WO2012052089A1 - Verfahren zur herstellung von titanrohlingen - Google Patents

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WO2012052089A1
WO2012052089A1 PCT/EP2011/004319 EP2011004319W WO2012052089A1 WO 2012052089 A1 WO2012052089 A1 WO 2012052089A1 EP 2011004319 W EP2011004319 W EP 2011004319W WO 2012052089 A1 WO2012052089 A1 WO 2012052089A1
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WO
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ingot
liquid jet
pressure liquid
crucible
pressure
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PCT/EP2011/004319
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Finkenberg
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Rst Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of titanium blanks according to the preamble of claim 1 and to a high-pressure liquid blasting plant for carrying out the above process according to the preamble of claim 10.
  • the first process section serves to produce a so-called titanium sponge. Titanium dioxide is regularly heated together with chlorine and processed into a titanium sponge using liquid magnesium. This section of the method is of minor importance to the present invention and will therefore not be discussed further.
  • the titanium sponge optionally after a pressing step, with alloying proportions in a predetermined ratio to a so-called “ingot” is melted.
  • the ingot is remelted to increase the alloy homogeneity in at least one remelting step in a melting pot.
  • EP 0 479 757 B1 shows a similar process for the production of titanium blanks, wherein a surface treatment or cleaning of the ingot is provided before the remelting step.
  • the cleaning of the ingot before the remelting step is of particular importance for the reduction of impurities within the titanium alloy as well as for the homogeneity of the alloy.
  • CONFIRMATION COPY Meters long and correspondingly of considerable weight, this makes very special demands on the required lathe. Furthermore, the time required for surface treatment is considerable and regularly exceeds 10 hours. An acceleration of the cleaning step is only possible to a limited extent, since the engagement of the rotary steel with the surface of the ingot leads to a development of heat that can be dissipated by coolant only to a correspondingly limited extent.
  • the invention is based on the problem of developing the known method such that both the quality and the speed of the cleaning step are increased.
  • a high-pressure liquid jet installation in particular a high-pressure water jet installation, can be used in the cleaning step preceding a remelting step. Due to the good heat dissipation, the speed of cleaning can be increased considerably.
  • a high-pressure liquid jet can be used to clean the inside of the respective crucible as explained above in connection with the ingot. Again, the removal of a metallic surface layer can be realized quickly with high cleaning quality.
  • the arrangement is such that the at least one high-pressure liquid jet has a sufficient kinetic energy to the removal of a surface layer of the ingot itself and / or the inside to effect the crucible itself.
  • Preferred interpretations Merf r are given in claim 2.
  • an abrasive material such as quartz sand or the like. This quartz sand is easily washed away with the remaining liquid.
  • the at least one high-pressure liquid jet is further preferably directed according to claim 6 in a variant on the substantially cylindrical outer surface of the ingot.
  • different angles between the high-pressure liquid jet and the respective surface may be advantageous.
  • the high-pressure liquid jet is substantially perpendicular to the respective surface.
  • At least one high-pressure nozzle is provided for generating the at least one high-pressure liquid jet, the arrangement being such that the at least one high-pressure liquid jet is directed substantially perpendicular to the surface of the ingot or the crucible, as explained above.
  • the high-pressure liquid jet system serves in the cleaning step both the surface processing of the ingot and the surface processing of the crucible. Due to the fact that the installation space requirements of a high-pressure liquid jet installation in the area of the object to be cleaned are reduced to the space required for the at least one high-pressure nozzle, the proposed double use of the high-pressure liquid jet installation can be realized in a structurally simple manner.
  • Fig. 2 is a high-pressure liquid jet system for carrying out the proposed method in a very schematic view
  • Fig. 3 is a sectional side view of the high-pressure liquid jet plant according to FIG. 2 along the section line III-III there.
  • the proposed method is for the production of titanium blanks, which can serve as a starting material for products from the aerospace industry, medical technology, the jewelry and watch industry or the like.
  • the titanium blank is based on a titanium alloy. These are usually titanium-aluminum alloys.
  • an elongated ingot 2 is melted from a titanium sponge together with alloying components, resulting in a titanium alloy as a result.
  • the ingot 2 is melted in at least one remelting step 3 in at least one crucible (FIG. 1). It is essential that the surface of the ingot 2 and / or the surface of the inside of the crucible be processed before at least one remelting step 3 with at least one high-pressure liquid jet 5 of a high-pressure liquid jet system 6 such that in each case a surface layer 7 of Ingots 2 itself or the inside of the crucible itself is removed.
  • the high-pressure liquid jet installation 6 is thus designed so that it not only removes the deposits 8 present on the ingot 2, as explained above, but also a surface layer 7 of the titanium alloy of the ingot 2 itself.
  • the cleaning step 4 is shown by way of example in FIG.
  • the abraded surface layers 7, 8 are exaggerated in the sense of a clear representation.
  • the above liquid may in principle be any liquids of suitable viscosity.
  • the liquid used is water.
  • the high-pressure liquid jet 5 is operated with a volume flow in a range between 10 l / min and 40 l / min.
  • a high-pressure nozzle 9 is provided, the liquid pressure at the at least one high-pressure nozzle 9 being in a range between 500 bar and 6,000 bar.
  • the surface of the inside of the crucible is preferably made of copper or of a copper alloy.
  • the proposed removal of a surface layer of the inside of the crucible leads to the fact that Crucible outgoing impurities of ingot 2 hardly occur during remelting.
  • the thickness of the surface layer 7 removed by the ingot 2 is at least about 0.01 mm.
  • the maximum thickness of the removed from the ingot 2 surface layer 7 is about 0.2 mm.
  • the thickness of the surface layer removed from the crucible is also at least about 0.01 mm. Preferably, the thickness of the surface layer removed by the crucible remains below about 0.5 mm.
  • the high-pressure liquid jet 5 is preferably admixed with an abrasive material, with the abrasive material in a particularly preferred embodiment being quartz sand or the like. Other abrasive materials are applicable here.
  • the at least one high-pressure liquid jet 5 is preferably directed onto the surface of the long side of the ingot 2.
  • the ingot 2 is designed substantially cylindrical here, wherein the at least one high-pressure liquid jet 5 is directed onto the substantially cylindrical outer surface of the ingot 2.
  • the angle between the at least one high-pressure liquid jet 5 and the respective surface of the ingot 2 or the crucible is in a range between about 30 ° and about 90 °, preferably between about 80 ° and about 90 °.
  • the angle between the at least one high-pressure liquid jet 5 and the respective surface of the ingot 2 or the crucible is about 90 °.
  • the at least one high-pressure liquid jet 5 is here and preferably thus directed substantially perpendicular to the surface of the ingot 2. This leads to an optimal removal rate.
  • the same orientation is correspondingly advantageous for the cleaning of the crucible.
  • a motor goth positioning device 10 is provided for positioning the ingot 2, wherein the ingot 2 during the cleaning step 4 by means of the mgot positioning device 10 about its longitudinal axis 11th is turned. This can be seen from a synopsis of FIGS. 2 and 3.
  • a motorized nozzle positioning device 12 is provided for positioning the at least one high-pressure nozzle 9, the at least one high-pressure nozzle 9 being moved by means of the nozzle positioning device 12, at least along the longitudinal axis 11 of the ingot 2.
  • the direction of the high-pressure liquid jet 5 exiting from the at least one high-pressure nozzle 9 is motor-adjustable by means of the nozzle positioning device 12.
  • motor is always to be understood here broadly, including all possibilities of controlled, automatic adjustment summarized include electrical, hydraulic, pneumatic adjustment of any kind.
  • the high-pressure liquid jet system 6 is equipped with a sensor system, in particular with a camera system, with which impurities are detected selectively and are selectively removed by a suitable control of the positioning devices 10, 12.
  • the ingot 2 and / or the at least one high-pressure nozzle 9 is positioned in such a way depending on the sensor data of the above sensor system that the high-pressure liquid jet 5 to the point of the ingot having a sensorially detected contamination 2 is directed and that then by means of the high-pressure liquid jet 5 a targeted surface removal is made at this point.
  • the ingot 2 is regularly used during remelting as an electrode in the context of a VAR (Vacuum Arc Remelting) process, the titanium alloy corresponding to the ingot 2 in FIG melts the crucible.
  • VAR Vauum Arc Remelting
  • the ingot 2 is aligned during the remelting step 3 and and during the cleaning step 4 in the same orientation, this orientation here and preferably being the vertical orientation. In order to can be dispensed with a complicated handling of the ingot 2, which would be necessary for the change in orientation, without further notice.
  • the high-pressure liquid system 6 is claimed as such for carrying out the proposed method. Reference may be made to all statements on the proposed method which are suitable for describing the high-pressure liquid system 6.
  • the proposed high-pressure liquid jet system 6 has at least one high-pressure nozzle 9 for generating at least one high-pressure liquid jet 5, the arrangement being such that the at least one high-pressure liquid jet 5 is substantially perpendicular to the surface to be processed of the ingot 2 or the crucible is directed.
  • a motorized ingot positioning device 10 is preferably provided for the positioning of the ingot 2, wherein the ingot 2 is rotatable about its longitudinal axis 11 by means of the positioning device 10.
  • the ingot 2 is placed on two parallel, slightly spaced rollers 13, 14, wherein a roller 13 provides a friction drive for the ingot 2.
  • the longitudinal axis 11 of the ingot 2 is always aligned parallel to the longitudinal axes of the rollers 13, 14.
  • the clear distance between the two parallel rollers 13, 14 is always smaller than the diameter of the ingot 2.
  • a motorized nozzle positioning device 12 is provided in the above sense, as shown in FIG. 2 in a particularly easy to implement variant.
  • the at least one high-pressure nozzle 9 is arranged here in a nozzle housing 15 which is guided in a guide 16 parallel to the longitudinal axis 11 of the ingot 2 resting on the rollers 13, 14.
  • the nozzle housing 15 can be moved, for example via a belt drive in the longitudinal guide 16.
  • the direction of each emerging from the at least one high-pressure nozzle 9 high-pressure liquid jet 5 by means of the nozzle positioning device 12 can be adjusted by a motor.
  • the nozzle housing 15 is divided into two parts, the two housing parts are pivotable relative to each other and at least one corresponding pivot drive is provided for the motorized pivoting.
  • the at least one high-pressure nozzle 9 can also be adjusted in the direction of the high-pressure liquid jet 5 by means of the nozzle positioning device 12.
  • the high-pressure liquid system 6 in the course of the cleaning step 4 can serve both for the surface treatment of the ingot 2 and for the surface treatment of the crucible.
  • the ingot 2 is aligned during remelting and during surface treatment in the same orientation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen durch Schmelzen, wobei ein länglicher Ingot (2) bestehend aus einer Titanlegierung insbesondere zur Erhöhung der Legierungshomogenität in mindestens einem Umschmelzschritt (3) in mindestens einem Schmelztiegel umgeschmolzen wird. Es wird vorgeschlagen, dass in einem Reinigungsschritt (4) die Oberfläche des Ingots (2) und/oder die Oberfläche der Innenseite des Schmelztiegels vor mindestens einem Umschmelzschritt (3) mit mindestens einem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage (6), insbesondere einer Hochdruck- Wasserstrahlanlage (6), derart bearbeitet wird bzw. werden, dass jeweils eine Oberflächenschicht (7) des Ingots (2) selbst bzw. der Innenseite des Schmelztiegels selbst abgetragen wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage zur Durchführung des obigen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
Die meisten bekannten Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen gliedern sich in zwei hintereinander ablaufende Verfahrensabschnitte.
Der erste Verfahrensabschnitt dient der Erzeugung eines sogenannten Titan- schwammes. Dabei wird regelmäßig Titandioxid zusammen mit Chlor erhitzt und unter Verwendung von flüssigem Magnesium zu einem Titanschwamm aufbereitet. Dieser Verfahrensabschnitt ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung und wird daher nicht weiter diskutiert.
In einem nachfolgenden Verfahrensabschnitt wird der Titanschwamm, gegebenenfalls nach einem Pressschritt, mit Legierungsanteilen in einem vorbestimmten Mengenverhältnis zu einem sogenannten„Ingot" geschmolzen.
Bei dem bekannten Verfahren (DE 198 52 747 AI), von dem die Erfindung ausgeht, wird der Ingot zur Erhöhung der Legierungshomogenität in mindestens einem Umschmelzschritt in einem SchmeLztiegel umgeschmolzen.
Die EP 0 479 757 Bl zeigt ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen, wobei vor dem Umschmelzschritt eine Oberflächenbearbeitung bzw. -reinigung des Ingots vorgesehen ist.
Der Reinigung des Ingots vor dem Umschmelzschritt kommt für die Reduzierung von Verunreinigungen innerhalb der Titanlegierung sowie für die Legierungshomogenität besondere Bedeutung zu.
Es ist bekannt, dass die sich im Bereich der Oberfläche des Ingots ablagernden Verunreinigungen eine hohe mechanische Stabilität aufweisen. Daher hat es sich durchgesetzt, den Ingot vor einem Umschmelzschritt einer Drehbearbeitung zu unterziehen. Angesichts der Tatsache, dass die in Rede stehenden Ingots mehrere
BESTÄTIGUNGSKOPIE Meter lang und entsprechend von erheblichem Gewicht sind, stellt dies ganz besondere Anforderungen an die benötigte Drehmaschine. Ferner ist die für die Oberflächenbearbeitung benötigte Zeit beträchtlich und beträgt regelmäßig mehr als 10 Stunden. Eine Beschleunigung des Reinigungsschritts ist nur in begrenztem Maße möglich, da der Eingriff des Drehstahls mit der Oberfläche des Ingots zu einer Wärmeentwicklung führt, die durch Kühlmittel nur in entsprechend begrenztem Maße abgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, dass sowohl die Qualität als auch die Geschwindigkeit des Reinigungsschritts erhöht werden.
Das obige Problem wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich ist die Erkenntnis, dass in dem einem Umschmelzschritt vorgelagerten Reinigungsschritt eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage, insbesondere eine Hochdruck- Wasserstrahlanlage, Einsatz finden kann. Durch den guten Wärmeabtransport läßt sich die Geschwindigkeit der Reinigung beträchtlich erhöhen.
Es hat sich ferner in Versuchen gezeigt, dass sich durch die Verwendung eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls die Qualität der Reinigung steigern lässt. Dies liegt unter anderem daran, dass auch in die Titanlegierung eingebettete Verunreinigungen, die erst nach dem Abtrag einer Oberflächenschicht mittels des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl zu Tage treten, durch die Energie des Hochdruck- Flüssigkeitsstrahls aus der Titanlegierung herausgelöst werden.
Es ist weiter erkannt worden, dass alternativ oder zusätzlich ein Hochdruck- Flüssigkeitsstrahl genutzt werden kann, um die Innenseite des jeweiligen Schmelztiegels wie oben im Zusammenhang mit dem Ingot erläutert zu reinigen. Auch hier lässt sich der Abtrag einer metallischen Oberflächenschicht schnell bei hoher Reinigungsqualität realisieren.
Vorschlagsgemäß ist die Anordnung so getroffen, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl eine hinreichende Bewegungsenergie aufweist, um den Abtrag einer Oberflächenschicht des Ingots selbst und/oder der Innenseite des Schmelztiegels selbst bewirken zu können. Bevorzugte Auslegungen Merf r sind in Anspruch 2 angegeben.
Mit der Formulierung "des Ingots 2 selbst" bzw. "des Schmelztiegels selbst" soll klargestellt werden, dass hiermit der Abtrag einer Oberflächenschicht gemeint ist, die nicht auf Ablagerungen zurückgeht, sondern auf einen Abtrag des Ingot- materials bzw. des Schmelztiegelmaterials. Mit diesem Abtrag geht selbstredend auch der Abtrag von Ablagerungen einher.
Um die Ergebnisse während des Reinigungsschritts weiter zu optimieren, ist es gemäß Anspruch 5 vorgesehen, dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl ein Abrasiv- material wie Quarzsand oder dergleichen beizumischen. Dieser Quarzsand wird mit der übrigen Flüssigkeit auf einfache Weise weggespült.
Der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl wird weiter vorzugsweise gemäß Anspruch 6 in einer Variante auf die im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche des Ingots gerichtet. Dabei können gemäß Anspruch 7 unterschiedliche Winkel zwischen dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl und der jeweiligen Oberfläche vorteilhaft sein. In besonders bevorzugter Ausgestaltung steht der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl im Wesentlichen senkrecht auf der jeweiligen Oberfläche. Damit haben sich für den vorschlagsgemäßen Reinigungsschritt die besten Ergebnisse gezeigt.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 10, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Hochdruck-Flüssigkeits Strahlanlage zur Durchführung des obigen, vorschlagsgemäßen Verfahrens beansprucht.
Wesentlich ist, dass mindestens eine Hochdruckdüse zur Erzeugung des mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls vorgesehen ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl wie oben erläutert im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Ingots bzw. des Schmelztiegels gerichtet ist.
Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 11 und 12 betreffen die Realisierung von Positioniereinrichtungen, um den Vorschlags- gemäßen Reinigungsschritt auf besonders flexible und einfache Weise durchführen zu können.
In einer wirtschaftlich besonders interessanten Variante ist es gemäß Anspruch 13 vorgesehen, dass die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage im Rahmen des Reinigungsschritts sowohl der Oberflächenbearbeitung des Ingots als auch der Oberflächenbearbeitung des Schmelztiegels dient. Dadurch, dass sich die Bauraumanforderungen einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage im Bereich des zu reinigenden Objekts auf den für die mindestens eine Hochdruckdüse benötigten Bauraum reduzieren, lässt sich die vorgeschlagene Doppelnutzung der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage konstruktiv einfach umsetzen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm für das vorschlagsgemäße Verfahren,
Fig. 2 eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens in einer ganz schematischen Ansicht und
Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl- anlage gemäß Fig. 2 entlang der dortigen Schnittlinie III-III.
Das vorschlagsgemäße Verfahren dient der Herstellung von Titanrohlingen, die als Ausgangsmaterial für Produkte aus der Luftfahrtindustrie, der Medizintechnik, der Schmuck- und Uhrenindustrie oder dergleichen dienen kann. Der Titanrohling geht auf eine Titanlegierung zurück. Dabei handelt es sich regelmäßig um Titan- Aluminium-Legierungen.
In einem Ingot-Erzeugungsschritt 1 wird aus einem Titanschwamm zusammen mit Legierungsbestandteilen ein länglicher Ingot 2 geschmolzen, der im Ergebnis aus einer Titanlegierung besteht. Insbesondere zur Erhöhung der Legierungshomogenität, gegebenenfalls aber auch zur Integration weiterer Legierungsanteile, wird der Ingot 2 in mindestens einem Umschmelzschritt 3 in mindestens einem Schmelztiegel umgeschmolzen (Fig. 1). Wesentlich ist, dass die Oberfläche des Ingots 2 und/oder die Oberfläche der Innenseite des Schmelztiegels vor mindestens einem Umschmelzschritt 3 mit mindestens einem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage 6 derart bearbeitet wird bzw. werden, dass jeweils eine Oberflächen- schicht 7 des Ingots 2 selbst oder der Innenseite des Schmelztiegels selbst abgetragen wird.
Die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage 6 ist also so ausgelegt, dass sie wie oben erläutert nicht nur die auf dem Ingot 2 vorhandenen Ablagerungen 8 abträgt, sondern auch eine Oberflächenschicht 7 der Titanlegierung des Ingots 2 selbst. Das gleiche gilt für die Reinigung des Schmelztiegels. Der Reinigungsschritt 4 ist exemplarisch in Fig. 3 dargestellt. Dabei sind die abgetragenen Oberflächen- schichten 7, 8 im Sinne einer klaren Darstellung übertrieben dargestellt.
Bei der obigen Flüssigkeit kann es sich grundsätzlich um beliebige Flüssigkeiten mit geeigneter Viskosität handeln. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei der verwendeten Flüssigkeit um Wasser.
Um die obige Abtragsleistung zu garantieren, ist sicherzustellen, dass der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 mit entsprechender Bewegungsenergie beaufschlagt wird. In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird der Hochdruck-Flüssig- keitsstrahl 5 mit einem Volumenstrom in einem Bereich zwischen 10 1/min und 40 1/min betrieben.
Zur Erzeugung des mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 ist eine Hochdruckdüse 9 vorgesehen, wobei der Flüssigkeitsdruck an der mindestens einen Hochdruckdüse 9 in einem Bereich zwischen 500 bar und 6.000 bar liegt. Damit lassen sich die zum Abtragen der obigen Oberflächenschicht 7 erforderlichen Bewegungsenergien leicht erzeugen.
Während der Ingot 2 selbst wie erläutert aus einer Titanlegierung besteht, ist die Oberfläche der Innenseite des Schmelztiegels vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung ausgestaltet. Der vorschlagsgemäße Abtrag einer Oberflächenschicht der Innenseite des Schmelztiegels f hrt dazu, dass vom Schmelz- tiegel ausgehende Verunreinigungen des Ingots 2 beim Umschmelzen kaum mehr auftreten.
Je nach Ingot-Material ist ein unterschiedlicher Abtrag der jeweiligen Oberflächenschicht vorteilhaft. Ganz generell beträgt die Dicke der vom Ingot 2 abgetragenen Oberflächenschicht 7 mindestens etwa 0,01 mm. Vorzugsweise beträgt die maximale Dicke der vom Ingot 2 abgetragenen Oberflächenschicht 7 etwa 0,2 mm.
Die Dicke der vom Schmelztiegel abgetragenen Oberflächenschicht beträgt ebenfalls mindestens etwa 0,01 mm. Vorzugsweise bleibt die Dicke der vom Schmelztiegel abgetragenen Oberflächenschicht unter etwa 0,5 mm.
Um die Abtragleistung weiter zu erhöhen, ist dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 vorzugsweise ein Abrasiv-Material beigemischt, wobei es sich bei dem Abra- siv-Material in besonders bevorzugter Ausgestaltung um Quarzsand oder dergleichen handelt. Andere Abrasiv-Materialien sind hier anwendbar.
Der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 ist vorzugsweise auf die Oberfläche der Langseite des Ingots 2 gerichtet. Im Einzelnen ist der Ingot 2 hier im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet, wobei der mindestens eine Hochdruck- Flüssigkeitsstrahl 5 auf die im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche des Ingots 2 gerichtet ist.
In besonders bevorzugter Weiterbildung liegt der Winkel zwischen dem mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 und der jeweiligen Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels in einem Bereich zwischen etwa 30° und etwa 90°, vorzugsweise zwischen etwa 80° und etwa 90°.
Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel beträgt der Winkel zwischen dem mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 und der jeweiligen Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels etwa 90°. Der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 wird hier und vorzugsweise also im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Ingots 2 gerichtet. Das führt zu einer optimalen Abtragsleistung. Die gleiche Ausrichtung ist entsprechend vorteilhaft für die Reinigung des Schmelztiegels. Je nach Art der Verunreinigung des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels kann es vorteilhaft sein, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 zeitlich gepulst, also diskontinuierlich, auf die jeweilige Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels gerichtet wird. Hierbei können rechteckförmige, dreiecks- förmige o. dgl. Impulsformen Anwendung finden.
Es wurde schon darauf hingewiesen, dass mehrere Umschmelzschritte 3 gemäß Fig. 1 vorgesehen sein können. Dabei kann es gemäß Pfeil 3a in Fig. 1 vorgesehen sein, dass beim ersten Umschmelzschritt 3 auf den Reinigungsschritt 4 verzichtet wird. Denkbar ist auch, dass gemäß Pfeil 3b bei dem jeweils folgenden Umschmelzschritt 3 auf den Reinigungsschritt 4 verzichtet wird. Denkbar ist schließlich, dass einem Umschmelzschritt 3 stets ein Reinigungsschritt 4 vorgelagert ist, wie durch den Pfeil 3 c in Fig. 1 angedeutet ist.
Um die gesamte Oberfläche des Ingots 2 reinigen zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine motorische got-Positioniereinrichtung 10 für die Positionierung des Ingots 2 vorgesehen ist, wobei der Ingot 2 während des Reinigungsschritts 4 mittels der mgot-Positioniereinrichtung 10 um seine Längsachse 11 gedreht wird. Dies lässt sich einer Zusammenschau der Fig. 2 und 3 entnehmen.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist eine motorische Düsen-Positioniereinrichtung 12 für die Positionierung der mindestens einen Hochdruckdüse 9 vorgesehen, wobei die mindestens eine Hochdruckdüse 9 mittels der Düsen- Positioniereinrichtung 12 zumindest entlang der Längsachse 11 des Ingots 2 motorisch verfahren wird.
Bei geeigneter Ausgestaltung der Düsen-Positioniereinrichtung 12 ergibt sich sogar die Möglichkeit, dass die Richtung des jeweils aus der mindestens einen Hochdruckdüse 9 austretenden Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 mittels der Düsen-Positioniereinrichtung 12 motorisch einstellbar ist.
Der Begriff„motorisch" ist hier stets weit zu verstehen. Darunter sind alle Möglichkeiten der gesteuerten, selbsttätigen Verstellung zusammengefaßt. Hierzu gehören elektrische, hydraulische, pneumatische Verstellmöglichkeiten jeglicher Art.
Mit den obigen Positioniereinrichtungen 10, 12 ist es denkbar, dass Verunreinigungen im Ingot 2 bzw. im Schmelztiegel punktuell beseitigt werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage 6 mit einem Sensorsystem, insbesondere mit einem Kamerasystem, ausgestattet wird, mit dem Verunreinigungen punktuell erfasst und durch eine geeignete Ansteuerung der Positiomereinrichtungen 10, 12 punktuell beseitigt werden. Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der Anwendung eines Hochdruck- Wasserstrahls, nämlich die Möglichkeit, im Rahmen des Reinigungsschritts 4 vorbestimmte Oberflächenschichten des Ingots 2 punktuell abzutragen.
Im einzelnen ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Ingot 2 und/oder die mindestens eine Hochdruckdüse 9 in Abhängigkeit von den Sensordaten des obigen Sensorsystems derart positioniert wird bzw. werden, dass der Hochdruck- Flüssigkeitsstrahl 5 auf die eine sensorisch erfaßte Verunreinigung aufweisende Stelle des Ingots 2 gerichtet ist und dass anschließend mittels des Hochdruck- Flüssigkeitsstrahls 5 ein gezielter Oberflächenabtrag an dieser Stelle vorgenommen wird.
Üblicherweise erfolgt das Umschmelzen des Ingots 2 bei vertikal ausgerichtetem Ingot 2. Dies liegt daran, dass der Ingot 2 beim Umschmelzen regelmäßig als Elektrode im Rahmen eines VAR (Vacuum-Arc-Remelting)-Prozess eingesetzt wird, wobei die Titanlegierung entsprechend vom Ingot 2 in den Schmelztiegel abschmilzt.
Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel ist es vorgesehen, den Ingot 2 nach dem Umschmelzschritt 3 in seine horizontale Position zu bringen, um die Bewegung des Ingots 2 um seine Längsachse 11 leicht realisieren zu können.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es allerdings vorgesehen, dass der Ingot 2 während des Umschmelzschritts 3 und und während des Reinigungsschritts 4 in gleicher Orientierung ausgerichtet ist, wobei es sich bei dieser Ausrichtung hier und vorzugsweise um die vertikale Ausrichtung handelt. Damit kann auf eine aufwendige Handhabung des Ingots 2, die für dessen Orientierungsänderung erforderlich wäre, ohne weiteres verzichtet werden.
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird die Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens als solche beansprucht. Auf alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Verfahren, die geeignet sind, die Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 zu beschreiben, darf verwiesen werden.
Es wurde schon darauf hingewiesen, dass die vorschlagsgemäße Hochdruck- Flüssigkeitsstrahlanlage 6 mindestens eine Hochdruckdüse 9 zur Erzeugung mindestens eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 aufweist, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl 5 im Wesentlichen senkrecht auf die zu bearbeitende Oberfläche des Ingots 2 bzw. des Schmelztiegels gerichtet ist.
Es wurde ebenfalls bereits erläutert, dass vorzugsweise eine motorische Ingot- Positioniereinrichtung 10 für die Positionierung des Ingots 2 vorgesehen ist, wobei der Ingot 2 mittels der Positiomereinrichtung 10 um seine Längsachse 11 drehbar ist. Hierfür ist der Ingot 2 auf zwei parallel verlaufende, geringfügig voneinander beabstandete Rollen 13, 14 aufgelegt, wobei eine Rolle 13 einen Reibantrieb für den Ingot 2 bereitstellt.
Die Längsachse 11 des Ingots 2 ist stets parallel zu den Längsachsen der Rollen 13, 14 ausgerichtet. Der lichte Abstand zwischen den beiden parallelen Rollen 13, 14 ist stets kleiner als der Durchmesser des Ingots 2.
Vorzugsweise ist auch eine motorische Düsen-Positioniereinrichtung 12 in obigem Sinne vorgesehen, wie Fig. 2 in einer besonders einfach zu realisierenden Variante zeigt. Die mindestens eine Hochdruckdüse 9 ist hier in einem Düsengehäuse 15 angeordnet, das in einer Lä^gsführung 16 parallel zur Längsachse 11 des auf den Rollen 13, 14 aufliegenden Ingots 2 geführt ist. Das Düsengehäuse 15 lässt sich beispielsweise über einen Riemenantrieb in der Längsführung 16 verfahren. Weiter vorzugsweise läßt sich auch die Richtung des jeweils aus der mindestens einen Hochdruckdüse 9 austretenden Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 mittels der Düsen-Positioniereinrichtung 12 motorisch einstellen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass hierfür das Düsengehäuse 15 zweigeteilt ist, die beiden Gehäuseteile gegeneinander schwenkbar sind und für die motorische Schwenkbarkeit mindestens ein entsprechender Schwenkantrieb vorgesehen ist.
Schließlich ist es denkbar, dass die mindestens eine Hochdruckdüse 9 mittels der Düsen-Positioniereinrichtung 12 auch in Richtung des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 5 verstellbar ist.
Es wurde schon daraufhingewiesen, dass die Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 im Rahmen des Reinigungsschritts 4 sowohl der Oberflächenbearbeitung des Ingots 2 als auch der Oberflächenbearbeitung des Schmelztiegels dienen kann. Um auf eine entsprechende Umrüstung der Hochdruck-Flüssigkeitsanlage 6 verzichten zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass, wie ebenfalls bereits angesprochen, der Ingot 2 beim Umschmelzen und bei der Oberflächenbearbeitung in gleicher Orientierung ausgerichtet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Titanrohlingen durch Schmelzen, wobei ein länglicher Ingot (2) bestehend aus einer Titanlegierung insbesondere zur Erhöhung der Legierungshomogenität in mindestens einem Umschmelzschritt (3) in mindestens einem Schmelztiegel umgeschmolzen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Reinigungsschritt (4) die Oberfläche des Ingots (2) und/oder die Oberfläche der Innenseite des Schmelztiegels vor mindestens einem Umschmelzschritt (3) mit mindestens einem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) einer Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage (6), insbesondere einer Hochdruck- Wasserstrahlanlage (6), derart bearbeitet wird bzw. werden, dass jeweils eine Oberflächenschicht (7) des Ingots (2) selbst bzw. der Innenseite des Schmelztiegels selbst abgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) mit einem Volumenstrom in einem Bereich zwischen 10 1/min und 40 1/min betrieben wird, und/oder, dass mindestens eine Hochdruckdüse (9) zur Erzeugung des mindestens einen Hochdruck- Flüssigkeitsstrahls (5) vorgesehen ist und dass der Flüssigkeitsdruck an der mindestens einen Hochdruckdüse (9) in einem Bereich zwischen 500 bar und 6000 bar liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der vom Ingot (2) selbst abgetragenen Oberflächenschicht (7) mindestens etwa 0,01mm beträgt, vorzugsweise, dass die Dicke der vom Ingot (2) selbst abgetragenen Oberflächenschicht (7) in einem Bereich zwischen etwa 0,01mm und etwa 0,2mm liegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der vom Schmelztiegel selbst abgetragenen Oberflächenschicht mindestens etwa 0,01mm beträgt, vorzugsweise, dass Dicke der vom Schmelztiegel selbst abgetragenen Oberflächenschicht in einem Bereich zwischen etwa 0,01mm und etwa 0,5mm liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) ein Abrasivmaterial beigemischt wird, vorzugsweise, dass das Abrasivmaterial Quarzsand o. dgl. ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) auf die Oberfläche der Langseite des Ingots (2) gerichtet ist, vorzugsweise, dass der Ingot (2) im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist und dass der mindestens eine Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) auf die im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche des Ingots (2) gerichtet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen dem mindestens einen Hochdruck- Flüssigkeitsstrahl (5) und der jeweiligen Oberfläche des Ingots (2) bzw. des Schmelztiegels in einem Bereich zwischen etwa 30° und etwa 90°, vorzugsweise zwischen etwa 80° und etwa 90° liegt, weiter vorzugsweise, dass der Winkel zwischen dem mindestens einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) und der jeweiligen Oberfläche des Ingots (2) bzw. des Schmelztiegels etwa 90° beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine motorische Positioniereinrichtung (10, 12) für die Positionierung des Ingots (2) und/oder der mindestens einen Hochdruckdüse (9) vorgesehen ist, dass ein Sensorsystem zur Erfassung von Verunreinigungen am Ingot (2) vorgesehen ist und dass der Ingot (2) und/oder die mindestens eine Hochdruckdüse (9) in Abhängigkeit von den Sensordaten des Sensorsystems derart positioniert wird bzw. werden, dass der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (5) auf die eine sensorisch erfaßte Verunreinigung aufweisende Stelle des Ingots (2) gerichtet ist und dass anschließend mittels des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (5) ein gezielter Oberflächenabtrag an dieser Stelle vorgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ingot (2) während des Umschmelzschritts (3) und während des Reinigungsschritts (4) in gleicher Orientierung ausgerichtet ist, vorzugsweise, dass der Ingot (2) sowohl während des Umschmelzschritts (3) als auch während des Reinigungsschritts (4) vertikal ausgerichtet ist.
10. Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Hochdruckdüse (9) zur Erzeugung mindestens eines Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (5) vorgesehen ist und dass die Anordnung so getroffen ist, dass während des Reinigungsschritts (4) der mindestens eine Hochdruck- Flüssigkeitsstrahl (5) im Wesentlichen senkrecht auf die zu bearbeitende Oberfläche des Ingots (2) bzw. des Schmelztiegels gerichtet ist.
11. Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine motorische Ingot-Positioniereinrichtung (10) für die Positionierung des Ingots (2) vorgesehen ist und dass der Ingot (2) mittels der Positioniereinrichtung (10) um seine Längsachse (11) drehbar ist.
12. Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine motorische Düsen-Positioniereinrichtung (12) für die Positionierung der mindestens einen Hochdruckdüse (9) vorgesehen ist und dass die mindestens eine Hochdruckdüse (9) mittels der Düsen-Positioniereinrichtung (12) zumindest entlang der Längsachse (11) des Ingots (2) motorisch verfahrbar ist, vorzugsweise, dass die Richtung des jeweils aus der mindestens einen Hochdruckdüse (9) austretenden Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (5) mittels der Düsen- Positioniereinrichtung (12) motorisch einstellbar ist, und/oder, dass die mindestens eine Hochdruckdüse (9) mittels der Düsen-Positioniereinrichtung (12) in Richtung des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (5) verstellbar ist.
13. Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlanlage (6) im Rahmen des Reinigungsschritts (4) sowohl der Oberflächenbearbeitung des Ingots (2) als auch der Oberflächenbearbeitung des Schmelztiegels dient.
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