DE1039200B - Vorrichtung zum Schmelzen und Giessen von Metallen unter Vakuum - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen unter Vakuum

Anmelder:

National Research Corporation,
Cambridge, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen unter Vakuum mit einem im Vakuumbehälter angeordneten, elektrisch beheizten Schmelztiegel, der von der Außenseite des Behälters her um eine waagerechte Achse kippbar ist und im Bereich einer aufrecht am Kessel untergebrachten evakuierten Gießkammer und einer von außerhalb betätigten und ebenfalls evakuierten Beschickungsvorrichtung angeordnet ist.

Es ist bei derartigen Vorrichtungen bekannt, das
Schmelzen und Gießen unter Luftabschluß im Hochvakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vorzu-

nehmen. Es wurde dabei so vorgegangen, daß der Vakuumeinsatzofen für jede Charge von neuem evakuiert werden mußte, da nach dem Schmelzen der ein-

gebrachten Charge beim Ausbringen des Gutes Luft ■

einbrach. Abgesehen davon war dieser absatzweise «

Betrieb zeitraubend; ferner wurde der heiße Schmelztiegel, der noch Metallrückstände enthielt, zwischen Vorganges auszuwechseln und bereits während des den Beschickungen, der Luft und damit einer etwaigen 20 Schmelzvorganges und Gießens der Beschickungsvor-Oxydation ausgesetzt, und im Schmelztiegel entstan- richtung neues Schmelzmaterial zuzuführen, den thermische Spannungen, die eine Rißbildung for- Der Ofen kann mit Granalien, Flocken, Luppen,

derten und die Lebensdauer des Tiegels verkürzten. Schrot, Pulver, Masseln oder verschiedenen Arten von

Diese Nachteile können dadurch beseitigt werden, Schrott beschickt werden und liefert Barren oder Gußdaß man den Schmelztiegel während der Beschickung, 25 stücke, ohne daß man den Ofenraum belüften muß. Es des Schmelzens und Gießens ständig unter Vakuum wird eine für eine gegebene Schmelztiegelkapazität hält. Man hat bei der Metallisierung von Gegenstän- und einen bestimmten Kraftverbrauch sehr hohe Ausden im Hochvakuum vorgeschlagen, die Gegenstände Stoßgeschwindigkeit erreicht. Der Ofen kann für die in einen unter Atmosphärendruck stehenden Schleusen- Herstellung von bestimmten Gußstücken wie auch zur raum einzubringen, der von zwei in einem Zylinder 30 Herstellung von Gußblöcken verwendet werden. Die angeordneten Kolben gebildet wird. Der Schleusen- erfmdungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Herstelraum wird im Zylinder nach einer Hochvakuumstelle lung von Metallen mit hohen Reinheitsgraden bei geverschoben, in welcher die Metallisierung erfolgt. Die- ringem Kostenaufwand.

ses Schleusenp'rinzip läßt sich aber nicht auf einen Zum besseren Verständnis der Erfindung wird die

Vakuumofen übertragen, da es der verschiedenartigen 35 nachfolgende Beschreibung durch die Zeichnung erBeschaffenheit von zu schmelzendem Gut und Schmelze, gänzt. In dieser bedeutet

Fig. 1 die Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 die Draufsicht des Ofens gemäß Fig. 1, die zur besseren Erläuterung des Innenraums zum Teil gebrochen ist,

der Zuführung der Schmelze zur Gußform, den zu verarbeitenden großen Materialmengen usw. nicht gerecht wird, außerdem zu kompliziert ist und keinen fortlaufenden Betrieb erlaubt.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, daß die Beschickungsvorrichtung als belüftbare und über einen Vakuumanschluß evakuierbare Schleusenkammer ausgebildet und mit einem Mittel zur Förderung des Schmelzgutes zum Schmelztiegel versehen ist und daß die Gießkammer gleichfalls als belüftbare und über einen Vakuumanschluß evakuierbare Schleusenkammer ausgebildet ist.

Der Vakuumofen kann auf diese Weise halbkonti-

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1,

Fig. 4 ein vergrößertes Teilstück eines Schnittes nach der Linie 4-4 der Fig. 2,

Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 und

Fig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 3.

Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung einen

nuierlich so betrieben werden, daß keine Oxydation 50 Vakuumofen zum Schmelzen und Gießen von Metall,

des Schmelztiegels oder seines Inhaltes stattfindet und der Tiegel zwischen den einzelnen Chargen im wesentlichen nicht abkühlt; es ist möglich, die Gießform während der Beschickung des Ofens und des Schmelz-

mit welchem man hochgereinigte Gußblöcke und Gußstücke oder Legierungen von hochgereinigten Metallen herstellen oder Metalle durch Vakuumschmelzen reinigen und anschließend die gereinigten Schmelzen in

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Barren oder Formen vergießen kann. Ein Vakuumofen hat bekanntlich einen vakuumdichten Ofenraum, in welchem ein Schmelztiegel zum Schmelzen von Metallen angeordnet ist. Dieser Teil des Ofens ist mit Einrichtungen zum Evakuieren auf einen Unterdruck von der Größenordnung von 1 bis 5 Mikron Hg abs. oder weniger eingerichtet.

Neben der eigentlichen Vakuumofenkammer ist als erfindungsgemäße Vorrichtung eine zweite Vakuumkammer vorgesehen, die Einrichtungen zum Evakuieren und zum Einführen des zu schmelzenden Metalls einschließlich eines vakuumdichten Verschlusses enthält. Zwischen diesen beiden Kammern ist eine Vorrichtung mit einem zweiten vakuumdichten Verschluß vorgesehen, die zur Förderung des zu schmelzenden Metalls aus der zweiten Vakuumkammer in den Schmelztiegel dient, der sich in der ersten Vakuumofenkammer befindet. Des weiteren besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem vakuumdichten Verschluß, um die Gießform vom Ofenraum zu trennen, nachdem das Schmelzgut in die Gießform eingegossen ist. Ein weiterer vakuumdichter Verschluß dient dazu, die isolierte Gießform aus dem Ofen zu entfernen. Dabei ist die Gießform vorzugsweise, wie in den Zeichnungen dargestellt, in einer dritten vakuumdichten Kammer angeordnet oder bildet einen, Teil derselben. Diese Kammer kann von der eigentlichen Vakuumofenkammer durch einen vakuumdichten Verschluß getrennt werden, um die Entfernung und den Austausch der Gießform zu ermöglichen.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In diesen ist der vakuumdichte Ofenraum mit 10 bezeichnet. Er kann durch Rohrleitung 11 (Fig. 3) evakuiert werden, welche zu einem geeigneten, nicht eingezeichneten Vakuumpumpenaggregat führt. Für die Beschickung des Ofens mit dem zu schmelzenden Metall ist eine zweite vakuumdichte Kammer 12 vorgesehen, welche durch das Rohr 13 evakuiert werden kann, das ebenfalls mit einem geeigneten Väkuumpumpenaggregat verbunden ist. Zum Gießen des Gußblockes ist eine dritte vakuumdichte Kammer 14 vorgesehen, wobei ein Teil derselben von der Gießform selbst gebildet wird. Diese vakuumdichte Kammer 14 kann durch ein drittes Rohr 15, das ebenfalls an einem geeigneten Vakuumpumpenaggregat liegt, evakuiert werden. In dem Ofenraum 10 ist ein Schmelztiegel angeordnet, der mit 16 bezeichnet ist. Er kann elektrisch, z. B. durch eine Induktionsspule 18, beheizt werden.

Um das zu schmelzende Metall aus der Beschikkungskammer 12 in den Ofenraum 10 zu fördern, ist eine Fördereinrichtung mit einer Wanne 20 vorgesehen. Eine trogartige Rinne 22 ist so angebracht, daß sie das geschmolzene Metall aus dem Tiegel 16 in die Gießkammer 14 leitet. Dieser vorstehend beschriebene Ofen enthält außerdem eine Reihe von vakuumdichten Verschlüssen oder Ventilen. Der vakuumdichte Verschluß 24 ist an der Beschickungskammer 12 vorgesehen, um durch ihn das Metall in diese Beschikkungskammer 12 einzuführen. Zwischen der Beschikkungskammer 12 und dem Ofenraum 10 ist ein zweiter vakuumdichter Verschluß 26 vorgesehen, während zwischen dem Ofenraum 10 und der Gießkammer 14 ein dritter vakuumdichter Verschluß 28 vorgesehen ist. Ein vierter vakuumdichter Verschluß 30 erlaubt die Entfernung des Gußblockes aus der Gießkammer 14.

Schmelzteil

Wie am besten aus Fig. 3 zu erkennen ist, wird der Ofenraum 10 oben durch eine abnehmbare Haube 32 abgeschlossen, durch welche ein Zugang zu den im Inneren des Ofens angeordneten Teilen möglich ist, wenn Reparatur oder Austausch es notwendig machen. Zweckmäßig ist in die Haube 32 ein Schauglas 34 eingesetzt, damit der Schmelzvorgang beobachtet werden kann. Ferner empfiehlt sich die Anordnung eines wassergekühlten Rührstabes 36, um die Schmelze rühren oder »Brücken« niederbrechen zu können, falls diese sich auf der Schmelze bilden sollten. Der Ofenraum 10 ist mit einer doppelten Wandung 37 ausgerüstet, welche durch umlaufendes Wasser gekühlt werden kann, Die Zu- und Ableitungen des Kühlwassers sind nicht eingezeichnet. Die Tiegelanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist, enthält eine feuerfeste Pfanne 38, die auf einem Bett 40 ruht, welches drehbar in den Lagern 42 gelagert ist, die von einem Träger 44 getragen werden, der an der Wandung 37 des Ofenraumes 10 befestigt ist. Die Heizvorrichtung 18 besteht aus mehreren Windüngen 46 von Kupferrohr, wobei jede Windung von Isoliermaterial umhüllt ist, z. B. zusammengesetzten Schichten von Phenolharz und Glasband. Die beiden Enden des Kupferrohres 46 sind durch einen Isolierblock 48 geführt, der am Tiegelbett 40 befestigt ist.

Die beiden Enden des Rohres 46 sind mit (nicht eingezeichneten) isolierten, biegsamen, wassergekühlten Rohrleitungen verbunden. Die durch den Isolierblock 48 geführte Stromzuführung an die Endteile des Rohres 46 ist in Fig. 6 im einzelnen gezeigt.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, können die Enden des Rohres 46 von einem koaxial angeordneten Teil 50 gespeist werden, welches ein Paar elektrische Kontakte 52 trägt. Jeder Kontakt 52 ist mit einem Leiter 54 elektrisch verbunden, welcher seinerseits mit je einem . Ende des Rohres 46 in elektrischer Verbindung steht. Um die Verbindung zwischen den Teilen 52 und 54 zu schützen, ist um jeden Kontakt 52 herum eine zusammendrückbare Dichtung 56 angebracht. Diese Anordnung hat sich als besonders geeignet erwiesen, um bei sehr niedrigen Innendrücken und bei Spannungen über 200VoIt jede Ionisationsentladung zu verhindern. Der koaxial angeordnete Teil 50 ist vorzugsweise starr und besteht aus einem Isolierblock 58, der die beiden Kontakte 52 voneinander trennt und außerdem die Außenenden der beiden koaxial angeordneten Rohre 60 und 62 trägt, die als Stromzuführungen dienen. Das äußere Rohr 62 ist vorzugsweise geerdet, wie es bei 63 angedeutet ist, um eine Ionisationsentladung zwischen diesem äußeren Rohr 62 und der Ofenwandung 37 oder dem Tiegelbett 40 zu verhindern. Diese starre Anordnung wird von einem Flansch 63 ο getragen, welcher mit Hilfe der Anordnung 64 vakuumdicht gegen den Flansch 65 gepreßt ist, der an der Wandung 37 des Ofenraumes befestigt ist. Ferner sind eine geeignete Stromquelle sowie eine Kühlwasserversorgung für den starren, koaxial angeordneten Teil 50 vorgesehen.

Um das geschmolzene Metall aus dem Tiegel zu gießen, ist eine Lippe oder Ausgießschnauze 66 vorgesehen (Fig. 3), die mit der Schmelzpfanne 38 und einer Kippeinrichtung verbunden ist, die aus einem Kettenpaar 68 besteht, das in ein Paar Kettenräder 70 eingreift. Die Kettenräder 70 sind an einer Welle 72 befestigt, welche durch einen vakuumdichten Verschluß 74 (Fig. 2) aus dem Ofenraum 10 herausgeführt ist. An dem Außenende der Welle 72 ist eine mechanische Einrichtung vorgesehen, z. B. eine Handkurbel 76, um die Welle in Bewegung zu versetzen. Ein Gewichtspaar 78 (Fig. 3), das am Ende des Kettenpaares 68 hängt, unterstützt die Ausbalancierung des Gewich-

tes des beladenen Schmelztiegels. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der Schmelzpfanne 38 verbundene Ausgießlippe 66 etwa in der Achse der Lager 42 angeordnet. Dadurch behält die Lippe ihre Lage im wesentlichen unverändert bei, wenn der Schmelztiegel gekippt wird, und befindet sich deshalb stets über dem oberen Ende der Rinne 22. Der Schmelztiegel 38 ist außerdem vorteilhaft mit einem Deckel 80 versehen, um das Verspritzen von Schmelzgut sowie zu große Wärmeverluste durch Ausstrahlung zu verhindern. Dieser Deckel 80 ist an den fingerförmigen Teilen 82 befestigt, die mit dem Stab 84 (Fig. 2) verbunden sind. Der Stab 84 besitzt zweckmäßig ein elektrisch isoliertes Teilstück, so daß der Deckel 80 gegen die übrige Apparatur elektrisch isoliert ist. Der Stab 84 kann um ein Drehgelenk 86 geschwungen sowie um seine eigene Achse gedreht werden. Die Schwingbewegung um das Drehgelenk 86 wird durch die Übertragungseinrichtung 88 erreicht, die mit einer geeigneten Bedienung verbunden ist, z. B. der Handkurbel 90, die durch die Ofenwandung hindurchgeführt ist. Zur Öffnung des Schmelztiegels wird der Deckel 80 zuerst durch Betätigung des Handgriffes 90 um dias Drehgelenk 86 gedreht. Wenn er die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Stellung erreicht hat, tritt eine Sperrklinke 85, die auf dem Stab 84 angebracht ist, mit einer anderen Sperre 87 in Eingriff, wodurch der Arm 84 um seine eigene Achse gedreht und der Deckel 80 in die Stellung bewegt wird, die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist. In dieser Stellung ist die Strahlungsbeheizung der Tiegelanordnung durch den heißen Deckel verhindert. In Fig. 3 ist der Deckel 80 in dieser Öffnungsstellung gezeigt.

Beschickungsteil ₃g

Die Einrichtung zur Zuführung des zu schmelzenden Metalls ist in den Fig. 4 und 5 im einzelnen abgebildet. Danach ist die zur Förderung des Metalls von der Beschickungskammer in den Ofenraum dienende Wanne 20 an einer Stange 100 befestigt, welche ihrerseits von einem Trägerpaar 102 drehbar gehalten wird, wobei die Verbindung mittels der Klammer 103 (Fig. 5) erfolgt. Am oberen Ende der Träger 102 sind Rollen 104 befestigt, die auf einer Schiene 106 laufen, welche sich mit Ausnahme von kurzen Unterbrechungen unterhalb des Ventils 24 und innerhalb des vakuumdichten Ventils 26 in das Innere des Ofenraumes 10 erstreckt. Am linken Ende der Stange 100 ist eine Sperre 108 angebracht, die mit einer weiteren Sperre 109 (s. Fig. 2) in Eingriff gebracht werden kann, welche letztgenannte mit dem Drehmechanismus 110 verbunden ist, der an der anderen Seite des Ofenraumes 10 angeordnet ist. Auf der rechten Seite der Wanne 20 (Fig. 4) ist eine Zahnstange 112 angeordnet, die mit dem einen der beiden Träger 102 verbunden ist. Diese Zahnstangell2 greift in ein Triebrad 114 ein, welches durch eine geeignete Bedienungseinrichtung in Umdrehung versetzt werden kann, z. B. eine Handkurbel 115 (Fig. 2), die auf der Außenseite der Beschickungskammer 12 angebracht ist. Die Zahnstange 112 wird durch eine Rolle 116 im Eingriff mit dem Trieb 114 gehalten. Um genügend Raum für die Bewegung der Zahnstange 112 zu erhalten, ist die Kammer 12 durch das Ansatzstück 118 verlängert. Dieses Ansatzstück ist in Form eines langen Rohres mit verschlossenem Außenende abgebildet.

Das vakuumdichte Ventil 24, durch welches die Beschickung der Wanne 20 erfolgt, stellt eine öffnung 120 in der Beschickungskammer 12 dar, die normalerweise durch den abgedichteten Deckel 122 verschlossen ist. Dieser Deckel 122 wird vorteilhaft von einem Joch oder Verbindungsstück 124 getragen, welches den Bedienungshandgriff 126 besitzt und bei 128 drehbar angeordnet ist, um durch Seitwärtsschwingen des Deckels 122 die Freigabe der öffnung 120 zu erlauben. Um die Wanne 20 während der Bewegung der Rollen 104 über die unterhalb des Ventils 24 gelegene Unterbrechungsstelle in der Schiene 106 zu halten, ist an der Innenseite der Kammer 12 ein Führungsstangenpaar 130 befestigt. Das Ventil 26 ist nicht im einzelnen gezeigt, kann aber im wesentlichen dem Ventil 28 entsprechen, welches in Fig. 3 eingehend abgebildet und nachfolgend beschrieben ist.

Gießteil

Der Gießteil des Ofens ist am besten aus Fig. 3 zu ersehen. Danach ist die Ofenkammer 10 zweckmäßig um das Ansatzstück 140 verlängert. Dieses Ansatzstück 140 hat in seinem Bodenteil eine Öffnung 142, über welcher ein Loch 141 im unteren Ende der Rinne 22 angeordnet ist. Diese öffnung 142 ist normalerweise durch das vakuumdichte Ventil 28 verschlossen, welches zweckmäßig aus einer Verschlußplatte 144 besteht, die an einer Stange 146 befestigt ist. Diese Stange 146 ist vorteilhaft mit der Platte 144 mittels Nocken 148 verbunden, welche einen festen Verschluß des Ventils erlauben, wenn die Stange 146 mittels einer Handkurbel 147 gedreht wird. Die Stange 146 bietet auf diese Weise die Möglichkeit, die Verschlußplatte 144 sowohl quer über die öffnung 142 als auch in Richtung auf diese öffnung hin zu bewegen. Das Ventil 28 ist außerdem vorteilhaft mit einem wassergekühlten Strahlungsschutz 150 versehen, der an einer Welle 152 befestigt ist und den Zweck hat, die Wärmeausstrahlung des in die Gießform 14 gegossenen Metalls nach oben zu verhindern, damit sich die Verschlußkappe 144 nicht werfen und angegriffen werden kann und die Dichtungen nicht infolge Überhitzung leiden. Die Rinne 22 wird vorteilhaft mittels eines Strahlungsheizers 151 auf eine genügend hohe Temperatur aufgeheizt, damit das geschmolzene Metall nicht bis auf seine Erstarrungstemperatur abgekühlt wird, wenn es in der Rinne 22 herunterfließt.

In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gießkammer 14 mit einer doppelwandigen Gießform 154 zum Gießen von Blöcken, ausgerüstet, deren Wasserzu- und -abführung mit 156 bezeichnet ist. An das obere Ende der Gießform ist vorteilhaft der Flansch 158 angeformt, welcher zusammen mit dem einwandfrei sitzenden, vom Ventil 28 getragenen Flansch 159 den vakuumdichten Verschluß 30 bildet. Im oberen Teil der Ansatzkammer 140 ist vorteilhaft ein Schauglas 160 angebracht, um eine Sicht auf die Gießform zu erlauben, während das Schmelzgut eingegossen wird. Mit 162 ist ein Schauglasreiniger bezeichnet. Dieser ist so angeordnet, daß die kondensierten Metalldämpfe von der Unterseite des Schauglases 160 abgekratzt werden. Nach Wunsch kann ein gleicher Reiniger für das Schauglas 34 vorgesehen sein.

Vakuumteil

Das Vakuumaggregat besteht aus einer Anzahl von gesonderten Vakuumleitungen, welche von den verschiedenen Teilen der Anlage zu geeigneten, nicht eingezeichneten Vakuumpumpen führen. Wie am besten aus Fig. 1 zu sehen ist, ist die Beschickungskammer 12 mit einer Vakuumleitung 13 ausgerüstet, die mittels des Vakuumabsperrhahnes 170 abgesperrt werden kann, wenn der vakuumdichte Verschluß 24 geöffnet

werden soll. Um den Unterdruck in Kammer 12 aufzuheben und das öffnen des Verschlusses 24 zu ermöglichen, ist ein Belüftungshahn 172 vorgesehen, welcher durch öffnung die Herstellung von Atmosphärendruck in Kammer 12 erlaubt. Eine entsprechende Anordnung ist für die Gießkammer 14 vorgesehen, wo die Vakuumleitung 15 mit einem Absperrhahn 174 und einem Belüftungshahn 176 ausgerüstet ist. Rohrleitung 15 enthält außerdem einen dritten Hahn 178, mit welchem der Gasstrom aus Rohrleitung 180 eingestellt wird, die zu einer Quelle von Inertgas, wie Argon u. dgl., führt. Dieses Inertgas kann unter jedem beliebigen Druck stehen, z. B. unter 1 at abs.

Betrieb des Ofens

Zur Erläuterung des Ofenbetriebes sei angenommen, daß im Ofenraum ein Schmelztiegel angeordnet ist und ein großer Ansatz von Metall geschmolzen werden soll, wobei dieser Tiegel vorteilhaft mit dem zu schmelzenden Metall gefüllt ist. Wenn der Arbeitszyklus beginnt, wird die Haube 32 auf den Ofenraum 10 aufgebracht, worauf ein erstes Leerpumpen des Ofens erfolgt. Für dieses anfängliche Auspumpen werden die Belüftungshähne 172 und 176 geschlossen. Die Vakuumhähne 170 und 174, der Gashahn 178 für das Inertgas und der Verschluß 24 können geschlossen werden; in diesem Falle kann die ganze Anlage durch Rohrleitung 11 ausgepumpt werden, die zum Hauptraum 10 des Ofens führt, wobei die Ventile 26 und 28 geöffnet bleiben, damit alle drei Vakuumkammern ausgepumpt werden. Während dieser Entlüftung ist es zuweilen vorteilhaft, die Induktionsheizung einzuschalten, um die Entgasung der Schmelzpfanne 38 zu unterstützen. Wenn das Ofeninnere bis zu einem Unterdruck in der Größenordnung von 0,001 mm Hg abs. abgepumpt ist, kann die Aufheizung des Metalls in der Schmelzpfanne 38 so lange fortgesetzt werden, bis das Metall gründlich geschmolzen ist und die Entgasung und irgendwelche andere eventuell notwendige metallurgische Reaktionen durchgeführt sind. Dann wird das Ventil 28 geöffnet, sofern das nicht bereits der Fall ist, und Kühlwasser durch die Doppelwandung der Gießform 154 geleitet. Der Deckel 80 des Schmelztiegels wird dann aus der in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung in die Stellung gedreht, die in Fig. 3 voll ausgezeichnet ist. Nachdem die Stromzufuhr zur Spule 18 unterbrochen ist, wird die Schmelzpfanne 38 um die Achse der Lager 42 gekippt, indem man den Bedienungshandgriff 76 (Fig. 2) dreht. Hierdurch werden die Kettenräder 70 gedreht und die mit dem Tiegelbett 40 verbundene Kette 68 bewegt. Die Schmelze in der Pfanne 38 fließt über die Ausgießschnauze 66 ab, wenn der Schmelztiegel gekippt wird. Das Schmelzgut strömt in den oberen Teil der Rinne 22, fließt in der erhitzten Rinne nach unten und verläßt sie durch das Loch 141 an ihrem unteren Ende. Aus dem Loch 141 fließt das Schmelzgut in die wassergekühlte Gießform 154, die, wie oben erwähnt, gekühlt ist, so daß das heiße Metall die Wandungen der Gießform nicht durchbrennt oder sich mit ihnen verbindet. Wenn der Schmelztiegel geleert ist, wird er in die in Fig. 3 gezeigte senkrechte Stellung zurückgeführt. Die Ventile 28 und 26 können dann geschlossen werden, um die drei Hauptkammern voneinander zu trennen. In manchen Fällen kann es sich empfehlen, das Ventil 28 geöffnet zu lassen, so daß die während des Erstarrens des Schmelzgutes frei gewordenen Gase durch Vakuumleitung 11 abgepumpt werden können, welche zur Evakuierung des Ofenraumes dient. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die an der Rohrleitung 11 arbeitende Vakuumpumpe im Vergleich mit der an Rohrleitung 15 angeschalteten Pumpe eine hohe Kapazität hat.

Das Ventil 24 wird nun geöffnet, nachdem die Beschickungskammer 12 mit Hilfe des Hahnes 172 belüftet ist. Ein neuer Schub von zu schmelzendem Metall wird dann in die Wanne 20 eingebracht, das Ventil 24 und der Belüftungshahn 172 geschlossen sowie der Vakuumhahn 170 geöffnet, damit die Beschickungskammer 12 auf einen Druck in der Größenordnung von 50 Mikron oder darunter leergepumpt werden kann. Darauf wird das Ventil 26 geöffnet, um einen Druckausgleich zwischen Beschickungskammer 12 und Ofenraum 10 zu ermöglichen. Die geringe Druckdifferenz zwischen Kammer 12 und Raum 10 reicht infolge des viel größeren Volumens des Ofenraumes 10 nicht aus, um eine größere Druckerhöhung in diesem letztgenannten zu erhalten; die Druckerhöhung liegt in der Größenordnung von nur einigen wenigen Mikron. Nach Wunsch kann man durch Zuschaltung der Beschickungskammer 12 an die Pumpanlage sogar diesen kleinen Effekt vollständig beseitigen.

Die Bedienungskurbel 115, die mit dem Triebrad 114 verbunden ist, wird nun gedreht, wodurch die Zahnstange 112 und die mit ihr verbundene Wanne 20 von der Kammer 12 in den Ofenraum 10 bewegt wird. Diese Bewegung wird so lange fortgesetzt, bis sich die Wanne 20 über der Schmelzpfanne 38 befindet und die Sperre 108 am Außenende der Stange 100 in Sperre 109 eingreift, die mit dem Drehmechanismus 110 verbunden ist (Fig. 2). N^Tun wird der Drehmechanismus 110 gedreht, um die Wanne 20 so weit zu kippen, daß ihr Inhalt in die Schmelzpfanne 38 fällt. Dann wird die Wanne 20 wieder aufgerichtet und in die Beschickungskammer 12 zurückgeführt. Wenn die Metallcharge in Wanne 20 nicht ausreicht, um die Schmelzpfanne 38 zu füllen, wird das Ventil 26 sofort geschlossen. Der Belüftungshahn 172 wird geöffnet, ebenso der Verschluß 24 und die Wanne 20 wieder aufgefüllt. Dann wird der Verschluß 24 wieder an Ort und Stelle gebracht, der Belüftungshahn 172 geschlossen und der Vakuumhahn 170 geöffnet. Wenn die Beschickungskammer 12 wieder leergepumpt ist, wird die Beschickung der Schmelzpfanne wiederholt, indem man das Ventil 26 erneut öffnet und die Wanne über die Schmelzpfanne 38 bringt. Ein solcher Arbeitszyklus erfordert etwa 3 bis 5 Minuten, ohne daß der Schmelzvorgang unterbrochen wird, welcher gleichzeitig erfolgen kann.

Nachdem der Gußblock in der Form 14 ausreichend gekühlt ist, wird das Vakuumventil 28 geschlossen und der Belüftungshahn 176 geöffnet. Die vakuumdichte Verbindung 30 zwischen den beiden Flanschen 158 und 159 wird dann getrennt und die Gießform 154 entfernt. Der gegossene Barren kann dann aus der Form 154 entfernt oder eine neue Gießform an Stelle der alten eingesetzt werden. Wenn die neue Gießform oder die geleerte alte Form an Ort und Stelle gebracht ist, wird der Belüftungshahn 176 geschlossen und der Vakuumhahn 174 geöffnet, wodurch die Gießkammer 14 auf einen ausreichenden Unterdruck evakuiert werden kann. Nach der erforderlichen Zeit und bevor die nächste Schmelze gegossen werden soll, wird das Ventil 28 geöffnet und der Gießvorgang wiederholt.

In vielen Fällen ist es erwünscht, den Barren oder Gußblock unter einem Druck von Inertgas erstarren zu lassen. Zu diesem Zwecke wird das Ventil 28 unmittelbar nach dem Gießen geschlossen, desgleichen

der Hahn 174, und der zur Inertgasquelle führende Hahn 178 wird geöffnet, wodurch sich der gewünschte Druck von Inertgas auf der Oberfläche des erstarrenden Gusses ausbilden kann. Wenn beispielsweise eine aus mehreren Bestandteilen bestehende Legierung gegössen werden soll, ergibt Argon von- Atmosphärendruck merklich bessere Gießergebnisse, weil unter dem höheren hydrostatischen Druck die durch das Schrumpfen entstehenden interdendritischen Hohlräume besser durch geschmolzenes Metall ausgefüllt werden.

Vielfach ist es zweckmäßig, einen Ofen der oben beschriebenen Art zur Ausführung von Präzisionsgüssen zu verwenden. Für bestimmte Güsse ist Vakuum besonders erwünscht, da die Güsse unter diesen Bedingungen keine Hohlräume aufweisen, sehr dicht sind und überlegene mechanische und elektrische Eigenschaften haben. Um einen derartigen Präzisionsguß zu erreichen, wird in die Gießkammer 14 eine Präzisionsgießform eingebaut, die so angeordnet wird, daß sie durch Metall gefüllt werden kann, welches durch das Loch 141 der Rinne 22 ausfließt. In anderer Hinsicht kann die Anordnung der Einzelteile und der Betrieb der Anlage der oben beschriebenen Anlage entsprechen.

Bei der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Ofens sind die Bauteile aus austenitischem rostfreiem Stahl oder anderen nichtmagnetischen Stählen gefertigt, während der Schmelztiegel 38 aus schwerschmelzbarem Werkstoff hoher Reinheit, z. B. Magnesiumoxyd oder Graphit, hergestellt ist, je nachdem es das Schmelzgut erfordert. Die Rinne 22 wird vorteilhaft aus Magnesium- oder Aluminiumoxyd gefertigt. Der Schmelztiegel wird vorteilhaft mittels Magnesiumoxyd^-Abdichtungsmischung in die Kupferspule 46 eingepackt. Die verschiedenen Isolierblöcke, z. B. 48 und 58, und die (nicht eingezeichnete) Isolierung in dem Stab 84 können aus synthetischem Isoliermaterial gefertig sein. Wie früher erwähnt, ist die Spule 46 vorteilhaft mit Glasband über einem Phenolharz eingehüllt, um eine bogenfreie Anordnung zu erhalten, die mit 3000 Perioden/sec und 400 Volt und bis zu einer Leistungsaufnahme von 100 kW betrieben werden kann.

Die vorstehende Beschreibung sowie die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung, ohne sie erschöpfend zu beschreiben. Dem Fachmann sind daher im Bedarfsfalle ohne weiteres gewisse Abänderungen im Rahmen der Erfindung gegeben.

Claims (8)

Patentansprüche: so

1. Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen unter Vakuum mit einem im Vakuumbehälter angeordneten, elektrisch beheizten Schmelztiegel, der von der Außenseite des Behälters her um eine waagerechte Achse kippbar und im Bereich einer aufrecht am Kessel untergebrachten evakuierten Gießkammer und einer von. außerhalb betätigten und ebenfalls evakuierten Beschikkungsvorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsvorrichtung (12) als belüftbare und über Vakuumanschluß (13) evakuierbare Schleusenkammer ausgebildet und mit einem Mittel zur Förderung des Schmelzgutes zum Schmelztiegel versehen ist und daß die Gießkammer (14) gleichfalls als belüftbare und über Vakuurnanschluß (15) evakuierbare Schleusenkammer ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schleusenkammern mit ventilartigen Verschlüssen (24, 26 bzw. 28) gegenüber dem Vakuumbehälter und mit Belüftungshähnen (172 bzw. 176) ausgestattet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießkammer (14) mittels eines luftdicht schließenden und leicht lösbaren Verbindungsorgans (30) am Ofen (10) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Überführen des zu schmelzenden Metalls von der Beschickungsvorrichtung (12) zum Schmelztiegel (38) eine bewegliche Wanne (20) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abfluß des geschmolzenen Metalls aus dem gekippten Tiegel (38) eine von unterhalb seiner Schnauze (66) zur Gießkammer (14) führende geneigte Rinne (22) angeordnet ist, die oberhalb der Gießform (154) endet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gießkammer (14) zwischen Gießform (154) und Verschluß (144) ein Strahlungsschutz (150) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießkammer (14) über Ventil (180) mit einer unter Druck stehenden Inertgasquelle verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizvorrichtung (46) des Tiegels (38) beim Kippen desselben mittels eines Kontaktorgans (48, 52, 54, 63) selbsttätig von der Stromquelle abgeschaltet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 699 346, 882 026;
schweizerische Patentschrift Nr. 275 508.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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