EP0318881A1 - Schmelzofen zum Erzeugen von Strangguss-Blöcken in einer Schutzgasatmosphäre - Google Patents

Schmelzofen zum Erzeugen von Strangguss-Blöcken in einer Schutzgasatmosphäre Download PDF

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EP0318881A1
EP0318881A1 EP88119763A EP88119763A EP0318881A1 EP 0318881 A1 EP0318881 A1 EP 0318881A1 EP 88119763 A EP88119763 A EP 88119763A EP 88119763 A EP88119763 A EP 88119763A EP 0318881 A1 EP0318881 A1 EP 0318881A1
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EP
European Patent Office
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continuous casting
casting mold
chamber
melting
melting furnace
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EP88119763A
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English (en)
French (fr)
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EP0318881B1 (de
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Hans Dr. Aichert
Herbert Dr. Stephan
Michael Kiessling
Hermann Dr. Stumpp
Walter Dr. Dietrich
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Leybold AG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/006—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with use of an inert protective material including the use of an inert gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/0403—Multiple moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • 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 invention relates to a melting furnace for producing continuous casting blocks in a protective gas atmosphere with a charging device for supplying starting material in a melting area within a melting chamber provided with a chamber bottom, with at least one energy source for melting the starting material, with a continuous casting mold for converting the melt into a block, with an extraction device for the block arranged below the continuous casting mold and with an extraction chamber surrounding the block and the extraction device and associated with the continuous casting mold.
  • protective gas atmosphere is understood to mean an atmosphere in which a reaction of the material to be remelted is avoided.
  • the protective gas atmosphere can be formed by a corresponding negative pressure (vacuum), inert gas, noble gas or a reducing gas.
  • a melting furnace of the type described at the outset is described in the W.C. Heraeus GMbH "Electron Beam Melting Plants N6", 1966, page 62.
  • Under the chamber floor there are two withdrawal chambers rotatable in the manner of a revolver with extraction devices which can alternately be coupled with a single continuous casting mold arranged in the chamber floor.
  • the upper sides of the discharge chambers and the underside of the continuous casting mold are each provided with a vacuum valve, so that the penetration of ambient air into the melting furnace as well as into the extraction chamber can be prevented after the respective extraction chamber has been separated from the melting chamber.
  • the melting chamber is also charged with a new melting electrode using one of the extraction chambers.
  • readily volatile metals can evaporate from the standing, molten contents of an intermediate container during the corresponding long break in operation. For example, this reduces the chromium content of a superalloy from 19% to 18%, so that the specification for the alloy in question can no longer be met.
  • the invention is therefore based on the object of improving a melting furnace of the type described above in such a way that a quasi-continuous mode of operation is made possible.
  • the relative movement between the continuous casting molds and the melting area described in feature a) can be brought about in various ways. On the one hand, it is possible to move or pivot the continuous casting molds one after the other into the falling path of the melt. Furthermore, it is possible to arrange a displaceable melt container or a swivel channel between stationary continuous casting molds and a fixed melting area, and finally it is also possible to spatially shift the melting area and to assign it to the individual continuous casting molds one after the other.
  • the duration of the interruption in operation is reduced to approximately 20 seconds, which leads to a loss of time of less than 1% with a melting time of 30 minutes. It is also no longer necessary to wait for the cooling time before removing a continuous casting block, since the block can remain in the continuous casting mold until it has completely solidified after a hot topping process which may follow. Finally, this also eliminates the depletion of alloys from volatile elements from an intermediate container.
  • the chamber bottom is arranged to be movable relative to the melting chamber and in a gas-tight manner in a horizontal plane, and if the extraction chamber with the extraction device in a coupled state with the associated one Continuous casting mold is horizontally movable.
  • one of the continuous casting molds with the associated discharge device and discharge chamber can be moved to the side, while at the same time a new continuous casting mold with withdrawal device and discharge chamber can be brought into the fall of the melt.
  • the chamber bottom is designed as a turntable with a vertical axis of rotation.
  • FIG. 1 shows a melting furnace 1, the melting chamber 2 of which has side walls 2a, a chamber ceiling 2b and a lower chamber wall 2c, to which a chamber floor 2d is attached, rotatable and sealed, from below.
  • This chamber floor is designed as a turntable and rotatable about a vertical axis of rotation 3.
  • Two energy sources 4 and 5, which are designed as electron beam guns 6 and 7, are inserted into the chamber ceiling 2b.
  • Such electron beam guns are known per se and are available on the market. They emit a focused electron beam which can be pivoted within an angular range, which is indicated by dashed lines, by means of an electromagnetic deflection device (not shown here).
  • a charging device 8 which consists of a lock chamber 9 and a feed device 10 for the starting material 11, is attached to one of the side walls 2a.
  • the starting material 11 is in the form of an ingot, and the feed device 10 consists of individual driven transport rollers.
  • the charging device 8 the starting material 11 is brought into the region of the electron beam 6a and melted above a melt guiding element 12, which in the present case is designed as a water-cooled intermediate crucible 13, the molten content of which is heated from above by the same electron beam 6a.
  • the area acted upon by the electron beam 6a should be understood as the melting area 14.
  • the chamber base 2d is designed as a circular disk and has on its outer circumference an annular flange 2e which cooperates with a corresponding counter flange 2f on the underside of the melting chamber 2 in a vacuum-tight but rotatable manner.
  • the continuous casting mold 15 Arranged on a diametrical line of the chamber bottom 2d are two continuous casting molds 15 and 16, which are designed differently in the present case, but of course can be identical.
  • the continuous casting mold 15 has three mold cavities 15a arranged in a row, which will be discussed in more detail in connection with FIGS. 2 to 6. In FIG. 1, the vertical longitudinal axes of these mold cavities 15a lie in a plane perpendicular to the plane of the drawing. With such a continuous casting mold 15, three continuous casting blocks 17 can be produced at the same time (see also FIG. 8).
  • the continuous casting mold 16 has a single but much larger mold cavity 16a for the production of a single, correspondingly thicker continuous casting block 18 (FIG. 7).
  • a vacuum valve 19 and 20 is arranged below each mold 15 and 16, respectively, which is firmly connected to the associated mold.
  • a discharge chamber 23 or 24 is connected to the two molds 15 and 16, in each of which a discharge device 25 or 26 is arranged, which is embodied as a piston rod and connected to a hydraulic drive, not shown here is.
  • the vacuum valve 21 or 22 is in each case firmly connected to the associated trigger chamber 23 or 24.
  • the vacuum valves 19/21 and 20/22 can be closed and the valves in question can be separated from one another, so that in each case the discharge chamber 23 or 24 which is not currently in Melting position located mold belongs, extended laterally and can be brought into the position 23 'shown in dashed lines. In this position, the finished block or the finished blocks can cool completely and after opening the vacuum valve 21 'can be removed from the discharge chamber 23'.
  • the vacuum valves 21 and 22 are not absolutely necessary. For example, it is possible to keep the extraction chambers 23 and 24 in constant connection with the associated molds and to remove the finished blocks through side doors (not shown here). However, the vacuum valves 19 and 20 are absolutely necessary so that the vacuum in the melting chamber 2 can be maintained.
  • FIG. 1 can still be seen that above the continuous casting molds 15 and 16, a further electron beam gun 7 is arranged in such a position that the mold cavity 16a of the continuous casting mold, which is no longer in the fall path of the melt, can also be heated by means of this electron beam gun.
  • the so-called Deflection area of the electron beam 7a has three distinctive positions, which are characterized by the dashed lines a, b and c.
  • position a the electron beam 7a heats the three upper troughs 13b of the intermediate crucible 13 arranged between the charging device 8 and the continuous casting mold 15.
  • the overflowing amount of melt can be precisely dosed or brought to a complete standstill with respect to each upper trough when, for example, a mold change takes place should.
  • the melt is temporarily "frozen” by reducing the power in the upper gutters, the melt level in the intermediate crucible 13 rising slightly for a short time.
  • the melting process must also be interrupted , so that inhomogeneities also occur in the melt composition, ie each block is no longer homogeneous over its entire length.
  • the short interruption possible according to the invention makes this effect negligible.
  • the change process of the triple mold 15 is shown in plan view.
  • the melt guide element 12, which is designed as an intermediate crucible 13 is arranged in a stationary manner, and the three upper runner channels 13b define the path of the melt that enters the three mold cavities 15a.
  • the mold 15 can be brought into the position 15 ', while the mold 16 can be brought into the place of the mold 15 when using an arrangement according to Figure 1.
  • Figure 2 shows, however, that both molds can be identical, so that three continuous casting blocks 17 can be produced with each of the two molds.
  • Figure 3 shows that the mold change is not limited to a pivoting movement about an axis of rotation 3.
  • two molds 15 and 16 can also be replaced by a linear movement in the direction of the double arrow 27.
  • there are fixed drop paths for the melt due to the fixed attachment of the intermediate crucible 13 with the overflow channels 13b.
  • FIG. 5 and 6 show two further exemplary embodiments with stationary molds 15 and 16, in which the displacement of the falling path of the melt is effected in each case by a linear movement of the intermediate crucible 13.
  • the intermediate crucible 13 is displaced in the direction of its longest axis from one mold 15 to the other mold 16.
  • the intermediate crucible 13 is displaced from one mold 15 to the other mold 16 transversely to its longest axis.
  • the formation of the melt guide element 12 as an intermediate crucible 13 brings with it the great advantage that in the intermediate crucible an additional cleaning of the melt by evaporation of undesirable additives and the expulsion of gases can take place as well as the so-called "gravity cleaning" by depositing heavy impurities on the bottom of the intermediate crucible and by lifting light impurities as slag to the melt surface.
  • the use of the intermediate crucible 13 is a very critical component with regard to the evaporation of volatile elements described at the outset, so that the shortest possible interruption in operation should be aimed at, ie the mold change according to the invention combined with the shortest possible time for changing the relative assignment of the fall path the melt to the mold used in each case.
  • the withdrawal device 25 consists of three piston rods which can be driven independently of one another.
  • the speed of movement of each individual piston rod is regulated here by a level monitoring of the melt level within the continuous casting mold 15 which is known per se.
  • a continuous casting block 18 with a correspondingly larger block cross section is to be produced by means of the continuous casting mold 16
  • FIGS. 7 and 8 it can also be seen from FIGS. 7 and 8 that in this case only one vacuum valve 19 and 20 is located between the molds 15 and 16 and the discharge chambers 23 and 24, respectively. In such a case, the blocks can be removed - as already described above - through a door (not shown here) in a side wall of the extraction chamber 23 or 24.

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Abstract

Schmelzofen (1) zum Erzeugen von Strangguß-Blöcken (17,18) in einer Schutzgasatmosphäre mit einer Chargiereinrichtung (8) zum Zuführen von Ausgangsmaterial (11) in einen Schmelzbereich (14). Innerhalb einer mit einem Kammerboden (2d) und mindestens einer Energiequelle (4,5) versehenen Schmelzkammer befindet sich eine Stranggußkokille (15) für die Umwandlung der Schmelze in einen Block (17,18), und unterhalb der Stranggußkokille ist eine Abzugsvorrichtung (25) für den Block und eine den Block und die Abzugsvorrichung umgebende, Abzugskammer angeordnet. Zur Lösung der Aufgabe, einen solchen Schmelzofen quasi-kontinuierlich betreiben zu können, ist die Stranggußkokille (15) zusammen mit mindestens einer weiteren Stranggußkokille (16) in der Weise in dem Kammerboden (2d) angeordnet, daß jede der Stranggußkokillen (15,16) durch eine vorzugsweise horizonatle Relativbewegung gegenüber dem Schmelzbereich (14) in den Fallweg der Schmelze bringbar ist. Ferner ist jeder Stranggußkokille (15,16) eine Abzugsvorrichtung (25,26) und eine Abzugskammer (23,24) zugeordnet und schließlich ist zwischen jeder Stranggußkokille (15,16) und der ihr zugeordneten Abzugskammer (23,24) mindestens ein Vakuumventil (19,20) angeordnet. Vorzugsweise sind die Stranggußkokillen (15,16) in einem als Drehscheibe ausgebildeten Kammerboden (2d) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen zum Erzeugen von Strangguß-Blöcken in einer Schutzgasatmosphäre mit einer Chargiereinrichtung zum Zuführen von Ausgangs­material in einem Schmelzbereich innerhalb einer mit einem Kammerboden versehenen Schmelzkammer, mit mindestens einer Energiequelle zum Aufschmelzen des Ausgangsmaterials, mit einer Stranggußkokille für die Umwandlung der Schmelze in einen Block, mit einer unterhalb der Stranggußkokille angeordneten Abzugsvor­richtung für den Block und mit einer den Block und die Abzugsvorrichtung umgebenden, der Stranggußkokille zugeordneten Abzugskammer.
  • Unter dem Ausdruck "Schutzgasatmosphäre" wird eine solche Atmosphäre verstanden, bei der eine Reaktion des umzuschmelzenden Materials vermieden wird. Die Schutzgasatmosphäre kann durch einen entsprechenden Unterdruck (Vakuum), Inertgas, Edelgas oder ein reduzierendes Gas gebildet werden.
  • Ein Schmelzofen der eingangs beschriebenen Gattung ist durch die Firmendruckschrift der Firma W.C. Heraeus GMbH "Elektronenstrahl-Schmelzanlagen N6", 1966, Seite 62, bekannt. Unter dem Kammerboden sind dabei zwei nach Art eines Revolvers drehbare Abzugskammern mit Abzugsvorrichtungen angeordnet, die abwechselnd mit einer einzigen, im Kammerboden angeordneten Strang­gußkokille gekoppelt werden können. Die Oberseiten der Abzugskammern und die Unterseite der Stranggußkokille sind jeweils mit einem Vakuumventil versehen, so daß das Eindringen von Umgebungsluft sowohl in den Schmelz­ofen als auch in die Abzugskammer nach dem Trennen der jeweiligen Abzugskammer von der Schmelzkammer ver­hindert werden kann. Auch die Chargierung der Schmelz­kammer mit einer neuen Abschmelzelektrode erfolgt mittels einer der Abzugskammern.
  • Selbst wenn man das Nachchargieren des bekannten Schmelzofens auf einem anderen Wege durchführen und beide Abzugskammern alternierend für das Ausschleusen des fertigen Blocks benutzen würde, so ergeben sich immer noch erhebliche Zeitintervalle zwischen der Fertigstellung eines Blocks und dem Beginn des Um­ schmelzens des nächsten Blocks. Hierbei ist zu be­achten, daß man den bereits fertiggestellten Block eine bestimmte Zeit in der Stranggußkokille abkühlen lassen muß, damit beim Absenken des Blocks an dessen Oberseite keine flüssige Phase mehr vorhanden ist. Diese Abkühlphase muß noch durch eine Blockkopf-­Beheizung mit verringerter Leistung verzögert werden, damit sich im Blockkopf keine Lunker oder andere Fehlerstellen ausbilden können. Die erforderliche Abkühlzeit kann ohne weiteres 15 Minunten und darüber betragen. Hinzukommt ein weiteres Zeitintervall von 15 Minuten Dauer für den Wechsel der Abzugskammer mit der Abzugsvorrichtung, so daß einer gesamten Schmelz­zeit von etwa 30 Minuten Dauer eine Betriebspause von gleichfalls 30 Minuten Dauer gegenübersteh t. Der zeitliche Ausnutzungsgrad beträgt also rund 50 %.
  • Bei größeren Blöcken und damit längeren Schmelzzeiten von bis zu 20 Stunden wird zwar der Ausnutzungsgrad automatisch erhöht. Bei der Forderung nach kleinen Blöcken mußte jedoch bisher ein schlechter Ausnutzungsgrad in Kauf genommen werden.
  • Hinzu kommt, daß während der entsprechend langen Betriebs­pause leicht flüchtige Metalle aus dem stehenden, schmelz­flüssigen Inhalt eines Zwischenbehälters verdampfen können. Beispielsweise sinkt hierdurch der Chromanteil einer Super­legierung von 19 % auf 18 %, so daß die Spezifikation für die betreffende Legierung nicht mehr erfüllt werden kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzofen der eingangs beschriebenen Gattung dahin­gehend zu verbessern, daß eine quasi-kontinuierliche Betriebsweise ermöglicht wird.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Schmelzofen erfindungsgemäß durch folgende Merkmale.
    • a) Die Stranggußkokille ist zusammen mit mindestens einer weiteren Stranggußkokille in der Weise im Kammerboden angeordnet, daß jede der Strangguß­kokillen durch eine Relativbewegung gegenüber dem Schmelzbereich in den Fallweg der Schmelze bringbar ist,
    • b) jeder Stranggußkokille ist eine mit dieser gas­dicht koppelbare, einer Abzugsvorrichtung für den Strang aufweisende Abzugskammer zugeordnet, und
    • c) zwischen jeder Stranggußkokille und der ihr zuge­ordneten Abzugskammer ist mindestens ein Vakuum­ventil angeordnet.
  • Die im Merkmal a) beschriebene Relativbewegung zwischen den Stranggußkokillen und dem Schmelzbereich kann auf verschiedene Weise bewirkt werden. Einmal ist es möglich, die Stranggußkokillen nacheinander in den Fallweg der Schmelze zu verschieben oder zu verschwenken. Weiter­hin ist es möglich, zwischen ortsfesten Stranggußkokillen und einem ortsfesten Schmelzbereich einen verschiebbaren Schmelzenbehälter oder eine Schwenkrinne anzuordnen, und schließlich ist es möglich, auch den Schmelzbereich räumlich zu verlagern und ihn nacheinander den einzelnen Strang­gußkokillen zuzuordnen.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schmelzofens wird die Dauer der Betriebsunterbrechung auf etwa 20 Sekunden reduziert, was bei einer Schmelzzeit von 30 Minuten zu einem Zeitverlust von weniger als 1 % führt. Es ist auch nicht mehr erforderlich, vor der Entnahme eines Strangguß-Blocks die Abkühlzeit abzu­warten, da der Block bis zur vollständigen Erstarrung nach einem sich gegebenenfalls anschliessenden Hot-Topping-­Verfahren in der Stranggußkokille verbleiben kann. Schließlich entfällt hierdurch auch die Verarmung von Legierungen an leicht flüchtigen Elementen aus einem Zwischenbehälter.
    Eine besonders vorteilhafte, einfache und betriebs­sichere Bauweise eines solchen Schmelzofens ergibt sich dann, wenn gemäß der weiteren Erfindung der Kammerboden relatiy zur Schmelzkammer und gegenüber dieser gasdicht in einer horizontalen Ebene beweglich angeordnet ist, und wenn die Abzugskammer mit der Abzugsvorrichtung in angekoppeltem Zustand mit der zugehörigen Strangguß­kokille horizontal beweglich ist.
  • Durch eine solche Bauweise känn eine der Strangguß­kokillen mit der jeweils zugehörigen Abzugsvor­richtung und Abzugskammer zur Seite bewegt werden, während gleichzeitig eine neue Stranggußkokille mit Abzugsvorrichtung und Abzugskammer in den Fallweg der Schmelze gebracht werden kann.
  • Es ist dabei wiederum besonders vorteilhaft, wenn der Kammerboden als Drehscheibe mit einer vertikalen Dreh­achse ausgebildet ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungs­gegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteran­sprüchen; ihre Vorteile und Wirkungsweise werden nach­folgend in der Detailbeschreibung noch näher erläutert.
  • Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 8 näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen voll­ständigen Schmelzofen für Vakuumbetrieb und mit Elektronenstrahlbeheizung,
    • Figuren 2 - 6 unterschiedliche Möglichkeiten für die Zuführung der Schmelze zu den einzelnen Stranggußkokillen,
    • Figuren 7 und 8 Vertikalschnitte durch die Strangguß­kokillen und die Abzugskammer nach Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene nach Figur 1.
  • In Figur 1 ist ein Schmelzofen 1 dargestellt, dessen Schmelzkammer 2 Seitenwände 2a, eine Kammerdecke 2b und eine untere Kammerwand 2c besitzt, an die von unten drehbar und abgedichtet ein Kammerboden 2d angesetzt ist. Dieser Kammerboden ist als Drehscheibe ausgebildet und um eine vertikale Drehachse 3 drehbar.
  • In die Kammerdecke 2b sind zwei Energiequellen 4 und 5 eingesetzt, die als Elektronenstrahlkanonen 6 und 7 ausgeführt sind. Solche Elektronenstrahlkanonen sind für sich bekannt und auf dem Markt erhältlich. Sie senden einen fokussierten Elektronenstrahl aus, der mittels einer elektromagnetischen, hier nicht darge­stellten Ablenkeinrichtung innerhalb eines Winkelbereichs schwenkbar ist, der durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
  • An eine der Seitenwände 2a ist eine Chargiereinrichtung 8 angesetzt, die aus einer Schleusenkammer 9 und einer Vor­schubeinrichtung 10 für das Ausgangsmaterial 11 besteht. Das Ausgangsmaterial 11 liegt in Form eines Barrens vor, und die Vorschubeinrichtung 10 besteht aus einzelnen angetriebenen Transportrollen. Mittels der Chargierein­richtung 8 wird das Ausgangsmaterial 11 in den Bereich des Elektronenstrahls 6a gebracht und oberhalb eines Schmelzenführungselements 12 aufgeschmolzen, das im vorliegenden Falle als wassergekühlter Zwischen­tiegel 13 ausgeführt ist, dessen schmelzflüssiger Inhalt von oben durch den gleichen Elektronenstrahl 6a beheizt wird. Der durch den Elektronenstrahl 6a beaufschlagte Bereich soll als Schmelzbereich 14 verstanden werden.
  • Der Kammerboden 2d ist als Kreisscheibe ausgebildet und besitzt an seinem Außenumfang einen Ringflansch 2e, der mit einem entsprechenden Gegenflansch 2f an der Unterseite der Schmelzkammer 2 vakuumdicht aber drehbar zusammenwirkt.
  • Auf einer diametralen Linie des Kammerbodens 2d sind zwei Stranggußkokillen 15 und 16 angeordnet, die im vorliegenden Fall unterschiedlich ausgebildet sind, aber natürlich identisch sein können. Die Strangguß­kokille 15 besitzt drei in einer Reihe angeordnete Kokillenhohlräume 15a, auf die im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 noch näher eingegangen werden wird. Die vertikalen Längsachsen dieser Kokillenhohlräume 15a liegen in Figur 1 in einer zur Zeichenebene senkrechten Ebene. Mit einer solchen Stranggußkokille 15 sind gleichzeitig drei Stranggußblöcke 17 herstellbar (siehe auch Figur 8).
  • Die Stranggußkokille 16 besitzt einen einzigen, aber sehr viel größeren Kokillenhohlraum 16a für die Her­stellung eines einzigen, entsprechend dickeren Strang­gußblocks 18 (Figur 7).
  • Unterhalb einer jeden Kokille 15 bzw. 16 ist je ein Vakuumventil 19 bzw. 20 angeordnet, das jeweils fest mit der zugehörigen Kokille verbunden ist. Über jeweils ein weiteres Vakuumventil 21 bzw. 22 ist an die beiden Kokillen 15 und 16 jeweils eine Abzugskammer 23 bzw. 24 angeschlossen, in der jeweils eine Abzugsvorrichtung 25 bzw. 26 angeordnet ist, die als Kolbenstange äusgeführt und mit einem hier nicht gezeigten Hydraulikantrieb verbunden ist. Das Vakuumventil 21 bzw. 22 ist jeweils fest mit der zugehörigen Abzugskammer 23 bzw. 24 verbunden. Nach dem Absenken der Blöcke 17 bzw. 18 in die dargestellte Position lassen sich die Vakuum­ventile 19/21 bzw. 20/22 schliessen und die betreffenden Ventile lassen sich voneinander trennen, so daß jeweils diejenige Abzugskammer 23 oder 24, die zu einer gerade nicht in Schmelzposition befindlichen Kokille gehört, seitlich ausgefahren und in die gestrichelt darge­stellte Position 23′ gebracht werden kann. In dieser Position kann der fertige Block oder können die fertigen Blöcke restlos abkühlen und nach dem Öffnen des Vakuumventils 21′ aus der Abzugskammer 23′ ent­nommen werden.
  • Die Vakuumventile 21 und 22 sind nicht unbedingt er­forderlich. So ist es zum Beispiel möglich, die Abzugs­kammern 23 und 24 in ständiger Verbindung mit den zuge­hörigen Kokillen zu belassen und die fertigen Blöcke durch seitliche Türen zu entnehmen (hier nicht darge­stellt). Unbedingt erforderlich sind jedoch die Vakuumventile 19 und 20, damit das Vakuum in der Schmelz­kammer 2 aufrechterhalten werden kann.
  • Figur 1 ist noch zu entnehmen, daß oberhalb der Stranggußkokillen 15 bzw. 16 eine weitere Elektronenstrahl­kanone 7 in einer solchen Position angeordnet ist, daß mittels dieser Elektronenstrahlkanone auch der Kokillen­hohlraum 16a der nicht mehr im Fallweg der Schmelze be­findlichen Stranggußkokille beheizbar ist. Der sogenannte Ablenkbereich des Elektronenstrahls 7a weist drei markante Positionen auf, die durch die gestrichelten Linien a, b und c charakterisiert sind. In der Position a beheizt der Elektronenstrahl 7a die drei Oberlaufrinnen 13b des zwischen der Chargierein­richtung 8 und der Stranggußkokille 15 ange­ordneten Zwischentiegels 13. Hierdurch kann in Bezug auf jede Oberlaufrinne die überlaufende Schmelzenmenge genau dosiert bzw. vollständig zum Stillstand gebracht werden, wenn beispielsweise ein Kokillenwechsel statt­finden soll. In diesem Fall wird die Schmelze durch Verringerung der Leistung in den Oberlaufrinnen vorübergehend "eingefroren, wobei der Schmelzen­spiegel im Zwischentiegel 13 kurzzeitig geringfügig ansteigt. Auch eine solche Möglichkeit ist nur durch den Erfindungsgegenstand gegeben, denn bei den klassischen langen Unterbrechungszeiten muß auch der Aufschmelzprozeß unterbrochen werden, so daß sich auch Inhomogenitäten in der Schmelzenzusammensetzung einstellen, d.h. ein jeder Block ist über seine gesamte Länge nicht mehr homogen. Durch die erfindungsgemäß mögliche Kurzunterbrechung wird dieser Effekt vernach­lässigbar.
  • In der Position "b" trifft der Elektronenstrahl 7a auf die im Kokillenhohlraum 15a befindliche Schmelze auf, so daß dort ein gezieltes Nachheizen möglich ist. Durch ständige Ablenkung zwischen den Positionen "a" und "b" läßt sich eine gezielte Energieverteilung vornehmen, wenn man beispielsweise durch ein Ablenkprogramm gezielte Verweilzeiten einzeln einstellt.
  • In der Position "c" beheizt der Elektronenstrahl 7a den Kokillenhohlraum 16a der in ihrer Abkühlposition be­findlichen Kokille 16. Auf diese Weise ist eine Block­kopfbeheizung, ein sogenanntes "Hot-Topping" des noch in der Kokille 16 befindlichen Blockes möglich, um auf diese Weise Lunker oder andere Fehlerstellen im Blockkopf auszuschalten. Es versteht sich, daß durch eine gezielte Programmsteuerung des Elektronenstrahls 7a mit definierten Verweilzeiten in den Positionen a, b und c mittels ein und derselben Elektronenstrahlkanone 7 sämtliche erforderlichen Heizfunktionen ausgeführt werden können.
  • In Figur 2 ist der Wechselvorgang der Dreifach-Kokille 15 in der Draufsicht dargestellt. Das als Zwischentiegel 13 ausgeführte Schmelzenführungselement 12 ist in diesem Falle ortsfest angeordnet, und die drei Oberlauf­rinnen 13b definieren den Fallweg der Schmelze, die in die drei Kokillenhohlräume 15a einläuft. Durch Drehen des in Figur 2 nicht gezeigten Kammerbodens läßt sich die Kokille 15 in die Position 15′ bringen, wobei gleichzeitig die Kokille 16 an die Stelle der Kokille 15 gebracht werden kann, wenn man eine Anordnung nach Figur 1 verwendet. Figur 2 zeigt jedoch, daß beide Kokillen identisch sein können, so daß mit beiden Kokillen auch jeweils drei Stranggußblöcke 17 hergestellt werden können.
  • Figur 3 zeigt, daß der Kokillenwechsel nicht auf eine Schwenkbewegung um eine Drehachse 3 beschränkt ist.
  • Vielmehr können zwei Kokillen 15 und 16 auch durch eine Linearbewegung in Richtung des Doppelpfeils 27 ausgetauscht werden. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 sind ortsfeste Fallwege für die Schmelze vorhanden, bedingt durch die ortsfeste Anbringung des Zwischentiegels 13 mit den Überlauf­rinnen 13b.
  • Anhand von Figur 4 wird gezeigt, daß es umgekehrt möglich ist, die Kokillen 15 und 16 ortsfest anzubringen und den Zwischentiegel 13 zusammen mit dem darüber befindlichen Schmelzbereich 14 schwenkbar anzuordnen, so daß der Zwischentiegel 13 aus seiner linken Position (ausge­zogen) in die rechte Position 13′ (gestrichelt) ver­schwenkt werden kann.
  • Anhand der Figuren 5 und 6 sind zwei weitere Aus­führungsbeispiele mit ortsfest angeordneten Kokillen 15 und 16 gezeigt, bei denen die Verlagerung des Fallwegs der Schmelze durch jeweils eine Linearbewegung des Zwischentiegels 13 bewirkt wird. Bei dem Aus­führungsbeispiel nach Figur 5 wird der Zwischentiegel 13 in Richtung seiner längsten Achse von der einen Kokille 15 zur anderen Kokille 16 verschoben. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 wird der Zwischentiegel 13 quer zur seiner längsten Achse von der einen Kokille 15 zur anderen Kokille 16 verschoben.
  • Die Ausbildung des Schmelzenführungselements 12 als Zwischentiegel 13 bringt zwar den großen Vorteil mit sich, daß in dem Zwischentiegel eine zusätzliche Reinigung der Schmelze durch Ausdampfen unerwünschter Beimengungen und das Austreiben von Gasen ebenso erfolgen kann, wie die sogenannte "Schwerkraftreinigung" durch Ab­setzen schwerer Verunreinigungen auf dem Boden des Zwischentiegels und durch den Auftrieb leichter Verunreinigungen als Schlacke zur Schmelzenober­fläche. Andererseits ist die Verwendung des Zwischen­tiegels 13 im Hinblick auf die eingangs beschriebene Ausdampfung leicht flüchtiger Elemente jedoch ein sehr kritisches Bauelement, so daß eine möglichst kurze Betriebsunterbrechung anzustreben ist, d.h. der erfindungsgemäße Kokillenwechsel verbunden mit einer möglichst kurzen Zeitdauer für die Veränderung der relativen Zuordnung von Fallweg der Schmelze zu der jeweils benutzten Kokille.
  • Anhand der Figuren 7 und 8 werden noch folgende Einzel­heiten der Abzugsvorrichtungen 25 und 26 erläutert. Bei der gleichzeitigen Herstellung von drei einzelnen verhältnismäßig dünnen Stranggußblöcken 17 ist es zur individuellen Regelung der Blockabzugsgeschwindigkeit aus der Kokille 15 besonders vorteilhaft, wenn die Abzugsvorrichtung 25 aus drei unabhängig voneinander antreibbaren Kolbenstangen besteht. Die Regelung der Bewegungsgeschwindigkeit jeder einzelnen Kolben­stange geschieht hierbei durch eine an sich bekannte Niveauüberwachung des Schmelzenspiegels innerhalb der Stranggußkokille 15.
  • Soll hingegen mittels der Stranggüßkokille 16 ein Stranggußblock 18 mit einem entsprechend größeren Blockquerschnitt hergestellt werden, so ist es zweck­mäßig, die einzelnen Kolbenstangen der Abzugsvorrichtung 26 starr miteinander zu koppeln, was in besonders einfacher Weise durch einen Kokillenboden 27 geschieht, der zu Beginn des Umschmelzprozesses ohnehin benötigt wird, weil der Kokillenhohlraum 16a zu Beginn des Um­schmelzens nach unten hin verschlossen sein muß.
  • Den Figuren 7 und 8 ist noch zu entnehmen, daß sich in diesem Fall zwischen den Kokillen 15 bzw. 16 und den Abzugskammern 23 bzw. 24 nur jeweils ein Vakuumventil 19 und 20 befindet. In einem solchen Fall kann die Entnahme der Blöcke - wie bereits weiter oben beschrieben - durch eine hier nicht gezeigte Tür in einer Seitenwand der Abzugskammer 23 bzw. 24 erfolgen.

Claims (16)

1. Schmelzofen zum Erzeugen von Strangguß-Blöcken in einer Schutzgasatmosphäre mit einer Chargiereinrichtung zum Zuführen von Ausgangsmaterial in einen Schmelzbereich innerhalb einer mit einem Kammerboden versehenen Schmelzkammer, mit mindestens einer Energiequelle zum Aufschmelzen des Ausgangsmaterials, mit einer Strangguß­kokille für die Umwandlung der Schmelze in einen Block, mit einer unterhalb der Stranggußkokille angeordneten Abzugsvorrichtung für den Block und mit einer den Block und die Abzugsvorrichung umgebenden, der Stranggußkokil­le zugeordneten Abzugskammer,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Stranggußkokille (15) zusammen mit mindestens einer weiteren Stranggußkokille (16) in der Weise in dem Kammerboden (2d) angeordnet ist, daß jede der Stranggußkokillen (15,16) durch eine Relativbewegung gegenüber dem Schmelzbereich (14)in den Fallweg der Schmelze bringbar ist,
b) jeder Stranggußkokille (15,16) eine mit dieser gas­dicht koppelbare, eine Abzugsvorrichtung (25,26) für den Block (17,18) aufweisende Abzugskammer (23,24) zugeordnet ist, und daß
c) zwischen jeder Stranggußkokille (15,16) und der ihr zugeordneten Abzugskammer (23,24) mindestens ein Va­kuumventil (19,20) angeordnet ist.
2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerboden (2d) mit den mindestens zwei Strangguß­kokillen (15,16) relativ zur Schmelzkammer (2) und ge­genüber dieser gasdicht in der Weise in einer horizonta­len Ebene beweglich angeordnet ist, daß jeweils eine Stranggußkokille (15,16) in den Fallweg der Schmelze bringbar ist und daß die Abzugskammern (23,24) in ange­ koppeltem Zustand an die jeweils zugehörige Strangguß­kokille (15,16) zusammen mit dieser beweglich sind.
3. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schmelzbereich (14) und den Stranggußkokil­len (15,16) Schmelzenführungelemente (12) angeordnet sind, durch die der Fallweg der Schmelze mit jeweils einer der Stranggußkokillen (15 oder 16) in Übereinstim­mung bringbar ist.
4. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelzenführungselement (12) ein beheizbarer Zwi­schentiegel (13) vorgesehen ist.
5. Schmelzofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerboden (2d) als Drehscheibe mit einer vertika­len Drehachse (3) ausgebildet ist.
6. Schmelzofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerboden (2d) an seinem Außenumfang einen Ringflansch (2c) aufweist, der mit einem entsprechenden Gegenflansch (2f) an der Unterseite der Schmelzkammer (2) vakuumdicht aber drehbar verbunden ist.
7. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumventile (19,20) ständig mit der Unterseite der Stranggußkokillen (15,16) verbunden sind.
8. Schmelzofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vakuumventil (19,20) an der Stranggußkokil­le (15,16) und der zugehörigen Abzugskammer (23,24) je­weils ein weiteres, ständig mit der Abzugskammer verbun­denes Vakuumventil (21,22) angeordnet ist.
9. Schmelzofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugskammer (23,24) seitlich herausschwenkbar un­ terhalb der ihr zugeordneten Stranggußkokille (15,16) angeordnet ist.
10. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggußkokille (15) mehrere Kokillenhohlräume (15a) für die gleichzeitige Erzeugung einer entsprechen­den Anzahl von Blöcken (17) innerhalb der gleichen Ab­zugskammer (23) aufweist.
11. Schmelzofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß den Kokillenhohlräumen (15a) der gleichen Strangguß­kokille (15) unabhängig voneinander antreibbare Abzugs­vorrichtungen (25) zugeordnet sind.
12. Schmelzofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einer Stranggußkokille (16) zugeordneten Abzugsvorrichtungen (26) starr miteinander koppelbar sind.
13. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Energiequellen (4,5) eine Elektro­nenstrahlkanone (6,7) ist.
14. Schmelzofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (11) der Schmelzkammer (2) mittels einer in einer Seitenwand (2a) der Schmelzkammer (2) angeordneten Chargiereinrichtung (8) zuführbar ist, und daß oberhalb der Chargiereinrichtung eine Elektro­nenstrahlkanone (6) für das Aufschmelzen des Ausgangs­materials (11) angeordnet ist.
15. Schmelzofen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Stranggußkokillen (15,16) mindestens eine weitere Elektronenstrahlkanone (7) in einer solchen Position angeordnet ist, daß mittels dieser Elektronen­strahlkanone auch der mindestens eine Kokillenhohlraum (16a) einer nicht mehr im Fallweg der Schmelze befindli­chen Stranggußkokille (16) beheizbar ist.
16. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallweg der Schmelze durch mindestens eine Überlauf­rinne (13b) eines zwischen der Chargiereinrichtung (8) und der Stranggußkokille (15) angeordneten Zwischentie­gels (13) definiert ist.
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