Vakuuminduktionsofen

Abstract

 Der Vakuuminduktionsofen enthält einen Tiegel (1), dessen Seitenwände durch elektrisch gegeneinander isolierte, ge­kühlte Metallsegmente (2) gebildet ist. Der Tiegel (1) ist in einem Mantel (3) aus nichtleitendem Material unter­gebracht und von einem Induktor (8) umschlossen. Ferner ist der Tiegel (1) hin- und herbeweglich im Induktor (8) angeordnet. Die Induktorelemente sind in einem hohlzylin­drischen Ansatz (10) aus nichtleitendem Material unterge­bracht, der hermetisch dicht mit einem oberen Deckel (13) verbunden ist. Am Deckel (13) sind Einrichtungen (16) zur Führung und Überwachung des Schmelzvorgangs angeordnet. Mit dem Mantel (3) des Tiegels (1) ist ein unterer Deckel (4) mit einem darauf befestigten gekühlten Gespann (5) hermetisch verbunden. Dies gestattet es, den Tiegel (1) mit dem Gespann (5) nach Beendigung des Schmelzvorgangs gegen einen neuen schnell auszuwechseln. Die Herausnahme des Barrens aus dem Tiegel (1) und das Putzen des Gespanns (5) von den Krusten und Schrottrückständen erfolgen außer­halb des Ofens. Dies steigert die Ofenleistung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Vakuuminduktionsofen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Bei bekannten Vakuuminduktionsöfen zum Schmelzen und Um­schmelzen von Sonderstählen und Präzisionslegierungen bereitet die Entnahme eines fertigen Barrens aus der Va­kuumkammer erhebliche Schwierigkeiten und verlangt ein Stillsetzen des Ofens.

[0002] Aus der SU-A 1 032 868 ist ein Vakuuminduktionsofen bekannt, dessen hohlzylindrischer Tiegel aus elektrisch gegeneinan­der isolierten, in einem Mantel aus nichtleitendem Material eingeschlossenen gekühlten Wandsegmenten zusammengebaut und von einem Induktor umgeben ist. Am oberen Ende des Tiegels ist ein Deckel abgedichtet montiert, an dem Ein­richtungen zur Führung und Überwachung des Schmelzvorgangs angeordnet sind. Am unteren Endteil des Tiegels ist ein unter er Deckel mit einem gekühlten Metallgespann zur Hal­terung der Schmelze befestigt. Die Schmelzleistung dieses Vakuuminduktionsofens ist relativ gering, weil das geschmol­zene Metall bis zur vollständigen Auskristallisation im Tiegel verbleibt, worauf der Ofen geöffnet und der Tiegel mit dem Barren aus der Kammer herausgezogen werden muß. Demzufolge beansprucht der Austausch eines verschlissenen Tiegels eine erhebliche Zeit.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für die Durch­führung der mit der Ofenbedienung zusammenhängenden Vorbe­reitungsarbeiten benötigte Zeit zwischen den Metallschmelz­vorgängen zu reduzieren und damit die Durchsatzleistung des Vakuuminduktionsofens zu steigern.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Vakuuminduktionsofen, der einen Tiegel, dessen Sei­tenfläche durch elektrisch gegeneinander isolierte, in einem Mantel aus nichtleitendem Material eingeschlossene gekühlte Metallsektionen gebildet ist, einen den Tiegel umschließenden Induktor, einen oberen Deckel mit daran angeordneten Fertigungseinrichtungen zur Durchführung und Überwachung des Metallschmelzvorgangs und einen mit dem Tiegel verbundenen unteren Deckel mit einem darauf befestig­ten gekühlten Metallgespann enthält, der Tiegel mit der Möglichkeit einer hin- uns hergehenden Senkrechtbewegung bezüglich des in einer mit dem oberen Deckel und dem Mantel des Tiegels hermetisch verbundenen Hülle aus nichtleiten­dem Material untergebrachten Induktors angeordnet ist.

[0005] Die Erfindung gestattet es, mehrere Tiegel mit den daran befestigten Gespannen zu verwenden und sie in den Induktor mit Hilfe eines Mechanismus für eine hin- und hergehende Senkrechtbewegung einzusetzen. Dies gibt die Möglichkeit, das Gespann von Krusten und Schrottrückständen zu putzen und einen Barren aus dem Tiegel außerhalb des Ofens heraus­zunehmen sowie den Tiegel nach Abschluß des Metallschmelz­vorgangs schnell gegen einen neuen auszuwechseln, wodurch die Zeit zwischen den Schmelzvorgängen verkürzt wird. Außer­dem kann der erfindungsgemäße Ofen in automatischen Takt­straßen zum Metallschmelzen und -gießen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der ein Vakuuminduktionsofen im Längs­schnitt dargestellt ist.

[0006] Der dargestellte Vakuuminduktionsofen enthält einen Tiegel 1, dessen Seitenwände aus elektrisch gegeneinander iso­lierten, in einem Mantel 3 aus nichtleitendem Material, z. B. aus einer Glasfaserkomposition, eingeschlossenen metallischen, vorzugsweise kupfernen Segmenten 2 mit Kühl­leitungen gebildet ist. Im unteren Teil des Tiegels 1 ist ein Deckel 4 angeordnet, auf dem ein gekühltes Metallge­spann 5 befestigt ist, das mittels einer Dichtung 6 mit dem Mantel 3 des Tiegels 1 hermetisch verbunden ist. Im oberen Teil des Tiegels 1 ist ein Einführungskonus 7 ausge­bildet, um die Einführung des Tiegels 1 in den Wirkraum eines Induktors 8 mit Hilfe eines Mechanismus 9 für eine hin- und hergehende Vertikalbewegung zu erleichtern. Der Induktor 8 ist in einer Hülle 10 aus nichtleitendem Ma­terial untergebracht, die einen Radialflansch 11 mit einer Dichtung 12 zur hermetisch dichten Verbindung mit einem oberen Deckel 13 aufweist. Im unteren Teil der Hülle 10 ist in ihrer Innenwand eine Ringnut ausgebildet, in der zur hermetischen Abdichtung der Hülle 10 gegen den Tiegel­mantel 3 eine Vakuumdichtung 14, z. B. eine Manschetten­dichtung oder eine Packungsstopfbuchse, eingelassen ist, die auf einem Andrückring 15 abgestützt ist. Am oberen Deckel 13 sind Stutzen 16 zur Montage von Einrichtungen zur Führung und Überwachung des Schmelzvorgangs, z. B. ein Dosiergerät, Thermopaare, Brecheisen zum Stauchen des Beschickungsguts und zum Durchschlagen von Brücken, Be­obachtungsgeräte angeordnet. Die elektrischen Heizelemente des Induktors 10 sind in einem hohlzylindrischen Ansatz an der Bodenplatte 11 des oberen Deckels 3 eingebettet, wobei am hohlzylindrischen Ansatz ein Tragring 15 zur Halte­rung der Ringdichtung 14 angeordnet ist. Zum zonenweisen Schmelzen ist die Höhe des vertikal bewegbaren Tiegels 1 wesentlich größer als die Höhe des Induktors 10. Der als doppelwandiger Stutzen ausgeführte Tiegel ist mit seinem oberen konischen Ende 7 in den hermetisch abgedichteten Innenraum des Deckels 3 einschiebbar.

[0007] Die Arbeit des Vakuuminduktionsofens ist folgede:

[0008] In den gekühlten Metalltiegel 1 wird ein Beschickungsgut eingesetzt, worauf er mit seinem Einführungskonus 7 durch den Mechanismus 9 in die Vakuumringdichtung 14 eingeführt wird. Nach einer Prüfung der Dichtheit und der richtigen Montage wird der Tiegel 1 in die obere Endstellung gebracht und evakuiert. Durch Anlegen einer Spannung an den Induk­tor 8 wird mit dem Beheizen und dem Aufschmelzen des Be­schickungsguts begonnen. In dem Maße der Schmelzung des Beschickungsguts wird der Tiegel 1 gemäß der Schmelzfüh­ rung abgesenkt gelassen. Nach dem Einsatz von Zusatzmitteln und/oder zusätzlichen Chargen an Beschickungsgut wird die erzeugte Schmelze raffiniert, und bei abgeschaltetem In­duktor 8 sowie gekühltem Tiegel auskristallisiert. Falls nötig, wird der erhaltene Barren einem Zonenschmelzen durch Verschiebung des Tiegels 1 bezüglich des Induktors 8 mit einer nach der Technologie erforderlichen Geschwindigkeit erneut unterzogen. Sobald sich auf der Schmelze eine Kruste gebildet hat, wird der Unterdruck im Ofen aufgehoben, ohne ein vollständiges Erstarren des Barrens abzuwarten. Um die Kristallisation der Schmelze zu Ende zu führen, wird der Tiegel 1 aus dem Arbeitsraum des Induktors 8 herausge­führt und zur Seite geschoben. An seine Stelle wird ein neuer Tiegel 1 eingeführt, der für einen nächstfolgenden Schmelzvorgang im voraus bereitgestellt worden ist. Während des Schmelzvorgangs im zweiten Tiegel 1 wird aus dem ersten der Barren herausgezogen, und der Tiegel 1 mit dem Gespann 5 werden auf den nächstfolgenden Schmelzvorgang vorberei­tet.

[0009] Beim erfindungsgemäßen Vakuuminduktionsofen ist die Lei­stung durch Anwendung von austauschbaren Tiegeln 1 wesent­lich gesteigert, was die Fertigungszeit zwischen den Schmelzvorgängen verringert. Wesentlich vereinfacht ist auch der Arbeitsgang zur Herausnahme des fertigen Barrens und zum Putzen des Gespanns 5 von den Krusten und Schrott­rückständen.

[0010] Die Erfindung kann zum Schmelzen von hochschmelzenden, chemisch wirksamen Metallen in gekühlten Metalltiegeln sowie auch für ein Zonenschmelzen von Metallbarren zwecks ihrer Reinigung von nichtmetallischen und Gaseinschlüssen, für ein Vakuumglühen von Graphiterzeugnissen bei Tempera­turen von ca. 3000 °K sowie zur Herstellung von Verbundwerk­stoffen verwendet werden.

Ansprüche

1. Vakuuminduktionsofen, bestehend
aus einem hohlen Tiegel (1), dessen Seitenwände von elektrisch gegeneinander isolierten, in einem Mantel (3) aus nichtleitendem Material eingeschlossenen gekühl­ten Metallsegmenten (2) gebildet ist,
aus einem den Tiegel (1) umgebenden Induktor (8),
aus einem oberen Deckel (13) mit daran angeordneten Ein­richtungen zur Führung und Überwachung des Schmelzvor­gangs und
aus einem am Tiegel (1) befestigten unteren Deckel (4) mit einem darauf angeordneten gekühlten Metallgespann (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Tiegel (1) axial bewegbar im Induktor (10) ange­ordnet und durch eine Gleitdichtung (14) gegen diesen abgedichtet ist.

2. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Heizelemente des Induktors in einem hohlzylindrischen Ansatz an der Bodenplatte (11) des oberen Deckels (3) eingebettet sind.

3. Vakuuminduktionsofen nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß am hohlzylindrischen Ansatz ein Tragring (15) zur Halterung der Ringdichtung (14) angeordnet ist.

4. Vakuuminduktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum zonenweisen Schmelzen die Höhe des vertikal bewegbaren Tiegels (1) wesentlich größer als die Höhe des Induktors (10) ist.

5. Vakuuminduktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der als doppelwandiger Stutzen ausgeführte Tiegel (1) mit seinem oberen konischen Ende (7) in den herme­tisch abgedichteten Innenraum des Deckels einschiebbar ist.

6. Vakuuminduktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß am unteren Gespann (4) des Tiegels (1) ein Heb- und Senk-Mechanismus mit einem Antrieb (9) angreift.

Zeichnung