DE2038442B1 - Tiegelzustellung fuer vakuuminduktions-schmelzoefen - Google Patents

Description

c) eine Schicht aus oxydischer Masse, z. B. MgO, ZrO₂, die mit dem Kalk kein niedrigschmelzendes Eutektikum bildet und zwischen die Schich-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tiegelzustel- ten eingestampft ist,

lung für Vakuuminduktions-Schmelzöfen aus einer 55

gemauerten Schicht aus feuerfestem Material, zwi- wobei die Dicken der einzelnen Schichten so aufeinschen der und der um den Tiegel herum angeord- ander abgestimmt sind, daß die aus Stampfmasse neten, mit einer feuerfesten Isolierschicht umkleideten bestehende Zwischenschicht in an sich bekannter Induktionsspule eine elastische, einen Schutz gegen Weise nur zum Teil gesintert ist.
Stahldurchbräche bildende Schicht aus Tiegelstampf- 6° Ähnlich aufgebaute Tiegelzustellungen sind bemasse vorgesehen ist. kannt, der angestrebte Erfolg wird jedoch nur er-

AIs Zustellung für metallurgische Öfen, insbeson- reicht, wenn die Tiegelzustellung in der erfindungsdere Schmelzöfen für die Erzeugung hochlegierter gemäß beanspruchten Weise in der angegebenen Stähle und Nichteisen-Metallegierungen ist Schmelz- Schichtung hergestellt wird. Im Rahmen der vorkalk als Stampfmasse oder in Steinform bekannt. 65 liegenden Erfindung wird also nur Schutz begehrt für Die bekannte Zustellung (deutsche Auslegeschrift die Kombination der einzeln an sich bekannten 460) wird durch Schmelzen von in üblicher Merkmale. So waren eine Innenauskleidung eines Weise gebranntem Kalk, der nach erfolgtem Erkal- Tiegels aus Schmelzkalksteinen [Merkmal a) der er-

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findungsgemäßen Tiegelzustellung] aus der eingangs durch die Steinfugen hindurchdringende flüssige schon zitierten deutschen Auslegeschrift 1168 460, Metall aufhalten soll, zu verhindern,
eine wärmeisolierende, die Innenfläche der Indulc- Um die Gleitung beim Wachsen oder Schrumpfen tionsheizspule bedeckende (Asbest-) Schicht [Merk- der Tiegelzustellung während des Betriebes noch zu mal b)] aus »Gießerei-Praxis«, 1963, S. 436, und aus 5 verbessern, kann gemäß einer vorteilhaften Ausderselben Vorveröffentlichung eine Stampfmassen- gestaltung der erfindungsgemäßen Tiegelzustellung schicht zwischen einer Steinschicht und der wärme- zwischen der die Innenfläche der Heizspule bedekisolierenden Schicht [Merkmal c)] bekannt. Außer- kenden keramischen Schicht und der gestampften dem war aus »Gießerei«, 1956, S. 42, bekannt, eine Schicht eine Glasseidenmatte angeordnet sein. Die Stampfmassenschicht nur zum Teil durchsintern zu io Glasseidenmatte hat einmal die Wirkung einer Trennlassen. Es fehlte für den Fachmann jedoch jeder Hin- schicht zwischen der keramischen und der gestampfweis, wie eine aus bekannten Einzelmerkmalen zu- ten Schicht und bietet der nichtgesinterten Lage der sammengesetzte Tiegelzustellung aufgebaut sein Stampfmassenschicht beim Wachsen oder Schrumpmußte, um sich als Auskleidung für Vakuuminduk- fen der Tiegelzustellung eine gute Gleitfläche.
tions-Schmelzöfen zu eignen. Zu der angegebenen 15 Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, den Lösung konnte man erst auf Grund erfinderischer Boden des Tiegels aus einer äußeren Lage aus oxyd-Überlegungen gelangen, denn es boten sich noch keramischen feuerfesten Sternen und einer darauf sehr viele andere Lösungen, ohne daß von vornherein gesetzten Lage aus Schmelzkalk als Stampfmasse die Aussicht auf Erfolg abzuschätzen gewesen wäre. oder in Steinform herzustellen.

Die Tiegelzustellung für Vakuuminduktions- 20 In der Zeichnung ist der Aufbau der erfindungs-Schmelzöfen gemäß der Erfindung besteht also im gemäßen Tiegelzustellung für Vakuuminduktionswesentlichen aus drei Schichten innerhalb der In- Schmelzofen schematisch dargestellt. Die Zeichnung duktions-Heizspule, deren Windungen wegen der stellt einen Längsschnitt durch einen Teil des Ofens hohen elektrischen Spannung, wie sie bei großen dar.

Öfen benötigt wird, stark isoliert sein müssen. 25 Die Innenfläche der elektrischen Heizspule 1, Die Schichten sind von außen nach innen eine deren Windungen 2 mit einer elektrischen Isoliekeramische, vorzugsweise eine plastisch-keramische rung 3 ummantelt sind, ist durch eine Schicht 4 aus Schicht, die gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung einer plastischen keramischen Masse oder Steinen der Erfindung auch aus gemauerten Steinen aus bedeckt. Auf die Innenfläche der keramischen Schmelzoxyden bestehen kann, dann eine Schicht 3° Schicht 4 wird bevorzugt eine Glasseidenmatte 5 geaus oxydischer Stampfmasse und schließlich eine die legt. Der Boden des Tiegels wird vorzugsweise aus Innenauskleidung des Tiegels bildende gemauerte Steinen 6 hergestellt. Auf den Tiegelboden werden Schicht aus gesinterten Schmelzkalksteinen. Die die die Innenauskleidung des Tiegels bildenden äußerste, die Innenfläche der Induktions-Heizspule Steine 7 aus gesintertem Schmelzkalk aufgemauert, bedeckende keramische Schicht soll einmal die Spule 35 Zwischen die Kalksteinschicht 7 und die Glasseidenvor Schmelzdurchbrüchen schützen und außerdem matte5 wird eine oxydkeramische Schichte eingeeine definierte Wärmeisolierung bewirken, was im stampft. Die innere Lage 9 dieser Stampfmassen-Gegensatz zum offenen Induktionsofen steht, bei schicht 8, die an die Kalksteinschicht 7 angrenzt, wird dem eine maximale Wärmeabfuhr bis zur Spule an- durch die während der Erschmelzung einer Charge gestrebt wird. Die Wärmeisolierung durch die äußere 40 von innen nach außen durch die Tiegelauskleidung Schicht hat den Zweck, einen Stau der vom Innern dringende Wärme gesintert, während die äußere Lage des Tiegels nach außen dringenden Wärme hervor- der Stampfmassenschicht 8 nicht gesintert wird. Dazurufen, damit der Teil der Stampfmassenschicht durch wird eine Gleitung beim Wachsen oder sintert, der an die Kalksteinschicht angrenzt. Die Schrumpfen des Tiegels während des Betriebs mögaus Schmelzoxyden bestehende Stampfmassenschicht 45 Hch. Bestünde die Tiegelauskleidung aus vollständig soll aber nicht vollständig durchsintern. durchgesintertem Material, würde die Tiegelausklei-Erfindungsgemäß müssen daher die Dicken der dung beim Wachsen oder Schrumpfen reißen und einzelnen Schichten genau aufeinander abgestimmt das schmelzflüssige Material könnte von innen nach sein, damit die innere Lage der Stampfmassenschicht außen durch das Tiegelfutter fließen,
sintert, die äußere Lage jedoch nicht. Hierzu darf 5° Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen bei der die die Heizspule bedeckende keramische Schicht Zustellung eines Tiegels für Vakuum-Induktionsnicht zu dick sein, damit der Wärmestau, der eine öfen mit einer Innenauskleidung aus gesintertem Durchsinterung der Stampfmassenschicht begünsti- Schmelzkalk ist die Erschmelzung hochlegierter gen würde, nicht zu groß wird. Sie muß aber dick Stähle und Legierungen im Vakuum bei guter Standgenug sein, um ein Sintern der inneren Lage der 55 zeit der Zustellung ermöglicht worden. Die teils sehr Stampfmassenschicht zuzulassen. Die Dicke der sauerstoffaffinen hochlegierten Stähle und Legierun-Kalksteinschicht, die gute Wärmeisolierungseigen- gen, wie z. B. die martensitaushärtenden hochfesten schäften besitzt, muß so gewählt werden, daß erne Stähle und Superlegierungen auf Nickel- und Kobalt-Sinterung der an sie angrenzenden inneren Lage der basis können erschmolzen werden, ohne daß wie bei Stampfmassenschicht erfolgt. Die Dicke der Stampf- 60 den herkömmlichen Tiegelwerkstoffen eine Redukmassenschicht muß groß genug sein, um eine voll- tion des Tiegelmaterials erfolgt, die sowohl zu einer ständige Durchsinterung bei dem vorhandenen Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in der Wärmegefälle zu verhindern. Die nur teilweise Sin- Schmelze als auch zu einer Erhöhung der Konzenterung der Stampfmassenschicht hat den Zweck, tration an durch die Reduktion freiwerdendem Metall beim Wachsen des Tiegels während des Betriebs 65 führen würde. Außerdem kann eine Verschlackung eine Gleitung der Zustellung im Bereich der nicht - »■ der sehr sauerstoffaffinen Legierungs- und Feinungsgesinterten Lage der Stampfmassenschicht zu ermög- elemente Zirkon, Titan, Aluminium, Beryllium, Niob, liehen und ein Aufreißen der Sinterschicht, die das Tantal, Bor und die Seltenen Erden, die zum Teil

auch zur Abbindung und Neutralisierung von nichtmetallischen Verunreinigungen und von Spurenelementen dienen, im mit Schmelzkalk zugestellten Vakuum-Schmelzofen wirkungsvoller verhindert werden, als dies in Tiegeln aus herkömmlichen Stampfmassen mit höheren Sauerstoffparüaldrucken der Fall ist.

Da keine Gefahr der Reduktion der Kalkzustellung besteht, kann das Vakuum zu Druckbereichen bis 10~⁴ Torr verbessert werden, wodurch eine wesentlich intensivere und schnellere Entgasung sowie Abdampfung der Spurenelemente und Erniedrigung des (C · (^-Gleichgewichts erreicht werden kann. Als Folge ergeben sich kürzere Sclxmelzzeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 ten durch Brechen, Körnen oder Mahlen zerkleinert Patentansprüche: wird, hergestellt. Aus der deutschen Auslegeschrift 1179 963 ist es weiterhin bekannt, den Kalk mit

1. Tiegelzustellung für Vakuuminduktions- einer Reinheit von mindestens 98 % für Zwecke einSchmelzöfen aus einer gemauerten Schicht aus 5 zusetzen, bei denen es auf eine hohe Hydrationsfeuerfestem Material, zwischen der und der um beständigkeit ankommt. Nach der deutschen Auslegeden Tiegel herum angeordneten, mit einer feuer- schrift 1210 904 kann der Schmelzkalk auch noch festen Isolierschicht umkleideten Induktionsspule mit Zirkonoxyd und gemäß deutscher Auslegeschrift eine elastische, einen Schutz gegen Stahldurch- 1213 450 mit Magnesit in bestimmter Menge verbräche bildende Schicht aus Tiegelstampfmasse io setzt sein.

vorgesehen ist, gekennzeichnet durch Die bekannten Tiegelzustellungen aus Schmelzfolgenden Aufbau: kalk bringen auf Grund des außerordentlich nied-

. . _T .... ,_> , _. , rigen Sauerstoffpartialdrucks des Kalks auch erheb-

a) eine Innenauskleidung (7) des Tiegels aus _{üche Vortdle f}£_{r ώβ Erschmelzung von ho}chlegiergemauerten Steinen aus gesintertem Schmelz- _{1JS ten Stm&n xmd Legierungeil} ^_n Vakuum. Bereits in ^ka[k' der deutschen Auslegeschrift 1168 460 (Spalte 3,

b) eine wärmeisolierende und vor Schmelz- Zeilen 3 bis 5) wurde daher die Zustellung von Tiedurchbrüchen schützende keramische, vor- gehl für Erschmelzungen unter Vakuum mit Schmelzzugsweise plastisch-keramische, die Innen- kalk vorgeschlagen.

fläche der Induktionsheizspule (1) bedek- 20 Aus »Gießerei-Praxis«, 1963, S. 436, war eine

kende Schicht (4) und Tiegelzustellung für einen offenen Induktionsofen

c) eine Schicht (8) aus oxydischer Masse, z. B. £^ek.^annt> ^b« der zwischen einem Ringmauerwerk aus | MgO, ZrO₂, die mit dem Kalk kein niedrig- ^fifV ^feueriesten f^emen _T "f* ^der ** ^emer schmelzendes Eutektikum bildet und zwi- Asbestisoherung versehenen^ Induktionsspule erne sehen die Schichten (4) und (7) einge- ²⁵ ^tische als Sicherheitsfutter gegen Stahldurchstamoftist => bruche dienende, trocken eingebrachte basische

' Tiegel-Stampfmasse vorgesehen war.

wobei die Dicken der einzelnen Schichten (4,7,8) Bei dem Versuch, Tiegel von Vakuumöfen mit

so aufeinander abgestimmt sind, daß die aus Steinen aus Schmelzkalk zuzustellen, ergaben sich

Stampfmasse bestehende Zwischenschicht (8) in 30 jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten, die nicht

an sich bekannter Weise nur zum Teil gesin- ohne weiteres überwunden werden konnten. Die zu-

tertist. gestellten Tiegel von Vakuumöfen hatten keine ge-

2. Tiegelzustellung nach Anspruch 1, dadurch nügende Standzeit, weil die Schmelze durch die Spalgekennzeichnet, daß die die Innenfläche der Heiz- ten der Tiegelauskleidung nach außen laufen konnte spule (1) bedeckende Schicht (4) aus gemauerten 35 und zur Zerstörung der Induktionsspule führte. Auf-Steinen aus Schmelzoxyden besteht, gäbe der vorliegenden Erfindung war die Verbesse-

3. Tiegelzustellung nach einem der An- rung der Haltbarkeit der Tiegelzustellung mit Steinen spräche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus Schmelzkalk für Vakuuminduktions-Schmelzzwischen der die Innenfläche der Heizspule (1) öfen.

bedeckenden keramischen Schicht (4) und der 40 Dazu waren mehrere Maßnahmen notwendig. Die

gestampften Schicht (8) eine Glasseidenmatte (5) Lösung der geschilderten Aufgabe besteht nun erfin-

angeordnet ist. dungsgemäß in folgendem Aufbau für die Tiegel-

4. Tiegelzustellung nach einem der An- zustellung für Vakuuminduktions-Schmelzöfen: M spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß _X

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einer daraufgesetzten Lage (7) aus Schmelzkalk b) eine wärmeisolierende und vor Schmelzdurchals Stampfmasse oder in Steinform besteht. brächen schützende keramische, vorzugsweise

plastisch-keramische, die Innenfläche der Induk-50 tionsheizspule bedeckende Schicht und