüsungskammer gelangt. Bei diesem Verfahren können - insbesondere in der Anfangsphase des Abgießens, in der sich noch keine metallostatische Höhe im Gießtrichter eingestellt hat - keramische Teilchen der Auskleidung des Induktionstiegels und Schlackenteilchen - letztere auch beim Leerfließen des Gießtrichers - in den Verdüsungsraum gelangen. Weiterhin besteht bei diesem Verfahren die Gefahr, daß das flüssige Material mit der Auskleidung des Gießtrichters unter Bildung weiterer Verunreinigungen reagiert, die mit in das Endprodukt gelangen.
  • Es ist auch bekannt, das die Legierung bildende Ausgangsmaterial in einem Induktionstiegel mit einer im Boden angeordneten Ausflußöffnung zu erschmelzen, wobei die Bodenöffnung durch eine entsprechende Stopfenanordnung verschließbar ist. Bei diesem Verfahren bleiben zwar die Schlackenteilchen weitgehend an der Oberfläche der Schmelze, es besteht jedoch die Gefahr, daß die Verschließanordnung sowohl bei der Beschickung des Tiegels mit dem festen Ausgangsmaterial beschädigt wird, als auch, daß die dichtenden Flächen der Verschließanordnung, d. h. sowohl des schließenden Teils als auch der Ausgußöffnung, bei der ständig im Induktionstiegel erzeugten Durchwirbelung der Schmelze erodiert werden.
  • Weiterhin ist aus der FR-A-2 005 441 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen metallurgischer Erzeugnisse bekannt, bei dem bzw. in der eine Legierung in einem in einer Vakuumkammeranordnung befindlichen Induktionsofen erschmolzen und innerhalb der Vakuumkammeranordnung ggf. über eine kippbare Gießpfanne auf eine Gießrinnenanordnung gegeben wird, von der es ggf. durch den durch einen Stopfen verschließbaren bodenseitigen Auslaß der Gießpfanne eines fahrbaren Gießwagens vergossen wird. Dabei wird die Legierung in den Gießpfannen und auf der Gießrinnenanordnung durch darüber angeordnete Elektronenstrahler beheizt, um sie fließ- und gießfähig zu halten. In den Gießpfannen ergibt sich dabei aber nur eine Energiezufuhr von der Oberfläche her.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von hochreinen Legierungen anzugeben, bei dessen Anwendung der Reinheitsgrad der Legierung verbessert wird und durchgehend über die ganze Gießphase einhaltbar ist. Weiter soll eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Während durch die von dem Induktionstiegel in der Schmelze erzeugte Durchwirbelung ständig die zur Vakuumbehandlung erwünschte Bewegung des Schmelzbades vorhanden ist, wird das Material in dem weiteren
  • Schmelztiegel strömungsmäßig in Ruhe gehalten. Dadurch können die nichtmetallischen Verunreinigungen, ihrem Auftrieb entsprechend, an die Oberfläche gelangen und dort verbleiben. Die in dem zweiten Schmelztiegel befindliche Schmelze erfährt also gegenüber den Bedingungen im Induktionstiegel einen höheren Reinheitsgrad. Da sich die Anreicherung der nichtmetallischen Verunreinigungen bereits vor dem Abfließen durch die unten gelegene Ausgußöffnung an der Oberfläche der Schmelze befindet, fließt vom Beginn des Öffnens an ein hochreines Legierungsmaterial. Durch rechtzeitiges Betätigen der Verschließanordnung kann das Ausfließen der nichtmetallischen Verunreinigungen verhindert und so der hohe Reinheitsgrad über die ganze Gießphase eingehalten werden.
  • Durch die Maßnahme nach dem Nebenanspruch, dem Anspruch 2, kann der Reinheitsgrad noch günstiger gestaltet werden. Die Unteransprüche, die Ansprüche 3 bis 12, stellen eine vorteilhafte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
  • Als ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung eine Anlage zum Inertgasverdüsen von Legierungspulver schematisch dargestellt, die im folgenden näher beschrieben wird. Die Anlage umfaßt einen Induktionsschmelztiegel 1, der in einem Vakuumkessel 2 untergebracht ist. In dem Vakuumkessel befindet sich außerdem ein widerstandsbeheizter Schmelzofen 3, der in seinem Boden eine Ausflußdüse 4 aufweist. Dem Schmelzofen 3 ist eine Verschließanordnung 5 zugeordnet, die eine Stopfenstange 6 aufweist, die von oben her durch eine Vakuumführung 7 in den Vakuumkessel 2 eingeführt ist und von einer Regelvorrichtung 8 bedient werden kann. An ihrem unteren Ende ist die Stopfenstange 6 mit einer Ummantelung und/oder Beschichtung 9 versehen.
  • Der oberhalb der Ummantelung befindliche Teil der Verschlußstange 6, die Vakuumführung 7 und/ oder die Regelvorrichtung 8 können, um schädliche thermische Einflüsse möglichst gering zu halten, an ein (nicht dargestelltes) Kühlsystem angeschlossen sein.
  • Im unteren Bereich des Schmelzofens 3 sind Düsen 10 angeordnet, die in das Innere des Schmelzofens 3 weisen und die nach außen an eine (nicht dargestellte) Inertgasleitung angeschlossen sind.
  • Die Stopfenstange 6 weist an ihrem unteren Ende seitlich in den Hohlraum des Schmelzofens 3 gerichtete Düsen 11 sowie eine in Richtung der Ausflußdüse 4 gerichtete Düse 12 auf. Die Düsen 11 und 12 sind an eine (nicht dargestellte) Inertgaszuführung angeschlossen.
  • Unterhalb der Ausflußöffnung 4 befindet sich eine Verdüsungskammer 13, die an ihrem oberen Ende eine genau unter der Ausflußdüse 4 gelegene Verdüsungsanordnung 14 aufweist.
  • Zum Aufschmelzen und zur Vakuumbehandlung wird das Ausgangsmaterial zunächst in den Induktionsschmelztiegel 1 eingegeben. Nach der Vakuumbehandlung wird die Legierung zur Einstellung der erforderlichen Gießtemperatur und zur Raffinationsbehandlung, d. h. zur Entfernung aller nichtmetallischen Verunreinigungen durch dichtebedingten Auftrieb und zur Einstellung der Gießtemperatur in den widerstandsbeheizten Schmelzofen 3 umgefüllt. Der dichtebedingte Auftrieb der nichtmetallischen Verunreinigungen kann durch das durch die Düsen 10 und/oder 11 in die Schmelze gelangende Inertgas unterstützt werden. In dem widerstandsbeheizten Schmelzofen 3 wird die Schmelze für die Dauer der Raffinationsbehandlung auf einer konstanten Gießtemperatur gehalten.
  • Zum Abgießen der Legierung in den Verdüsungsraum 13 wird die Stopfenstange 6 durch Betätigen der Regelvorrichtung 8 angehoben und dadurch die Ausflußdüse 4 geöffnet. Dabei kann der durch die Düse 12 austretende Inertgasstrahl zur Unterstützung der Verdüsung des in die Verdüsungskammer 13 einfließenden Legierungsstromes herangezogen werden.
  • In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann der widerstandsbeheizte Schmelzofen 3 zum Vergießen der Legierung im Form-, Block- und Stranggußverfahren verwendet werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von hochreinen Legierungen, bestehend aus den Schritten
a) Erschmelzen der Legierung in einem Induktionstiegel und Vakuumbehandlung der Schmelze,
b) Umfüllen der Schmelze unter Vakuum in einen zweiten Behälter und
c) Abgießen der Schmelze aus einer unterhalb des Badspiegels befindlichen Ausgußöffnung,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
d) Raffinationsbehandlung der Schmelze in dem zweiten Behälter, wobei die gesamte Schmelze auf eine erforderliche Gießtemperatur gebracht und ohne Badbewegung solange bei dieser Gießtemperatur gehalten wird, bis Verunreinigungen aufgestiegen sind,
e) Abgießen der Schmelze bei gleichbleibender Gießtemperatur und
f) Beenden des Abgießens, bevor die zum Badspiegel aufgestiegenen Verunreinigungen mit ausfließen können.
2. Verfahren zur Herstellung von hochreinen Legierungen, bestehend aus den Schritten
a) Erschmelzen der Legierung in einem Induktionstiegel und Vakuumbehandlung der Schmelze,
b) Umfüllen der Schmelze unter Vakuum in einen zweiten Behälter und
c) Abgießen der Schmelze aus einer unterhalb des Badspiegels befindlichen Ausgußöffnung,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
d) Raffinationsbehandlung der Schmelze in dem zweiten Behälter unter Zuführen von Inertgas in den unteren Bereich des Behälters, wobei die gesamte Schmelze auf eine erforderliche Gießtemperatur gebracht wird,
e) Halten der Gießtemperatur der Schmelze ohne Badbewegung, solange bis die Verunreinigungen aufgestiegen sind,
f) Abgießen der Schmelze bei gleichbleibender Gießtemperatur und
g) Beenden des Abgießens, bevor die zum Badspiegel aufgestiegenen Verunreinigungen mit ausfließen können.
3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in einer Vakuumschmelzanlage (2) befindlichen Induktionstiegel (1), einem zweiten in der Vakuumschmelzanlage befindlichen Behälter mit einer in seinem unteren Bereich angeordneten Ausgußöffnung (4) mit einer Verschließanordnung (5) und mit einem darunter gelegenen Raum (13) zur Erstarrung der flüssigen Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter als fest angeordneter, mit Mitteln zum Beheizen versehener Schmelztiegel (3) ausgebildet ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schmelztiegel (3) als widerstandsbeheizter Schmelzofen ausgebildet ist.
5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schmelztiegel (3) induktiv über einen Suszeptor beheizbar ist.
6. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schmelztiegel (3) mit Hochfrequenz betreibbar ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des zweiten Schmelztiegels (3) Düsen (10) zur Zuführung von Inertgas angeordnet sind.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließanordnung (5) eine metallische Stopfenstange (6) mit einer temperaturbeständigen Umkleidung (9) aufweist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil der Stopfenstange (6) Öffnungen (11, 12) zur Durchführung von Inertgas angeordnet sind.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im unteren Teil der Stopfenstange (6) angeordneten Öffnungen (11) seitlich in den zur Aufnahme der Legierung bestimmten Hohlraum des zweiten Schmelztiegels (3) gerichtet sind.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenstange (6) eine in die Ausgußöffnung (4) des zweiten Schmelztiegels (3) gerichtete Auslaßöffnung (12) aufweist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtung (5) durch ein Kühlmittel kühlbar ist.
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STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: PATENT REVOKED

BERE Be: lapsed

Owner name: FRIED. KRUPP G.M.B.H.

Effective date: 19900930

27W Patent revoked

Effective date: 19901113

GBPR Gb: patent revoked under art. 102 of the ep convention designating the uk as contracting state
EUG Se: european patent has lapsed

Ref document number: 84110654.5

Effective date: 19910527