EP0461306A1 - Induction smelting furnace - Google Patents
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- EP0461306A1 EP0461306A1 EP90123415A EP90123415A EP0461306A1 EP 0461306 A1 EP0461306 A1 EP 0461306A1 EP 90123415 A EP90123415 A EP 90123415A EP 90123415 A EP90123415 A EP 90123415A EP 0461306 A1 EP0461306 A1 EP 0461306A1
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- F27B14/061—Induction furnaces
Definitions
- the invention relates to an induction melting furnace for melting difficult-to-melt metals with an induction coil wrapping around the crucible and a molded container which is surrounded by an annular chamber for receiving coolant, the induction melting furnace being surrounded by a housing provided with a vacuum connection.
- a method for melting small amounts of metal which uses a cold crucible for this purpose.
- the cold melting crucible consists of an upper crucible, which forms the crucible trough by means of appropriately shaped wall segments, and a base part. Cooling channels run along the wall segments, into which the supply lines for the coolant are introduced from below.
- the base part also has a further flange for receiving a pressure vessel. Furthermore, the individual wall elements are surrounded by a high-frequency coil. This device is not suitable for small batches, because due to the surface tension and the viscosity of the melt, the melt is not sufficiently compressed in the crucible.
- a casting method of the type mentioned at the outset is also known (DE 39 27 998), in which work is carried out for casting a material in an inert gas atmosphere becomes.
- tilt casting is used so that the melt runs into the mold in the presence of a gas atmosphere.
- the melt entering the mold must displace the gas present in the mold before it can penetrate the smallest mold outlets. So gas inclusions or bubbles in the metal can not be excluded.
- the invention has for its object to design the induction melting furnace with the associated mold container such that even with very small batches in the mold container of the induction melting furnace and correspondingly large surface tension of the melt, the microporosity of the metal, especially titanium, obtained after the casting process is improved.
- the object is achieved according to the invention in that, in the presence of a vacuum, the melt received in the mold container can be compressed above the melt before the cooling process by means of a pressure that can be built up in the mold container.
- the pressure stamp accommodated in the housing is arranged such that it can move vertically in the housing, and that the pressure stamp is provided with a ceramic coating at its front end which can be immersed in the melt, in order in this way to make the pressure stamp resistant and also resistant to be used with metals with a very high melting point. Furthermore, with a pressure stamp designed in this way, the melt can be easily pushed out through the outlet opening of the crucible and ensure sufficient compression of the melt in the molding container.
- the invention makes it possible in a simple manner that the mold container with its inlet opening can be moved up to the outlet opening of the crucible by means of a lifting device.
- a closure cap can be attached above the crucible, via which a gas pressure is built up can.
- the mold container consists of an inner and an outer container, between which the annular space is formed, which is surrounded by a porous ceramic material through which liquid argon is passed in order to cool the casting faster to reach. It is particularly advantageous that the cast is cooled very quickly in order to obtain a fine-grained structure.
- the argon supplied to the ceramic material is evaporated, thereby extracting thermal energy from the melt.
- the argon then discharged to the outside causes an increase in pressure in the interior of the housing and thus a re-compression of the melt in the molding container. It is also possible to spray the mold container with liquid argon.
- a floating coil is provided above the molded container, between which the melt is formed or held. This ensures that the melt in the form below the coil falls. It is particularly advantageous that the pressure ram for re-compressing the melt is pressed into the mold for re-compression immediately after the melt flow has been switched off.
- the ceramic coating frozen in the mold head is advantageously separated from the casting with the lost mold.
- the crucible with its discharge funnel provided at the lower end of the crucible is aligned coaxially with the mold container and that the crucible tapers downward. It is also advantageous that the crucible is surrounded by an annular chamber and that the pressure stamp is preheated. It is also advantageous that the melt is pressed out of the crucible into the mold. It is particularly advantageous that a bottom tapping is possible, the pressure acting only on the surface of the melt when a vacuum is present. This prevents the melt from mixing with the gas during the casting process. The pouring jet enters the mold with a vacuum. This ensures high purity of the melt and excludes gas inclusions in the form of bubbles.
- 1 denotes an induction melting furnace, which consists of a housing 7, which has at its upper end a cover 18 with a flange 20 which can be pressed against a further flange 21 provided on the housing part 28 via a seal 19.
- the cover 18 can be provided with a sight glass 23 in order to observe the pouring process or the solidification of the melt.
- a sight glass 23 in order to observe the pouring process or the solidification of the melt.
- in the lid 18 there is also an inlet opening 22 through which the melt is introduced.
- the housing 7 consists of an upper and a lower housing part 28 and 30.
- the two housing parts 28 and 30 are connected to one another by two flanges 25 and 27, a seal 26 being provided between the two flanges 25 and 27.
- the housing 7 of the induction melting furnace 1 is placed on a base 31, which is only schematically indicated in the drawing.
- the housing 7 has a bottom 29 with a nozzle 32 to which a connecting line 33 is connected, via which argon is supplied.
- the connecting line 33 is in flow connection via a reservoir (not shown in the drawing) for receiving argon.
- the connecting line 33 is led into the interior of the housing 7 and connected to an inlet opening 34 of the molded container 4.
- the molded container 4 has a can 35 in its interior. Between the can 35 and the outer wall 37 of the molded container 4, an annular space 5 is formed, which serves to receive a porous ceramic material. Argon can be passed through the porous ceramic material 36 in order to accelerate the cooling process during the solidification process of the melt. After the evaporation process, the argon is passed outside through the opening 44 into the interior of the housing 7, so that pressure can build up in the interior and therefore also above the melt. This ensures that the melt is sufficiently densified again during the solidification process.
- the mold container 4 there is a crucible 3 for melting metals which are difficult to melt, for example titanium.
- the crucible or cold crucible 3 can have a segment-like structure in its interior.
- the crucible 3 tapers downward and has an outlet opening 11 at its lower end, so that the melt can be fed to the interior of the molded container 4 via the bottom tapping.
- the upper end of the crucible 3 is designed as an inlet opening 40. It is also possible to close the inlet opening 40 of the crucible 3 with a pressure cap, not shown in the drawing, in order to conduct argon into the interior of the crucible via a corresponding inlet opening and thereby build up the desired pressure above the melt.
- a pressure ram 9 in the interior of the crucible 3, which can be inserted through an inlet opening 40 of the crucible 3.
- the pressure stamp 9 is made of high temperature resistant metal. It tapers towards the front and has a ceramic coating 10 at its downward end.
- the melt is compressed again by pressing the melt by means of the pressure ram 9.
- the pressure ram 9 is guided through the outlet opening 11 and then into the inlet opening 13 of the mold container 4.
- the rapid evaporation of the argon results in a rapid pressure increase when using a titanium melt of approx. 10 bar. Solidification under pressure improves microporosity.
- a flange 41 connected to a vacuum pump (not shown in the drawing) with a nozzle 6 via which the housing 7 can be evacuated.
- the melt received in the crucible 3 is melted with an induction coil 2 wrapping around the crucible 3.
- the induction coil 2 includes a yoke 24 which surrounds the induction coil 2 and which is at a sufficient distance from the outer wall of the crucible 3 so that thermal energy is not supplied to the wall but only to the melt.
- the molded container 4 provided below the crucible 3 is arranged on a table 42 which is fastened on a lifting column 43.
- the lifting column 43 is guided through the connecting piece 32 and is of hollow design. In its interior, it receives the connecting line 33 via which the argon is fed to the annular space 5 of the molded container 4.
- the molded container 4 can be placed exactly below the crucible 3.
- the melt is produced and tapped as described below.
- the material to be melted is introduced into the housing 7 or the crucible 3, and then the housing 7 is closed by means of the cover 18.
- the induction melting furnace 1 is then evacuated via a vacuum pump (not shown in the drawing) connected to the flange 41. Now the melting material can be melted under the existing vacuum by means of the induction coil 2. After the melting material has completely melted, the tapping and the melting material take place via the outlet opening 11 is passed into the molding container 4. By means of the pressure plunger 9, the entire melting material is easily pressed into the molding container. This ensures that the mold container is completely and evenly loaded.
- argon is now fed into the annular space 5 via the connecting line 33 and thermal energy is removed from the melt by the rapid evaporation of the argon.
- the pressure in the housing 7 is increased, since the annular space 5 is connected to the interior of the housing 7 via the opening 44.
- the rapid rise in pressure to approx. 10 bar during the solidification process ensures good microstructure formation, since the normally occurring dentrites cannot form.
- the gas pressure or the pressure ram 9 also ensures that even the finest ramifications of the form are filled with melting material.
- the arrangement according to the invention and the melting method according to the invention are particularly suitable for very small batches, in particular for titanium in the gram range, that is to say for casting sizes as are customary in dentures.
- the exemplary embodiment shown in FIG. 2 differs only slightly from the exemplary embodiment according to FIG. 2.
- the induction melting furnace 1 there is a floating coil 2a instead of the ring coil 2 according to FIG intended.
- the melt falls into the mold container 4 provided below the crucible 3.
- the pressure ram 9 can be preheated for post-compression and pressed into the mold immediately after the melt flow has been switched off.
- the ceramic coating frozen in the stamp 9 is then separated from the casting with the lost shape.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsschmelzofen (1) zum Schmelzen von schwer schmelzbaren Metallen mit einer den Schmelztiegel (3) umschlingenden Induktionsspule (2) und einem Formbehälter (4), der von einer Ringkammer (5) zur Aufnahme von Kühlmittel umgeben ist. Der Schmelztiegel (3) ist in einem mit einem Vakuumanschluß (6) versehenen Gehäuse (7) angeordnet. Um die Mikroporosität zu verbessern, wird die im Formbehälter (4) aufgenommene Schmelze durch im Formbehälter (4) aufbaubaren Druck vor dem Abkühlvorgang verdichtet. <IMAGE>The invention relates to an induction melting furnace (1) for melting metals which are difficult to melt, comprising an induction coil (2) wrapping around the crucible (3) and a molded container (4) which is surrounded by an annular chamber (5) for receiving coolant. The crucible (3) is arranged in a housing (7) provided with a vacuum connection (6). In order to improve the microporosity, the melt received in the molding container (4) is compressed by pressure that can be built up in the molding container (4) before the cooling process. <IMAGE>
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsschmelzofen zum Schmelzen von schwer schmelzbaren Metallen mit einer den Schmelztiegel umschlingenden Induktionsspule und einem Formbehälter, der von einer Ringkammer zur Aufnahme von Kühlmittel umgeben ist, wobei der Induktionsschmelzofen von einem mit einem Vakuumanschluß versehenen Gehäuse umgeben ist.The invention relates to an induction melting furnace for melting difficult-to-melt metals with an induction coil wrapping around the crucible and a molded container which is surrounded by an annular chamber for receiving coolant, the induction melting furnace being surrounded by a housing provided with a vacuum connection.
Es ist bereits ein Verfahren (EP 345 541 A2) zum Schmelzen kleiner Metallmengen bekannt, das sich hierzu eines Kaltschmelztiegels bedient. Der Kaltschmelztiegel besteht aus einem oberen, die Tiegelmulde durch entsprechend geformte Wandsegmente bildenden Tiegel und einem Basisteil. An den Wandsegmenten laufen Kühlkanäle entlang, in die von unten die Zuführungsleitungen für das Kühlmittel eingebracht sind. Das Basisteil weist ferner einen weiteren Flansch zur Aufnahme eines Druckbehälters auf. Ferner werden die einzelnen Wandelemente von einer Hochfrequenzspule umgeben. Diese Vorrichtung ist nicht für kleine Chargen geeignet, da aufgrund der Oberflächenspannung und der Viskosität der Schmelze keine ausreichende Verdichtung der Schmelze im Tiegel erfolgt.A method (EP 345 541 A2) for melting small amounts of metal is already known, which uses a cold crucible for this purpose. The cold melting crucible consists of an upper crucible, which forms the crucible trough by means of appropriately shaped wall segments, and a base part. Cooling channels run along the wall segments, into which the supply lines for the coolant are introduced from below. The base part also has a further flange for receiving a pressure vessel. Furthermore, the individual wall elements are surrounded by a high-frequency coil. This device is not suitable for small batches, because due to the surface tension and the viscosity of the melt, the melt is not sufficiently compressed in the crucible.
Es ist ferner ein Gießverfahren der eingangs aufgeführten Art bekannt (DE 39 27 998), wobei zum Gießen eines Materials in einer inerten Gasatmosphäre gearbeitet wird. Bei diesem Gießverfahren wird im Kippguß gearbeitet, so daß die Schmelze bei vorhandener Gasatmosphäre in die Form einläuft. Die in die Form einlaufende Schmelze muß das in der Form vorhandene Gas verdrängen bevor es in die kleinsten Formausläufe eindringen kann. So können Gaseinschlüsse bzw. Blasenbildung im Metall nicht ausgeschlossen werden.A casting method of the type mentioned at the outset is also known (DE 39 27 998), in which work is carried out for casting a material in an inert gas atmosphere becomes. In this casting process, tilt casting is used so that the melt runs into the mold in the presence of a gas atmosphere. The melt entering the mold must displace the gas present in the mold before it can penetrate the smallest mold outlets. So gas inclusions or bubbles in the metal can not be excluded.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Induktionsschmelzofen mit dem zugehörigen Formbehälter derart auszubilden, daß auch bei sehr kleinen Chargen im Formbehälter des Induktionsschmelzofens und entsprechend großer Oberflächenspannung der Schmelze die Mikroporosität des nach dem Gießvorgang gewonnenen Metalls, insbesondere Titan, verbessert wird. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß bei vorhandenem Vakuum die im Formbehälter aufgenommene Schmelze über einen im Formbehälter aufbaubaren Druck oberhalb der Schmelze vor dem Abkühlvorgang verdichtbar ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß auch bei sehr kleinen Chargen, die in einen Formbehälter eingegeben werden, und trotz hoher Viskosität der Schmelze und der damit verbundenen Oberflächenspannung, eine gute Verdichtung der Schmelze im Formbehälter erfolgt, da durch den oberhalb der Schmelze aufgebauten Druck sichergestellt wird, daß die Schmelze den Formbehälter bei Vermeidung von Gaseinschlüssen gleichmäßig ausfüllt. So wird einer Hohlraumbildung durch Dendritenwachstum vorgebeugt, da die Schmelze durch den entsprechenden Druck in kleinste, durch die Dendriten gebildete Hohlräume nachfließen kann. Hierzu ist es vorteilhaft, daß oberhalb der Einlaßöffnung des Formbehälters ein in den Formbehälter einführbarer Druckstempel vorgesehen ist. Durch den Einsatz eines Druckstempels ist es auf einfache Weise möglich, während des Erstarrungsvorgangs der Schmelze eine gute Verdichtung der Schmelze herbeizuführen. Auf diese Weise lassen sich auch sehr kleine Chargen vergießen. Die bei diesen kleinen Chargen sich bislang als problematisch dargestellte Oberflächenspannung der Schmelze braucht daher nicht beachtet zu werden, da mittels des Druckstempels ein Nachverdichten der in den Formbehälter abgegossenen Schmelze möglich ist.In contrast, the invention has for its object to design the induction melting furnace with the associated mold container such that even with very small batches in the mold container of the induction melting furnace and correspondingly large surface tension of the melt, the microporosity of the metal, especially titanium, obtained after the casting process is improved. The object is achieved according to the invention in that, in the presence of a vacuum, the melt received in the mold container can be compressed above the melt before the cooling process by means of a pressure that can be built up in the mold container. This ensures that even with very small batches that are fed into a mold container and despite the high viscosity of the melt and the associated surface tension, the melt is well compressed in the mold container, since the pressure built up above the melt ensures that that the melt fills the mold container evenly while avoiding gas inclusions. Cavity formation by dendrite growth is thus prevented, since the melt can flow into the smallest voids formed by the dendrites due to the corresponding pressure. For this purpose, it is advantageous that above the inlet opening of the Molding container is provided a pressure ram which can be inserted into the molding container. By using a pressure stamp, it is possible in a simple manner to bring about a good compression of the melt during the solidification process of the melt. Even very small batches can be poured in this way. The surface tension of the melt, which has hitherto been shown to be problematic in these small batches, therefore need not be taken into account, since it is possible to recompress the melt poured into the mold container by means of the pressure stamp.
Gemäß eines besonderen Merkmals der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der im Gehäuse aufgenommene Druckstempel höhenbeweglich im Gehäuse angeordnet ist, und daß der Druckstempel an seinem vorderen in die Schmelze eintauchbaren Ende mit einem Keramiküberzug versehen ist, um auf diese Weise den Druckstempel widerstandsfähig und auch bei Metallen mit sehr hohem Schmelzpunkt einsetzbar zu machen. Ferner läßt sich mit einem derart ausgebildeten Druckstempel die Schmelze ohne weiteres durch die Auslaßöffnung des Schmelztiegels herausdrücken und eine ausreichende Verdichtung der Schmelze im Formbehälter sicherstellen.According to a special feature of the solution according to the invention, it is finally provided that the pressure stamp accommodated in the housing is arranged such that it can move vertically in the housing, and that the pressure stamp is provided with a ceramic coating at its front end which can be immersed in the melt, in order in this way to make the pressure stamp resistant and also resistant to be used with metals with a very high melting point. Furthermore, with a pressure stamp designed in this way, the melt can be easily pushed out through the outlet opening of the crucible and ensure sufficient compression of the melt in the molding container.
Durch die Erfindung wird es auf einfache Weise möglich, daß der Formbehälter mit seiner Einlaßöffnung mittels einer Hubeinrichtung an die Auslaßöffnung des Schmelztiegels heranfahrbar ist.The invention makes it possible in a simple manner that the mold container with its inlet opening can be moved up to the outlet opening of the crucible by means of a lifting device.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß über dem Schmelztiegel eine Verschlußkappe anbringbar ist, über die ein Gasdruck aufgebaut werden kann. Hierdurch besteht alternativ die Möglichkeit, die Schmelze in die Form zu drücken und über der im Formbehälter aufgenommenen Schmelze Druck aufzubauen, um auf diese Weise eine ausreichende Nachverdichtung der Schmelze vor ihrer Erstarrung sicherzustellen.In a further embodiment of the invention, it is advantageous that a closure cap can be attached above the crucible, via which a gas pressure is built up can. As a result, there is alternatively the possibility of pressing the melt into the mold and building up pressure over the melt received in the molding container, in order in this way to ensure sufficient recompression of the melt before it solidifies.
Von besonderer Bedeutung ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß der Formbehälter aus einem inneren und einem äußeren Behälter besteht, zwischen denen der Ringraum gebildet ist, der von einem porösen Keramikstoff umgeben ist, durch den flüssiges Argon geleitet wird, um ein schnelleres Abkühlen des Gußstücks zu erreichen. Es ist besonders vorteilhaft, daß der Abguß sehr schnell abgekühlt wird, um ein feinkörniges Gefüge zu erhalten. Das dem Keramikwerkstoff zugeführte Argon wird verdampft und entzieht dadurch der Schmelze Wärmeenergie. Das dann nach außen abgeführte Argon verursacht eine Druckerhöhung im Inneren des Gehäuses und dadurch eine Nachverdichtung der Schmelze im Formbehälter. Ferner ist es möglich, den Formbehälter mit flüssigem Argon zu besprühen. Durch die ebenfalls rasche Verdampfung des Argons erfolgt ein schneller Druckanstieg bis auf den Argon-Versorgungsdruck (vorteilhafterweise von etwa 10 bar), zum Beispiel bei einer Titanschmelze. Durch die Erstarrung bei Überdruck wird ferner die Mikroporosität des Gießteils verbessert.It is of particular importance in the device according to the invention that the mold container consists of an inner and an outer container, between which the annular space is formed, which is surrounded by a porous ceramic material through which liquid argon is passed in order to cool the casting faster to reach. It is particularly advantageous that the cast is cooled very quickly in order to obtain a fine-grained structure. The argon supplied to the ceramic material is evaporated, thereby extracting thermal energy from the melt. The argon then discharged to the outside causes an increase in pressure in the interior of the housing and thus a re-compression of the melt in the molding container. It is also possible to spray the mold container with liquid argon. Due to the likewise rapid evaporation of the argon, there is a rapid rise in pressure up to the argon supply pressure (advantageously of approximately 10 bar), for example in the case of a titanium melt. The solidification at excess pressure also improves the microporosity of the cast part.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß oberhalb des Formbehälters eine Schwebespule vorgesehen ist, zwischen der die Schmelze gebildet bzw. gehalten wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Schmelze nach Abschalten des Schmelzstroms in die unterhalb der Spule befindliche Form fällt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß der Druckstempel zum Nachverdichten der Schmelze direkt nach Abschalten des Schmelzstroms in die Form zum Nachverdichten gedrückt wird. Der im Formenkopf eingefrorene Keramiküberzug wird in vorteilhafter Weise mit der verlorenen Form vom Gußteil getrennt.In a further embodiment of the invention, it is advantageous that a floating coil is provided above the molded container, between which the melt is formed or held. This ensures that the melt in the form below the coil falls. It is particularly advantageous that the pressure ram for re-compressing the melt is pressed into the mold for re-compression immediately after the melt flow has been switched off. The ceramic coating frozen in the mold head is advantageously separated from the casting with the lost mold.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, daß der Schmelztiegel mit seinem am unteren Ende des Schmelztiegels vorgesehenen Auslauftrichter koaxial zum Formbehälter ausgerichtet ist und daß sich der Schmelztiegel nach unten hin verjüngt. Vorteilhaft ist ferner, daß der Schmelztiegel von einer Ringkammer umgeben ist und daß der Druckstempel vorgeheizt wird. Ferner ist es vorteilhaft, daß die Schmelze aus dem Tiegel in die Form gedrückt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß ein Bodenabstich möglich ist, wobei der Druck bei vorhandenem Vakuum nur auf die Oberfläche der Schmelze einwirkt. Hierdurch wird vermieden, daß sich die Schmelze beim Gießvorgang mit dem Gas vermischt. Der Gießstrahl tritt bei vorhandenem Vakuum in die Gießform ein. Hierdurch wird eine hohe Reinheit der Schmelze gewährleistet und Gaseinschlüsse in Form von Blasen ausgeschlossen.In a further embodiment of the invention, it is particularly advantageous that the crucible with its discharge funnel provided at the lower end of the crucible is aligned coaxially with the mold container and that the crucible tapers downward. It is also advantageous that the crucible is surrounded by an annular chamber and that the pressure stamp is preheated. It is also advantageous that the melt is pressed out of the crucible into the mold. It is particularly advantageous that a bottom tapping is possible, the pressure acting only on the surface of the melt when a vacuum is present. This prevents the melt from mixing with the gas during the casting process. The pouring jet enters the mold with a vacuum. This ensures high purity of the melt and excludes gas inclusions in the form of bubbles.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.Further features of the invention are shown in the description of the figures, it being noted that all individual features and all combinations of individual features are essential to the invention.
In den Figuren ist die Erfindung an einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt, ohne auf diese Ausführungsform beschränkt zu sein. Es zeigt:
Figur 1- einen Induktionsschmelzofen mit einem Kalttiegel und einem darunter angeordneten Formbehälter zur Aufnahme des Schmelzguts
- Figur 2
- ein weiteres Ausführungsbeispiel des Induktionschmelzofens mit dem zugehörigen Formbehälter.
- Figure 1
- an induction melting furnace with a cold crucible and a mold container arranged underneath for receiving the melting material
- Figure 2
- another embodiment of the induction melting furnace with the associated mold container.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Induktionsschmelzofen bezeichnet, der aus einem Gehäuse 7 besteht, das an seinem oberen Ende einen Deckel 18 mit einem Flansch 2o aufweist, der über eine Dichtung 19 gegen einen weiteren am Gehäuseteil 28 vorgesehenen Flansch 21 anpreßbar ist.In the drawing, 1 denotes an induction melting furnace, which consists of a housing 7, which has at its upper end a
Der Deckel 18 kann mit einem Schauglas 23 versehen sein, um den Gießvorgang bzw. die Erstarrung der Schmelze zu beobachten. Im Deckel 18 befindet sich ferner eine Einlaßöffnung 22, durch die die Schmelze eingeführt wird.The
Das Gehäuse 7 besteht aus einem oberen und einem unteren Gehäuseteil 28 und 30. Die beiden Gehäuseteile 28 und 30 sind durch zwei Flansche 25 und 27 miteinander verbunden, wobei zwischen den beiden Flanschen 25 und 27 eine Dichtung 26 vorgesehen ist.The housing 7 consists of an upper and a
Das Gehäuse 7 des Induktionsschmelzofens 1 ist auf einem in der Zeichnung nur schematisch angedeuteten Sockel 31 abgestellt. Das Gehäuse 7 weist einen Boden 29 mit einem Stutzen 32 auf, an den eine Anschlußleitung 33 angeschlossen ist, über die Argon zugeführt wird. Die Anschlußleitung 33 steht über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Reservoir zur Aufnahme von Argon in Durchflußverbindung. Die Anschlußleitung 33 ist in das Innere des Gehäuses 7 hineingeführt und an eine Einlaßöffnung 34 des Formbehälters 4 angeschlossen.The housing 7 of the
Der Formbehälter 4 weist in seinem Innenraum eine Kanne 35 auf. Zwischen der Kanne 35 und der äußeren Wand 37 des Formbehälters 4 ist ein Ringraum 5 gebildet, der zur Aufnahme eines porösen Keramikwerkstoffs dient. Durch den porösen Keramikwerkstoff 36 kann, um beim Erstarrungsprozeß der Schmelze den Abkühlungsvorgang zu beschleunigen, Argon geleitet werden. Das Argon wird nach dem Verdampfungsvorgang über die Öffnung 44 nach außen in den Innenraum des Gehäuses 7 geleitet, so daß sich im Innenraum und dadurch auch oberhalb der Schmelze Druck aufbauen kann. Hierdurch wird eine ausreichende Nachverdichtung der Schmelze während des Estarrungsvorgangs sichergestellt.The molded container 4 has a
Oberhalb des Formbehälters 4 befindet sich ein Schmelztiegel 3 zum Schmelzen von schwer schmelzbaren Metallen, beispielsweise Titan. Der Schmelztiegel bzw. Kalttiegel 3 kann in seinem Inneren segmentartig aufgebaut sein. Der Schmelztiegel 3 verjüngt sich nach unten und weist an seinem unteren Ende eine Auslaßöffnung 11 auf, so daß die Schmelze über den Bodenabstich dem Innenraum des Formbehälters 4 zugeführt werden kann.Above the mold container 4 there is a crucible 3 for melting metals which are difficult to melt, for example titanium. The crucible or cold crucible 3 can have a segment-like structure in its interior. The crucible 3 tapers downward and has an
Das obere Ende des Schmelztiegels 3 ist als Einlaßöffnung 40 ausgebildet. Es ist auch möglich, die Einlaßöffnung 40 des Schmelztiegels 3 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Druckkappe zu verschließen, um über eine entsprechende Einlaßöffnung Argon in den Innenraum des Schmelztiegels zu leiten und dadurch den gewünschten Druck oberhalb der Schmelze aufzubauen.The upper end of the crucible 3 is designed as an
Wie aus Figur 1 ferner hervorgeht, befindet sich während des Abstichs im Innenraum des Schmelztiegels 3 ein Druckstempel 9, der durch eine Einlaßöffnung 40 des Schmelztiegels 3 eingeführt werden kann. Der Druckstempel 9 besteht aus hochtemperaturbeständigem Metall. Er verjüngt sich nach vorne und weist an seinem nach unten gerichteten Ende einen Keramiküberzug 10 auf. Nach dem Vergießen des Schmelzmaterials in den Formbehälter 4 wird durch Andrücken der Schmelze mittels des Druckstempels 9 eine Nachverdichtung der Schmelze vorgenommen. Der Druckstempel 9 wird hierzu durch die Auslaßöffnung 11 geführt und dann in die Einlaßöffnung 13 des Formbehälters 4. Um ein schnelles Abkühlen der Form zu erreichen, wird, wie bereits erläutert, Argon in den Ringraum 5 geleitet. Durch die rasche Verdampfung des Argons erfolgt ein schneller Druckanstieg bei Verwendung einer Titanschmelze von ca. 10 bar. Durch Erstarrung unter Druck wird eine verbesserte Mikroporosität erzielt.As can also be seen from FIG. 1, during the tapping there is a
Im Bereich des Bodens 29 des unteren Gehäuseteils 30 befindet sich ein an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossener Flansch 41 mit einem Stutzen 6 über den das Gehäuse 7 evakuiert werden kann.In the area of the bottom 29 of the
Die in dem Schmelztiegel 3 aufgenommene Schmelze wird mit einer den Schmelztiegel 3 umschlingenden Induktionsspule 2 geschmolzen. Zu der Induktionsspule 2 gehört ein Joch 24, das die Induktionsspule 2 umgibt und das einen ausreichenden Abstand zur Außenwand des Schmelztiegels 3 aufweist, damit nicht der Wand sondern nur der Schmelze Wärmeenergie zugeführt wird.The melt received in the crucible 3 is melted with an induction coil 2 wrapping around the crucible 3. The induction coil 2 includes a
Der unterhalb des Schmelztiegels 3 vorgesehene Formbehälter 4 ist auf einem Tisch 42 angeordnet, der auf einer Hubsäule 43 befestigt ist. Die Hubsäule 43 ist durch den Stutzen 32 geführt und hohlförmig ausgebildet. Sie nimmt in ihrem Inneren die Anschlußleitung 33 auf, über die das Argon dem Ringraum 5 des Formbehälters 4 zugeführt wird. Mittels der Hubeinrichtung bzw. der Hubsäule 43 läßt sich der Formbehälter 4 genau unterhalb des Schmelztiegels 3 plazieren.The molded container 4 provided below the crucible 3 is arranged on a table 42 which is fastened on a
Die Herstellung der Schmelze und der Abstich erfolgt wie nachstehend beschrieben.The melt is produced and tapped as described below.
Zuerst wird in das Gehäuse 7 bzw. in den Schmelztiegel 3 das Schmelzgut eingebracht und dann das Gehäuse 7 mittels des Deckels 18 verschlossen. Anschließend wird der Induktionsschmelzofen 1 über eine an den Flansch 41 angeschlossene in der Zeichnung nicht dargestellte Vakuumpumpe evakuiert. Nun kann das Schmelzgut unter dem bestehenden Vakuum mittels der Induktionsspule 2 geschmolzen werden Nachdem das Schmelzgut vollständig geschmolzen ist, erfolgt über die Auslaßöffnung 11 der Abstich und das Schmelzgut wird in den Formbehälter 4 geleitet. Mittels des Druckstempels 9 wird das gesamte Schmelzgut ohne weiteres in den Formbehälter gedrückt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Formbehälter vollständig und gleichmäßig beschickt wird.First, the material to be melted is introduced into the housing 7 or the crucible 3, and then the housing 7 is closed by means of the
Um den Abkühlungsvorgang zu beschleunigen, wird nun Argon über die Anschlußleitung 33 in den Ringraum 5 geführt und durch die schnelle Verdampfung des Argons der Schmelze Wärmeenergie entzogen. Gleichzeitig wird der Druck im Gehäuse 7 erhöht, da der Ringraum 5 über die Öffnung 44 mit dem Innenraum des Gehäuses 7 in Verbindung steht. Durch den schnellen Druckanstieg auf ca. 10 bar während des Erstarrungsvorgangs wird eine gute Gefügeausbildung sichergestellt, da sich die normalerweise auftretenden Dentriten nicht bilden können. Durch den Gasdruck bzw.durch den Druckstempel 9 wird außerdem sichergestellt, daß auch feinste Verästelungen der Form mit Schmelzgut ausgefüllt werden.In order to accelerate the cooling process, argon is now fed into the
Nach dem Erstarrungsprozeß wird der Druck heruntergefahren, das Gehäuse 7 geöffnet und die Form entnommen. Danach wird eine neue Form eingesetzt und der Gießvorgang kann wiederholt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Schmelzverfahren eignet sich besonders für sehr kleine Chargen, insbesondere für Titan im Grammbereich, also für Gußstückgrößen, wie sie bei Zahnersatz üblich sind.After the solidification process, the pressure is reduced, the housing 7 is opened and the mold is removed. Then a new mold is inserted and the casting process can be repeated. The arrangement according to the invention and the melting method according to the invention are particularly suitable for very small batches, in particular for titanium in the gram range, that is to say for casting sizes as are customary in dentures.
Das in Figur 2 dargestellte Ausführungbeispiel unterscheidet sich nur geringfügig vom Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2. Im Induktionsschmelzofen 1 ist anstelle der Ringspule 2 gemäß Figur 1 eine Schwebespule 2a vorgesehen. Die Schmelze fällt bei diesem Gießverfahren nach Abschalten der Schwebespule 2a in den unterhalb des Schmelztiegels 3 vorgesehenen Formbehälter 4. Der Druckstempel 9 kann zum Nachverdichten vorgeheizt werden und direkt nach Abschalten des Schmelzstroms zum Nachverdichten in die Form eingepreßt werden. Der im Druckstempel 9 eingefrorene Keramiküberzug wird dann mit der verlorenen Form vom Gußteil getrennt.The exemplary embodiment shown in FIG. 2 differs only slightly from the exemplary embodiment according to FIG. 2. In the
- 11
- InduktionsschmelzofenInduction melting furnace
- 22nd
- InduktionsspuleInduction coil
- 2a2a
- SchwebespuleFloating coil
- 33rd
- SchmelztiegelMelting pot
- 44th
- FormbehälterMolded container
- 55
- RingraumAnnulus
- 66
- StutzenSupport
- 77
- Gehäusecasing
- 99
- DruckstempelPressure stamp
- 1010th
- KeramiküberzugCeramic coating
- 1111
- AuslaßöffnungOutlet opening
- 1212
- HubeinrichtungLifting device
- 1313
- EinlaßöffnungInlet opening
- 1818th
- Deckelcover
- 1919th
- Dichtungpoetry
- 2020th
- Flanschflange
- 2121
- Flanschflange
- 2222
- EinlaßöffnungInlet opening
- 2323
- SchauglasSight glass
- 2424th
- Jochyoke
- 2525th
- Flanschflange
- 2626
- RingdichtungRing seal
- 2727th
- Flanschflange
- 2828
- GehäuseteilHousing part
- 2929
- Bodenground
- 3030th
- GehäuseteilHousing part
- 3131
- Sockelbase
- 3232
- StutzenSupport
- 3333
- AnschlußleitungConnecting cable
- 3434
- EinlaßöffnungInlet opening
- 3535
- KanneJug
- 3636
- KeramikCeramics
- 3737
- Wandwall
- 4040
- EinlaßöffnungInlet opening
- 4141
- Flanschflange
- 4242
- Tischtable
- 4343
- HubsäuleLifting column
- 4444
- Öffnungopening
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