DD252666A1

DD252666A1 - casting equipment

Info

Publication number: DD252666A1
Application number: DD29429986A
Authority: DD
Inventors: Werner Friedemann; Gerd Schmidt
Original assignee: Bergbau Und Huetten Kom Albert
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1987-12-23

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine als Mittelfrequenz-Induktionsofen mit Bodenausguss ausgebildete Vergiesseinrichtung. Sie eignet sich als Zwischen- bzw. Warmhaltegefaess fuer die Schmelze und kann insbesondere fuer hochreine Metallschmelzen angewendet werden. Die Erfindung ist darauf gerichtet, dass Vorwaermen beim Anfahren aus dem Kaltzustand zu verbessern. Die Loesung sieht vor, im Tiegelboden der Vergiesseinrichtung in den Feuerfestmassen nahe der untersten Wicklung einer Induktionsspule ein elektrisch leitfaehiges Element einzubetten, durch dessen Zentrum ein Giesskanal gefuehrt ist.The invention is a trained as a medium-frequency induction furnace with bottom spout Vergiesseinrichtung. It is suitable as an intermediate or holding vessel for the melt and can be used in particular for high-purity molten metal. The invention is directed to improve preheating when starting from the cold state. The solution proposes to embed in the crucible bottom of the Vergiesseinrichtung in the refractory masses near the lowermost winding of an induction coil an electrically conductive element through the center of a casting channel is guided.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vergießeinrichtung von der Art eines Mittelfrequenz-Induktionstiegelofens mit Bodenausguß zum Vergießen hochreiner Metallschmelzen. Sie eignet sich als Zwischen- oder Warmhaltegefäß für die Schmelze.The invention relates to a casting device of the type of medium-frequency induction crucible furnace with bottom spout for casting high-purity molten metal. It is suitable as an intermediate or holding vessel for the melt.

Characteristic of the known technical solutions

Vergießeinrichtung von der Arteines Mittelfrequenz-Induktionstiegelofenssind bekannt. Diese Vergießeinrichtungen bestehen aus einem zylinderförmigen Tiegel aus Feuerfestmaterial, der.von der Induktionsspule umgeben ist. Ein äußerer Mantel dient der Befestigung des Tiegels. Die Schmelze wird entweder durch Kippen des Tiegels über eine Rinne oder durch einen durch den Tiegelboden geführten Gießkanal mittels einer Düse gegossen. Der Gießkanal wird im Tiegelinneren mittels einer Stopfenstange geöffnet bzw. geschlossen (elektrowärme international 35 [1977] B6-Dez.).Potting equipment of the type of medium frequency induction crucible furnace are known. These potting devices consist of a cylindrical crucible of refractory material, which is surrounded by the induction coil. An outer jacket serves to fasten the crucible. The melt is poured either by tilting the crucible through a gutter or through a guided through the crucible bottom casting channel by means of a nozzle. The pouring channel is opened or closed in the interior of the crucible by means of a stopper rod (electro-thermal international 35 [1977] B6-Dec.).

Bekanntlich müssen Vergießeinrichtungen dieser Art beim Anfahren aus dem Kaltzustand, vor dem Einfüllen der Schmelze, zur Vermeidung von Beschädigungen am Tiegel soweit vorgewärmt werden, daß ein gefahrloses Einfüllen der Schmelze möglich ist. Die Vorwärmung ist immer dann schwierig und mit zusätzlichem Aufwand verbunden, wenn der Tiegel aus betriebstechnischen oder technologischen Gründen, beispielsweise bei häufigem Wechsel der zu vergießenden Legierung, völlig entleert werden muß, da in solchen Fällen die Induktionsheizung wirkungslos ist. Hierfür müssen oft aufwendige und energieintensive Zusatzheizungen vorgesehen werden, um ein Anfahren aus dem Kaltzustand bei völlig entleerter Vergießeinrichtung ohne Gefahr für den Tiegel zu ermöglichen. Vielfach bedient man sich hierzu auch einfacher Gas-und Ölbrennereinrichtungen,diein einfachen Gestellen gehalten oder vom Bedienungspersonal geführt werden. Dieselassen jedoch nur eine ungleichmäßige oberflächliche Erwärmung des Tiegels zu, so daß die Gefahr der Beschädigung des Tiegels beim Einfüllen der Schmelze nicht ausgeschlossen ist. Außerdem wird der Gießkanal nur ungenügend vorgeheizt, so daß dieser auf Grund der noch zu großen Temperaturunterschiede zwischen Schmelze und Kanalwand beim Gießprozeß zufriert, so daß der Zufluß der Schmelze durch die Querschnittsverengung im Gießkanal zur Düse zeitweilig eingeschränkt ist oder im Extremfall völlig unterbrochen wird, was sich nachteilig auf den Gießprozeß auswirkt.As is well known, encapsulating devices of this type must be preheated to such an extent on starting from the cold state before filling in the melt to avoid damage to the crucible that safe filling of the melt is possible. The preheating is always difficult and associated with additional effort when the crucible for operational or technological reasons, for example, with frequent change of the alloy to be cast, must be completely emptied, since in such cases, the induction heating is ineffective. For this often expensive and energy-intensive additional heaters must be provided to allow a start from the cold state with completely empty Vergießeinrichtung without danger to the crucible. In many cases, one also uses simple gas and oil burner devices, which are held in simple racks or guided by the operating staff. However, they only cause uneven surface heating of the crucible, so that the risk of damage to the crucible when filling the melt is not excluded. In addition, the pouring channel is insufficiently preheated so that it freezes due to the still too large temperature differences between the melt and the channel wall during the casting process, so that the inflow of the melt is temporarily restricted by the cross-sectional constriction in the pouring channel to the nozzle or in extreme cases completely interrupted, which adversely affects the casting process.

Nachteilig ist weiter, daß sich beim Vorwärmen mit Gas- oder Ölbrennern an den Tiegelwänden Verbrennungsrückstände absetzen, die die Schmelze verunreinigen und insbesondere beim Gießen hochreiner Schmelzen zu einer Qualitätsminderung derfertigen Halbzeuge führen.A further disadvantage is that, when preheating with gas or oil burners, combustion residues settle on the crucible walls, which contaminate the melt and, in particular, result in a reduction in quality of the finished semi-finished products when casting high-purity melts.

Es ist weiter bekannt, die Tiegel von Vergießeinrichtungen mit kohlenstoffhaltigen Verschleißplatten auszukleiden, die das Einfüllen der Schmelze im Kaltzustand ohne Gefährdung der Tiegelwand ermöglichen sollen (DE-PS 2745271). Der Einsatz solcher Verschleißplatten ist kosten- und materialaufwendig, da sie bei wiederholter Beschickung im Kaltzustand durch die auf die Platten einwirkenden Wärmeschocks schnell verschleißen und häufig ausgewechselt werden müssen. Außerdem ist daneben noch eine Zusatzheizung für die Vorwärmung des Gießkanales erforderlich, die mit den oben genannten Nachteilen behaftet ist und die Gefahr des Einfrierens des Gießkanales nicht völlig beseitigt. Ein weiterer Mangel dieser Platten ist darin zu sehen, daß sie nur beim Gießen von Schmelzen einsetzbar sind, bei denen Kohlenstoff nicht störend wirkt. Für Anwendungsfälle, bei denen kohlenstoffarme hochreine Schmelzen, wie beispielsweise Legierungen für mikrokristalline Werkstoffe gegossen werden, sind diese Platten nicht geeignet, da eine chemische Raktion des Kohlenstoffes der Platten mit der Schmelze erfolgt, die zu einer unerwünschten Anreicherung von Kohlenstoff in der Schmelze führt und damit die Qualität der fertigen Halberzeuge beeinträchtigt.It is also known to line the crucibles of potting with carbonaceous wear plates that allow the filling of the melt in the cold state without endangering the crucible wall (DE-PS 2745271). The use of such wear plates is cost and material consuming, since they must wear out quickly when repeated feeding in the cold state by the heat shocks acting on the plates and often need to be replaced. In addition, in addition to an additional heating for the preheating of the pouring channel is required, which is fraught with the disadvantages mentioned above and the risk of freezing of the pouring channel is not completely eliminated. Another shortcoming of these plates is the fact that they can only be used in the casting of melts, in which carbon does not interfere. For applications in which low carbon high purity melts, such as alloys for microcrystalline materials, are cast, these plates are not suitable because there is a chemical reaction of the carbon of the plates with the melt resulting in undesirable carbon enrichment in the melt and thus the quality of the finished semi-finished products is impaired.

Object of the invention

Ziel ist es, den notwendigen apparativen und energetischen Aufwand für das Vorwärmen von Vergießeinrichtungen bei Vermeidung unbeabsichtigter Verunreinigungen in der Schmelze niedrig zu halten.The aim is to keep the necessary equipment and energy costs for the preheating of Vergießeinrichtungen while avoiding unintended contamination in the melt low.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine induktive beheizte Vergießeinrichtung zu entwickeln, die das Anfahren bei völlig entleertem Tiegel aus dem Kaltzustand ohne Gefahr für den Tiegel, das Einfrieren des Gießkanalesund des Einbringens von Verunreinigungen in die Schmelze ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Feuerfestmaterial eines Tiegelbodens der Vergießeinrichtung ein elektrisch leitfähiges Element eingebettet und um einen durch den Tiegelboden "geführten Gießkanal angeordnet ist. Die Anordnung des elektrisch ieitfähigen Elementes erfolgt iri der Nähe einer unteren Wicklung einer den Tiegel umgebenden Induktionsspule in einem Abstand von 0,5% bis 5% des Durchmessers der Induktionsspule. Die Ausbildung des elektrisch Ieitfähigen Elementes erfolgt so, daß sein Außendurchmesser 60 bis 80% und seine Dicke 0,5 bis 5% des Durchmessers der Induktionsspule beträgt, und eine Breite besitzt, die dem 1- bis 3fachen einer Eindringtiefe des Magnetfeldes der Induktionsspule entspricht.The object of the invention is to develop an inductive heated Vergießeinrichtung that allows the startup with completely empty crucible from the cold state without risk to the crucible, the freezing of the Gießkanalesund the introduction of impurities in the melt. According to the invention, this object is achieved by embedding an electrically conductive element in a refractory material of a crucible bottom of the casting device and surrounding a casting channel guided through the crucible bottom at a distance of 0.5% to 5% of the diameter of the induction coil The formation of the electrically conductive element is such that its outer diameter is 60 to 80% and its thickness 0.5 to 5% of the diameter of the induction coil, and a width has, which corresponds to 1 to 3 times a penetration depth of the magnetic field of the induction coil.

Das elektrisch leitfähige Element kann aus Graphit bestehen und ist ringförmig ausgebildet.The electrically conductive element may consist of graphite and is annular.

Zum Vorwärmen des erkalteten und entleerten Tiegels wird die Induktionsspule zugeschaltet. Über das sich ausbildende magnetische Streufeld wird eine Spannung in das elektrisch leitfähige Element induziert und letzteres durch den fließenden Strom induktiv aufgeheizt. Von dem elektrisch Ieitfähigen Element wird die Wärme in das Feuerfestmaterial übertragen, so daß eine Erwärmung des Tiegels erfolgt. Die Ausbildung und Anordnung des elektrisch Ieitfähigen Elementes erfolgen so, daß maximal 35% der Leistung der Induktionsspule ausreichen, um die notwendige Temperaturzwischen 500°C-800°Czu erreichen.For preheating the cooled and emptied crucible, the induction coil is switched on. Via the developing stray magnetic field, a voltage is induced in the electrically conductive element and the latter is inductively heated by the flowing current. From the electrically conductive element, the heat is transferred into the refractory material, so that a heating of the crucible takes place. The formation and arrangement of the electrically conductive element are made so that a maximum of 35% of the power of the induction coil sufficient to reach the necessary temperature between 500 ° C-800 ° Czu.

embodiment

Die Erfindung wird an Handeines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in: Fig. 1: einen Schnitt durch die Vergießeinrichtung.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and a drawing. The drawing shows in: Fig. 1: a section through the Vergießeinrichtung.

Das Beispiel bezieht sich auf eine Vergießeinrichtung, mittels der die in einem Vakuumofen geschmolzene Schmelze unter Schutzgas auf eine gekühlte Walze gegossen wird.The example refers to a potting device, by means of which the melt melted in a vacuum furnace is poured under inert gas onto a cooled roll.

Der Tiegelinhalt der Vergießeinrichtung beträgt 3dm³. Es wird eine Induktionsspule mit einem Durchmesser von 230 mm und 6 Wicklungen verwendet. Die Induktionsspule arbeitet mit 4kHz und besitzt eine Heizleistung von 50KW. Die Vergießeinrichtung besteht aus dem Tiegel 1, der aus keramischer Stampfmasse 2 hergestellt ist. Der Tiegel 1 ist von der im Mittelfrequenzbereich arbeitenden Induktionsspule 3 umgebön, wobei die Induktionsspule 3 etwas oberhalb des Tiegelbodens 4 endet. Im Tiegelboden 4 ist der Gießkanal 5 vorgesehen der einerseits die Gießdüse 6 trägt und andererseits durch die auf- und abbewegbare Stopfenstange 7 verschließbar ist. In der keramischen Stampfmasse 2 des Tiegelbodens 4 ist der elektrisch leitfähige Graphitring 8 angeordnet, der den Gießkanal 5 umschließt. Ausgehend vom Durchmesser der Induktionsspule und der erforderlichen Vorheizleistung von 7,5KW =ä 15% der Gesamtleistung wurde der Graphitring 8 in einem Abstand von 30 mm = 1,3% von der untersten Wicklung der Induktionsspule im Tiegelboden 4 angeordnet. Der Außendurchmesser des Graphitringes 8 beträgt 170mm, die Höhe 20mm und die Breite 35mm.The crucible content of the casting device is 3dm ³ . An induction coil with a diameter of 230 mm and 6 windings is used. The induction coil operates at 4kHz and has a heating power of 50KW. The Vergießeinrichtung consists of the crucible 1, which is made of ceramic ramming mass 2. The crucible 1 is surrounded by the induction coil 3 operating in the middle frequency range, wherein the induction coil 3 terminates slightly above the crucible bottom 4. In the crucible bottom 4 of the pouring channel 5 is provided on the one hand carries the pouring nozzle 6 and on the other hand by the movable up and down stopper rod 7 is closed. In the ceramic ramming mass 2 of the crucible bottom 4 of the electrically conductive graphite ring 8 is arranged, which surrounds the pouring channel 5. Based on the diameter of the induction coil and the required preheating of 7.5KW = -15% of the total power of the graphite ring 8 was arranged at a distance of 30 mm = 1.3% from the bottom winding of the induction coil in the crucible bottom 4. The outer diameter of the graphite ring 8 is 170mm, the height 20mm and the width 35mm.

Zum Vorwärmen des erkalteten und entleerten Tiegels 1 wird nun die Induktionsspule 4 zugeschaltet und über das sich ausbildende magnetische Streufeld in den Graphitring 8 eine Spannung induziert, die den Graphitring 8 aufheizen. Von Letzterem wird die Wärme in die keramische Stampfmasse 2 übertragen und so der Tiegel bis auf die erforderliche Vorwärmtemperatur von 65Ö°C aufgeheizt. Nach Beendigung des Vorwärmens wird die Schmelze in den Tiegel 1 eingefüllt. Bei gefülltem Tiegel verlagert sich das Magnetfeld in den Bereich der Schmelze, derart, daß etwa 95% der Leistung der Induktionsspule in der Schmelze anliegen, um die erforderliche Gießtemperatur einzuhalten. Anstelle des Graphitringes können auch andere elektrisch leitfähige Elemente Verwendung finden.For preheating the cooled and emptied crucible 1, the induction coil 4 is now switched on and induced on the forming stray magnetic field in the graphite ring 8, a voltage that heat the graphite ring 8. From the latter, the heat is transferred to the ceramic ramming mass 2 and so the crucible heated to the required preheating temperature of 65Ö ° C. After completion of the preheating the melt is poured into the crucible 1. When the crucible is filled, the magnetic field shifts to the region of the melt, such that about 95% of the power of the induction coil lie in the melt in order to maintain the required pouring temperature. Instead of the graphite ring, other electrically conductive elements can be used.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, entleerte und erkaltete Vergießeinrichtungen ohne jegliche Zusatzheizung auf die zum Einfüllen der Schmelze erforderliche Temperatur zu erwärmen und das Zufrieren des Gießkanales zu verhindern. Dadurch kann der apparative und energetische Aufwand für solche Zusatzheizungen vermieden werden. Durch die neuartige Vorwärmung wird der Tiegel einschließlich Ausflußkanal und Stopfen aufgeheizt, so daß durch Wärmeschocks bewirkte Beschädigungen am Tiegel vermieden werden. Darüber hinaus können solche Vergießeinrichtungen auch für das Vergießen hochreiner Schmelzen Verwendung finden, da mögliche Verunreinigungen durch Verbrennungsrückstände oder andere Einflüsse weitgehend ausgeschaltet sind.The inventive solution makes it possible to heat emptied and cooled Vergießeinrichtungen without any additional heating to the temperature required for filling the melt and to prevent the freezing of the casting channel. As a result, the apparatus and energy costs for such additional heaters can be avoided. Due to the novel preheating of the crucible including outflow channel and plug is heated, so that caused by thermal shock damage to the crucible can be avoided. In addition, such Vergießeinrichtungen can also be used for the casting of high purity melts, as possible impurities are largely eliminated by combustion residues or other influences.

Claims

1. Potting device for potting melting, in particular high-purity melts, consisting of a crucible of refractory material, which is enclosed by a medium-frequency induction coil and having a bottom spout, which is guided as a pouring channel through a Tiegeiboden, and a closure is provided, characterized in that in the refractory material (2) of the crucible bottom (4) an electrically conductive element (8) is embedded and arranged around the pouring channel (5), the arrangement takes place in the vicinity of a lowermost winding of the induction coil (3) at a distance therefrom Is 0.5% to 5% of the diameter of the induction coil (3), and the electrically conductive element (8) is formed so that its outer diameter 60% to 80% and its thickness 0.5% to 5% ₁ based on the Diameter of the induction coil (3) and has a width which corresponds to the Ifachen to 3 times a penetration depth of the magnetic field of the induction coil.

2. Potting device according to claim 1, characterized in that the electrically conductive element (8) consists of graphite and is annular.