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EP4524500A1 - Method for producing cast parts and casting plant - Google Patents

Method for producing cast parts and casting plant Download PDF

Info

Publication number
EP4524500A1
EP4524500A1 EP23197167.2A EP23197167A EP4524500A1 EP 4524500 A1 EP4524500 A1 EP 4524500A1 EP 23197167 A EP23197167 A EP 23197167A EP 4524500 A1 EP4524500 A1 EP 4524500A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melting
metal scrap
electrode
chamber
crucible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23197167.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Harald Holzgruber
Alexander SCHERIAU
Bertram Ofner
Harald Korbel
Martin Rinnhofer
Uwe Haißl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Inteco Melting And Casting Technologies GmbH
Original Assignee
Inteco Melting And Casting Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inteco Melting And Casting Technologies GmbH filed Critical Inteco Melting And Casting Technologies GmbH
Priority to EP23197167.2A priority Critical patent/EP4524500A1/en
Priority to PCT/EP2024/074032 priority patent/WO2025056325A1/en
Publication of EP4524500A1 publication Critical patent/EP4524500A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/18Arrangements of devices for charging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002Castings of light metals
    • B22D21/005Castings of light metals with high melting point, e.g. Be 1280 degrees C, Ti 1725 degrees C
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D47/00Casting plants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00Obtaining refractory metals
    • C22B34/10Obtaining titanium, zirconium or hafnium
    • C22B34/12Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
    • C22B34/1295Refining, melting, remelting, working up of titanium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00Forming, maintaining or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/06Forming or maintaining special atmospheres or vacuum within heating chambers
    • F27D2007/066Vacuum

Definitions

  • the invention relates to a method for producing castings by means of self-consumable electrodes made of titanium and metal scrap containing titanium in a foundry plant and to a foundry plant which is designed to carry out the method according to the invention.
  • the metallic shell that has solidified on the inner wall of the crucible is referred to in the trade as the "skull.”
  • the method according to the invention for producing castings from titanium-containing metal scrap and a titanium-containing electrode with the features of claim 1 has the advantage that it enables particularly high productivity or the processing of large quantities of titanium-containing metal scrap in batch production of the castings in the foundry plant.
  • the invention is based on the idea of storing a relatively large quantity of metal scrap prepared for melting within a vacuum atmosphere required for processing to achieve the high quality of the castings.
  • the metal scrap is stored in several storage containers. This allows metal scrap to be processed from the storage containers or refilled into the melting crucible in portions, while molten metal scrap is poured out of the crucible intermittently, until all of the metal scrap provided has been used up. This, in conjunction with an electrode with a correspondingly large volume or mass, enables large quantities of metal scrap to be processed into castings in batches.
  • the prior art process typically only allows for a single large casting with a significantly lower weight of up to 6 tons.
  • the weight of the castings produced is comprised of the weight of the electrode and the weight of the metal scrap, less the mass of the skull remaining in the crucible. This skull can, if necessary, be processed or used as an electrode for a subsequent melting process.
  • a method according to the invention for producing castings from titanium-containing metal scrap and titanium-containing electrodes in a foundry plant with the features of claim 1 therefore provides that the metal scrap is stored in a storage room of the foundry plant in several storage containers, wherein the vacuum atmosphere is generated jointly in the storage room and the melting chamber and is maintained during the production process, and that the metal scrap from the storage containers is introduced in partial quantities or portions into the melting crucible consisting of an inert material.
  • liquefied metal from the melting pot is fed into the melting pot at least between some filling operations with the metal scrap from the storage containers.
  • At least one casting mold is cast. This allows the use of a melting crucible with a relatively small mass or volume, which reduces its handling in the melting chamber, particularly the requirements for the necessary drives, for example, for tilting to release the liquefied metal into the casting mold.
  • the metal scrap or, if applicable, additives for correcting the composition of the metal components are introduced into the trough-like, elongated melting crucible laterally next to the electrode immersed in the cross-section of the melting crucible during the melting process.
  • This has the advantage that the electrode does not generally have to be lifted or removed from the melting crucible to refill the metal scrap into the melting crucible, which simplifies handling and enables particularly easy refilling of metal scrap or additives.
  • this also means that the melting process in the melting crucible does not have to be interrupted while refilling the metal scrap, which is advantageous with regard to the desired melting process and the separation of undesirable components from the metal scrap and can thus lead to improved quality of the castings.
  • a further or additional measure to improve quality involves agitating the molten metal in the crucible using an electromagnetic stirring device. This particularly promotes homogenization of the molten metal and improved dissolution of undesirable, low-density titanium components in the melt.
  • the melting process can also be improved or optimized by moving the crucible horizontally beneath the consumable electrode during the melting process to homogenize the energy input via the electrode. This allows the electrode to gradually overlap the entire cross-section of the crucible and thus the metal scrap contained therein, particularly in conjunction with a crucible with an elongated cross-section.
  • a further, particularly preferred embodiment of the method provides for the vacuum atmosphere to be generated in at least two sub-areas separated from one another by a vacuum lock or similar device, wherein a first sub-area serves to accommodate the storage containers in the storage space and to form the melting chamber, and a second sub-area serves to accommodate the at least one casting mold in a casting chamber.
  • a further aspect of the invention relates to the requirement, particularly in the aerospace industry, for castings produced from molten metal scrap to reduce undesirable components from repeatedly melted metal.
  • the invention provides that the castings are produced using two electrodes: a first electrode, by means of which a first portion of the metal scrap is melted at the start of the process, and a second electrode, which is produced from a casting produced by the first electrode and the molten metal scrap in a formed crucible, so that the material of the first electrode and the metal scrap is then completely melted again by the second electrode.
  • the invention furthermore encompasses a foundry plant designed to carry out a method according to the invention as described so far.
  • the foundry plant according to the invention has a melting crucible made of inert material and having a cooled inner wall for receiving metal scrap in a melting chamber.
  • the inner wall encompasses both the area of a bottom and a side wall of the melting crucible.
  • a device for positioning a self-consumable electrode for melting the metal scrap and a storage space for receiving several storage containers for the metal scrap are provided.
  • a casting chamber serves to accommodate at least one casting mold, which is used to receive liquefied metal from the melting crucible.
  • the storage space, the melting chamber, and the casting chamber can be evacuated by means of a vacuum device, and the metal scrap can be transferred from one of the several storage containers into the melting crucible by means of a feed device.
  • At least the melting chamber and the casting chamber are separated or subdivided by a vacuum lock or similar device for generating separate vacuum atmospheres.
  • a particularly homogeneous quality of the molten metal and thus also of the castings is achieved when the melting pot interacts with an electromagnetic stirring device for the molten metal.
  • the metal scrap stored in the multiple storage containers is preferably prepared for discharge into the melting pot by arranging the storage containers on a device rotatable about an axis on a common pitch circle diameter.
  • the respective storage container to be emptied can be moved, for example, to overlap or close to the melting pot, or in operative connection with the transfer device, which can be designed as a downpipe, chute, or similar.
  • casting molds be arranged in a casting chamber, which can be positioned relative to the melting chamber by means of a platform. This allows the molten metal to be discharged into the respective casting mold simply by pivoting or tilting the crucible about a tilting axis.
  • the cooled inner wall of the crucible serves to ensure that the relatively dense components of the titanium-containing metal scrap and the electrode, which should ideally not be present in the castings, accumulate on the inner wall or solidify there.
  • initially liquefied metal which is to be used for the castings, from precipitating on the cooled inner wall or solidifying there, it is essential to pour the liquefied metal from the crucible into the casting mold as quickly as possible so that as much liquefied metal as possible is released from the crucible into the casting mold. To do this, it is necessary to first remove the self-consumable electrode from the area of the crucible before tilting or swiveling the crucible.
  • the electrode for lifting and/or immersing into the melting crucible is arranged so as to be adjustable by means of two separate drives, a first, electric motor drive for fine positioning of the electrode in the area of the melting crucible for melting the metal scrap, and a second, hydraulic drive with a (significantly) increased lifting speed compared to the first drive.
  • a preferred structural embodiment of the foundry plant comprises a melting chamber having a housing with an upper and a lower housing part, which, when connected to one another, form a diagonally extending parting plane.
  • the upper housing part together with the device for positioning the self-consumable electrode, is arranged so as to be adjustable in a housing part arranged laterally relative to the lower, stationary housing part and, in the lateral position, allows access to the melting crucible arranged in the lower housing part. This allows (easy) access to the melting crucible arranged in the lower housing part in the lateral position.
  • the foundry plant 100 shown is used to produce castings 1, such as cast blocks, from titanium-containing metal scrap 2 with the aid of self-consumable metallic electrodes 5, which also contain titanium.
  • the metal scrap 2 is preferably prepared in the form of chips or similar parts, shredded or crushed, in order to achieve the smallest possible free spaces between the individual pieces of the metal scrap 2.
  • the self-consumable electrode 5 contains titanium in a defined ratio to the remaining metal and can, for example, have a mass of up to 8 t. However, depending on the application, other masses or sizes of the electrode 5 are also conceivable.
  • the foundry plant 100 essentially has four functional areas 10 to 13.
  • the first functional area 10 forms a storage space 16 for accommodating several, for example ten, storage containers 18 for the metal scrap 2.
  • the second functional area 11, which is located laterally next to the first functional area 10, comprises a column-like device 19 for receiving or holding and positioning the self-consumable electrode 5.
  • the third functional area 12, which is arranged below the second functional area 11 and laterally below the first functional area 10, forms a melting chamber 20 in which at least one melting crucible 22a, 22b is arranged.
  • the at least one melting crucible 22a, 22b consists of an inert material, in particular copper.
  • the fourth functional area 13, which is arranged below the third functional area 12, forms a casting chamber 24.
  • at least one, preferably several casting molds 26 are arranged, in particular in the form of molds, which serve to form the castings 1 from the metal scrap 2 and the self-consumable electrode 5.
  • a vacuum atmosphere can be created both within the storage chamber 16 and within the melting chamber 20 and the casting chamber 24.
  • the vacuum system 28 is only symbolically represented and can be connected to the necessary elements, such as control valves, lines, etc.
  • a horizontally adjustable vacuum closure door 30 which, when opened, forms a through opening between the melting chamber 20 and the casting chamber 24 for discharging molten metal from the crucible 22a, 22b into a casting mold 26.
  • the casting chamber 24 can be opened by means of a laterally movable holding device 31 for the casting molds 26 to remove the castings 1 or the casting molds 26 or to insert new casting molds 26, whereby the outside atmosphere then prevails in the casting chamber 24.
  • the vacuum atmosphere continues to prevail in the melting chamber 20 and the storage chamber 16.
  • the holding device 31 forms with a side wall 32 a part of a housing 34 of the casting chamber 24, and can be arranged according to the Fig. 1 be moved laterally in the direction of arrow 35 to open the casting chamber 24.
  • a standing platform 38 is arranged so as to be rotatable about a vertically arranged axis 36, onto which the casting molds 26 can be placed by means of a lifting drive of the holding device 31 or can be taken from the standing platform 38.
  • the standing platform 38 serves to align a casting mold 26, which can be filled with the liquid metal, with the vacuum sealing door 30 and the melting crucible 22a, 22b.
  • standing platform 38 can also optionally serve for the arrangement of additional elements for the casting molds 26, for example rotating devices, electromagnetic stirring devices or the like, as are known per se from the prior art.
  • the melting chamber 20 has a diagonally divided, box-shaped housing 40 consisting of two housing parts 41, 42. When connected to one another, the two housing parts 41, 42 form a diagonally extending parting plane 44.
  • the lower housing part 41 is arranged in a stationary manner together with the housing 34 of the casting chamber 24.
  • the upper housing part 42 together with the storage chamber 16 attached to the upper housing part 42 and the device 19 for the electrode 5 for making the interior 45 of the housing 40 accessible, is arranged so as to be laterally movable as indicated by arrow 46.
  • the melting pot 22a, 22b is arranged on a horizontally directed surface in the direction of the double arrow 48 of the Fig. 1 movable platform 50. Furthermore, the platform 50 is arranged for pouring liquid metal from the melting pot 22a, 22b by an angle perpendicular to the plane of the drawing of the Fig. 1 extending axis in the direction of the rotation arrow 52. The metal is discharged via a pouring funnel 53 aligned with the vacuum closure door 30 (with the vacuum closure door 30 open) into a casting mold 26 aligned with the pouring funnel 53.
  • the horizontal mobility of the platform 50 serves in particular to align the melting crucible 22a, 22b with the electrode 5, in particular also to optimize the melting process.
  • the melting crucible 22a has a round cross-section, the inner diameter of which is typically only slightly larger than the outer diameter of the electrode 5 which can be immersed in the melting crucible 22a.
  • the melting crucible 22b in the Fig. 2 to 6 The cross-section is tub-shaped with an oval, elongated, or rectangular cross-section, with its greatest internal length being, for example, twice the internal width.
  • the internal width of the melting crucible 22b corresponds to the internal diameter of the melting crucible 22a.
  • the melting crucible 22a, 22b is equipped with a cooling device (not shown) in the form of a water cooling system, which enables cooling of the inner wall 55 of the melting crucible 22a, 22b, in particular the bottom and a side wall of the inner wall 55 or of the melting crucible 22a, 22b, to a temperature below the melting point of the metal scrap 5.
  • a cooling device not shown in the form of a water cooling system, which enables cooling of the inner wall 55 of the melting crucible 22a, 22b, in particular the bottom and a side wall of the inner wall 55 or of the melting crucible 22a, 22b, to a temperature below the melting point of the metal scrap 5.
  • the melting crucible 22a, 22b can be arranged in operative connection with an electromagnetic stirring device 56 also located on the platform 50, in order in particular to achieve an increase in quality or homogenization of the molten metal.
  • the storage containers 18 for the metal scrap 2 arranged in the storage space 16 are preferably arranged on a Fig. 2 to 6 recognizable, carousel-like device 58, which is rotatable about a vertical axis of rotation 59. This enables alignment of a storage container 18 to be emptied with a transfer device 60.
  • the transfer device 60 which is shown in the Fig. 1 shown in simplified form, can be designed in the form of an obliquely arranged downpipe or a chute or similar, which discharges the metal scrap 2 into the melting pot 22a, 22b by gravity in the direction of arrow 62.
  • the device 19 for receiving or holding and positioning the self-consumable electrode 5 has an electrode chamber 64 for receiving the electrode 5, which is connected to the melting chamber 20, so that the vacuum atmosphere also prevails or can be generated in the electrode chamber 64 by means of the vacuum system 28.
  • the cylindrically shaped electrode 5 is connected to the melting chamber 20 via a holding rod 66, which Electrode chamber 64 is sealed in the area of an upper wall 67 and is connected to a lifting device 70.
  • the lifting device 70 has two independently controllable drives 72, 74, both of which adjust the stroke of the holding rod 66 and thus of the electrode 5.
  • the first drive 72 is designed as an electric motor drive and serves for the fine adjustment or positioning of the electrode 5 relative to the metal scrap 2 during the melting process, in particular also for generating and maintaining the arc for melting the metal scrap 2 when applying different voltage potentials to the electrode 5 and the metal scrap 2, as is known per se from the prior art and is therefore not explained further.
  • the second drive 74 is designed as a hydraulic drive and enables a significantly greater lifting speed of the electrode 5 than the first drive 72, for example a lifting speed that is at least ten times as high as that of the first drive 72.
  • the second drive 74 serves to lift the electrode 5 as quickly as possible out of the tilting area of the crucible 22a, 22b before the liquefied metal is poured out of the crucible 22a, 22b in order to avoid or minimize solidification of liquefied metal on the inner wall 55.
  • the functioning of the foundry plant 100 described so far is explained below with reference to the sequence of figures of the Fig. 2 to 6 when using a trough-shaped, cooled crucible 22b as follows:
  • the storage containers 18 in the storage space 16 are filled with the metal scrap 2, for example, by filling each of the ten storage containers 18 with 500 kg of metal scrap 2.
  • the melting pot 22b is further filled with an initial amount of metal scrap 2, for example, 1,200 kg.
  • the electrode 5 is provided by the device 19. It has a mass of, for example, approximately 8,000 kg.
  • the mass of the electrode 5 is matched to the mass of the metal scrap 2 in the storage containers 18 and the melting pot 22b in such a way that the electrode 5 enables complete processing or melting of all the metal scrap 2 during the production process.
  • Also provided in the casting chamber 24 are, for example, three casting molds 26: two casting molds 26 for producing castings 1 or casting blocks, each weighing 2,500 kg, and one casting mold 26 for producing a casting 1 or casting block weighing 8,000 kg.
  • the latter casting mold 26 for producing the 8,000 kg cast part 1 can also be used, in particular, to produce another electrode 5.
  • the material of this electrode 5 is melted again in a subsequent production process, which enables an improvement in the quality or material composition of cast parts 1, particularly with regard to the requirements of the aerospace industry.
  • the vacuum atmosphere is created in the storage chamber 16, the melting chamber 20 and the casting chamber 24 by means of the vacuum system 28.
  • the electrode 5 is moved by means of the first drive 72, and on the other hand the melting pot 22b is moved horizontally by means of the platform 50 in order to achieve optimal coverage. between the electrode 5 and the metal scrap 2.
  • the electromagnetic stirring device 56 if present, can be activated.
  • the Fig. 4 a rapid lifting of the electrode 5 by means of the second drive 74 from the crucible 22b and a pouring of the liquefied metal into one of the casting molds 26 by tilting the crucible 22b.
  • a solidified metal layer 7 (skull), mainly containing the undesirable components of the titanium, remains, which was created by the cooled inner wall 55.
  • the filling of the melting pot 22b from a storage container 18 after pouring off liquefied Metal scrap 2 is described or shown in the figures.
  • the electrode 5 can be moved by means of the platform 50 to the area of a side wall of the melting crucible 22b, so that sufficient space or free space is created laterally for the discharge of metal scrap 2 from a storage container 18 into the melting crucible 22b.
  • the melting process does not have to be interrupted, but refilling can take place during the melting process itself.
  • the foundry plant 100 described so far and the methods for producing the castings 1 from the titanium-containing metal scrap 2 and titanium-containing electrodes 5 can be modified or altered in a variety of ways without deviating from the inventive concept.
  • the use of the foundry plant 100 is not limited to the processing of titanium-containing metal scrap 2 and electrodes 5. Rather, other metals or other metal scrap 2 can also be processed in principle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Gussteilen (1) aus Titan enthaltendem Metallschrott (2) in einer Gießereianlage (100) unter Verwendung einer selbstaufzehrenden, Titan enthaltenden Elektrode (5) in einem Schmelztiegel (22a; 22b), bei dem die Elektrode (5) und der Metallschrott (2) in einer Vakuumatmosphäre in einer Schmelzkammer (20) in dem Schmelztiegel (22a; 22b) aufgeschmolzen werden, wobei der Metallschrott (2) aus wenigstens einem Vorratsbehälter (18) in den Schmelztiegel (22a; 22b) eingebracht wird, wobei ein Schmelztiegel (22a; 22b) mit einer gekühlten Innenwand (55) verwendet wird, an der Bestandteile des aufgeschmolzenen Metalls teilweise erstarren, und wobei das verflüssigte Metall aus dem Schmelztiegel (22a; 22b) in wenigstens eine Gussform (26) zur Erzeugung der Gussteile (1) abgegossen wird.The invention relates to a method for producing cast parts (1) from titanium-containing metal scrap (2) in a foundry plant (100) using a self-consumable, titanium-containing electrode (5) in a melting crucible (22a; 22b), in which the electrode (5) and the metal scrap (2) are melted in a vacuum atmosphere in a melting chamber (20) in the melting crucible (22a; 22b), wherein the metal scrap (2) is introduced from at least one storage container (18) into the melting crucible (22a; 22b), wherein a melting crucible (22a; 22b) with a cooled inner wall (55) is used, on which components of the molten metal partially solidify, and wherein the liquefied metal is poured from the melting crucible (22a; 22b) into at least one casting mold (26) for producing the cast parts (1). becomes.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Gussteilen mittels selbstaufzehrender Elektroden aus Titan und Titan enthaltendem Metallschrott in einer Gießereianlage sowie eine Gießereianlage, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The invention relates to a method for producing castings by means of self-consumable electrodes made of titanium and metal scrap containing titanium in a foundry plant and to a foundry plant which is designed to carry out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Die Erzeugung von Gussteilen aus Titan enthaltendem Metallschrott und Titan enthaltenden, selbstaufzehrenden Elektroden in einer Gießereianlage stellt spezielle Anforderungen an die Verfahrensführung. Insbesondere ist es wünschenswert bzw. erstrebenswert, die in der Elektrode und dem Titanschrott enthaltenden, niedrige Dichten aufweisenden Einschlüsse wie z.B. Titannitride sowie auch Fremdpartikel, die eine relative hohe Dichte aufweisen, beim Aufschmelzen des Metallschrotts von dem Titian zu trennen, damit diese nicht oder nur in geringem Ausmaß in die Gussteile gelangen. Als möglicher Ansatz bietet sich dabei an, den Metallschrott innerhalb eines eine gekühlte Innenwand aufweisenden Schmelztiegels aufzuschmelzen. Dieser, unter Vakuum stattfindende Prozess bewirkt, dass die angesprochenen, in den Gussteilen unerwünschten Bestandteile der flüssigen Titanschmelze, die gegenüber den restlichen Bestandteilen eine höhere Dichte aufweisen, in dem Schmelzbad absinken und im Bereich der Innenwand des Schmelztiegels erstarren und somit beim Abgießen des restlichen, verflüssigten Metalls nicht in eine Gussform o.ä. und somit auch nicht in die Gussteile gelangen. Die an der Innenwand des Schmelztiegels erstarrte metallische Schale wird in der Fachwelt als "Skull" bezeichnet.The production of castings from titanium-containing metal scrap and titanium-containing self-consumable electrodes in a foundry plant places special demands on the process management. In particular, it is desirable or desirable to separate the low-density inclusions contained in the electrode and titanium scrap, such as titanium nitrides, as well as foreign particles with a relatively high density, from the titanium during melting of the metal scrap, so that these do not, or only to a limited extent, enter the castings. One possible approach is to melt the metal scrap in a crucible with a cooled inner wall. This vacuum process causes the undesirable components of the molten titanium melt, which are denser than the other components, to sink into the molten bath and solidify near the inner wall of the crucible. This prevents the remaining molten metal from entering a casting mold or similar material, and thus from entering the castings, when the remaining molten metal is poured. The metallic shell that has solidified on the inner wall of the crucible is referred to in the trade as the "skull."

Ein derartiges Verfahren ist aus der CN 113337728 A bekannt. Das bekannte, die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweisende Verfahren zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass der Metallschrott vor dem Beginn des Produktionszyklus aus einem Vorratsbehälter einmalig zugeführt bzw. bereitgestellt wird.Such a procedure is known from the CN 113337728 A The known method, which has the features of the preamble of claim 1, is further characterized in that the metal scrap is fed or provided once from a storage container before the start of the production cycle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Gussteilen aus Titan enthaltendem Metallschrott und einer Titan enthaltenden Elektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es bei einer chargenweisen Produktion der Gussteile in der Gießereianlage eine besonders hohe Produktivität ermöglicht bzw. die Verarbeitung von großen Mengen von Titan enthaltendem Metallschrott.The method according to the invention for producing castings from titanium-containing metal scrap and a titanium-containing electrode with the features of claim 1 has the advantage that it enables particularly high productivity or the processing of large quantities of titanium-containing metal scrap in batch production of the castings in the foundry plant.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine relativ große Menge von zum Aufschmelzen bereitgestellten Metallschrott dadurch innerhalb einer für die Verarbeitung zur Erzielung der hohen Qualität der Gussteile erforderlichen Vakuumatmosphäre zu bevorraten, dass der Metallschrott in mehreren Vorratsbehältern bevorratet wird, sodass unter zwischenzeitlichem Abgießen von aufgeschmolzenem Metallschrott aus dem Schmelztiegel solange Metallschrott aus den Vorratsbehältern verarbeitet bzw. in den Schmelztiegel portionsweise nachgefüllt werden kann, bis der gesamte bereitgestellte Metallschrott aufgebraucht ist. Dies ermöglicht im Zusammenhang mit einer ein entsprechend großes Volumen bzw. eine große Masse aufweisenden Elektrode chargenweise große Mengen an Metallschrott zu Gussteilen zu verarbeiten.The invention is based on the idea of storing a relatively large quantity of metal scrap prepared for melting within a vacuum atmosphere required for processing to achieve the high quality of the castings. The metal scrap is stored in several storage containers. This allows metal scrap to be processed from the storage containers or refilled into the melting crucible in portions, while molten metal scrap is poured out of the crucible intermittently, until all of the metal scrap provided has been used up. This, in conjunction with an electrode with a correspondingly large volume or mass, enables large quantities of metal scrap to be processed into castings in batches.

Dadurch werden in der Praxis mittels einer entsprechenden Gießereianlage innerhalb eines Produktionszyklus im Mehrfachguss Gussteile hergestellt, die insgesamt ein Gewicht von bis zu 13t aufweisen können, während es bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren üblicherweise nur möglich ist, ein großes Gussteil mit einem wesentlich geringeren Gewicht von maximal 6t herzustellen. Dabei setzt sich das Gewicht der erzeugten Gussteile aus dem Gewicht der Elektrode und dem Gewicht des Metallschrotts, reduziert um die Masse des in dem Schmelztiegel verbleibenden Skulls zusammen. Dieser Skull kann ggf. zu einer Elektrode für einen nachfolgenden Schmelzvorgang aufbereitet bzw. benutzt werden.In practice, this means that, using a suitable foundry system, castings with a total weight of up to 13 tons can be produced within a single production cycle using multiple castings, whereas the prior art process typically only allows for a single large casting with a significantly lower weight of up to 6 tons. The weight of the castings produced is comprised of the weight of the electrode and the weight of the metal scrap, less the mass of the skull remaining in the crucible. This skull can, if necessary, be processed or used as an electrode for a subsequent melting process.

Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen sieht es daher ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen von Gussteilen aus Titan enthaltendem Metallschrott und Titan enthaltenden Elektroden in einer Gießereianlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor, dass der Metallschrott in einem Vorratsraum der Gießereianlage in mehreren Vorratsbehältern bevorratet wird, wobei in dem Vorratsraum und der Schmelzkammer die Vakuumatmosphäre gemeinsam erzeugt und während des Produktionsprozesses aufrecht erhalten wird, und dass der Metallschrott aus den Vorratsbehältern in Teilmengen bzw. portionsweise in den aus einem inerten Material bestehenden Schmelztiegel eingebracht wird.Against the background of the above explanations, a method according to the invention for producing castings from titanium-containing metal scrap and titanium-containing electrodes in a foundry plant with the features of claim 1 therefore provides that the metal scrap is stored in a storage room of the foundry plant in several storage containers, wherein the vacuum atmosphere is generated jointly in the storage room and the melting chamber and is maintained during the production process, and that the metal scrap from the storage containers is introduced in partial quantities or portions into the melting crucible consisting of an inert material.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von Gussteilen aus Titan enthaltendem Metallschrott sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous further developments of the method according to the invention for producing castings from metal scrap containing titanium are listed in the subclaims.

Wie bereits oben erläutert, ist es von besonderem Vorteil, wenn verflüssigtes Metall aus dem Schmelztiegel zumindest zwischen einigen Füllvorgängen mit dem Metallschrott aus den Vorratsbehältern in die wenigstens eine Gussform abgegossen wird. Dies ermöglicht es, einen Schmelztiegel mit einer relativ kleinen Masse bzw. einem relativ kleinen Volumen einzusetzen, was dessen Handling in der Schmelzkammer, insbesondere die Anforderungen an die benötigten Antriebe, zum Beispiel zum Kippen zur Abgabe des verflüssigten Metalls in die Gussform, reduziert.As already explained above, it is particularly advantageous if liquefied metal from the melting pot is fed into the melting pot at least between some filling operations with the metal scrap from the storage containers. At least one casting mold is cast. This allows the use of a melting crucible with a relatively small mass or volume, which reduces its handling in the melting chamber, particularly the requirements for the necessary drives, for example, for tilting to release the liquefied metal into the casting mold.

Weiterhin ist es ganz besonders bevorzugt vorgesehen, wenn der Metallschrott oder auch ggf. Zuschläge zur Korrektur der Zusammensetzung der Bestandteile des Metalls in den einen wannenartigen, eine längliche Form aufweisenden Schmelztiegel seitlich neben der in den Querschnitt des Schmelztiegels eintauchenden Elektrode während des Schmelzprozesses abgegeben wird. Dies hat den Vorteil, dass die Elektrode zum Nachfüllen des Metallschrotts in den Schmelztiegel grundsätzlich nicht aus dem Schmelztiegel angehoben bzw. entfernt werden muss, was das Handling vereinfacht und ein besonders einfaches Nachfüllen von Metallschrott bzw. der Zuschläge ermöglicht. Insbesondere muss dadurch auch der Schmelzprozess in dem Schmelztiegel während des Nachfüllens des Metallschrotts nicht unterbrochen werden, was mit Blick auf den gewünschten Schmelzprozess und die Ausscheidung der nicht erwünschten Bestandteile aus dem Metallschrott von Vorteil ist und somit zu einer verbesserten Qualität der Gussteile führen kann.Furthermore, it is particularly preferred if the metal scrap or, if applicable, additives for correcting the composition of the metal components are introduced into the trough-like, elongated melting crucible laterally next to the electrode immersed in the cross-section of the melting crucible during the melting process. This has the advantage that the electrode does not generally have to be lifted or removed from the melting crucible to refill the metal scrap into the melting crucible, which simplifies handling and enables particularly easy refilling of metal scrap or additives. In particular, this also means that the melting process in the melting crucible does not have to be interrupted while refilling the metal scrap, which is advantageous with regard to the desired melting process and the separation of undesirable components from the metal scrap and can thus lead to improved quality of the castings.

Eine weitere bzw. zusätzliche Maßnahme zur Qualitätssteigerung sieht vor, dass das in dem Schmelztiegel befindliche, aufgeschmolzene Metall durch eine elektromagnetische Rühreinrichtung bewegt wird. Dadurch wird insbesondere eine Homogenisierung der Metallschmelze und ein verbessertes Auflösen von an sich unerwünschten, eine niedrige Dichte aufweisenden Bestandteilen des Titans in der Schmelze begünstigt.A further or additional measure to improve quality involves agitating the molten metal in the crucible using an electromagnetic stirring device. This particularly promotes homogenization of the molten metal and improved dissolution of undesirable, low-density titanium components in the melt.

Ebenso kann der Schmelzprozess verbessert bzw. optimiert werden, wenn zur Homogenisierung des Energieeintrags über die Elektrode der Schmelztiegel während des Schmelzprozesses unterhalb der selbstaufzehrenden Elektrode in horizontaler Richtung bewegt wird. Dies führt insbesondere im Zusammenhang mit einem einen länglichen Querschnitt aufweisenden Schmelztiegel dazu, dass die Elektrode nach und nach in Überdeckung mit dem gesamten Querschnitt des Schmelztiegels und somit dem darin befindlichen Metallschrott gelangen kann.The melting process can also be improved or optimized by moving the crucible horizontally beneath the consumable electrode during the melting process to homogenize the energy input via the electrode. This allows the electrode to gradually overlap the entire cross-section of the crucible and thus the metal scrap contained therein, particularly in conjunction with a crucible with an elongated cross-section.

Eine weitere, ganz besonders bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Vakuumatmosphäre in wenigstens zwei, voneinander durch eine Vakuumschleuse o.ä. Einrichtung voneinander getrennte Teilbereichen erzeugt wird, wobei ein erster Teilbereich der Aufnahme der Vorratsbehälter in dem Vorratsraum und der Ausbildung der Schmelzkammer dient und ein zweiter Teilbereich der Aufnahme der wenigstens einen Gussform in einer Gusskammer. Die ermöglicht es, die in der Gusskammer erzeugten Gussteile aus der Gusskammer durch Verbindung mit der Außenatmosphäre abzuführen und neue Gussformen in die Gusskammer einzuführen, ohne dass hierzu die Vakuumatmosphäre in der Schmelzkammer aufgehoben werden muss.A further, particularly preferred embodiment of the method provides for the vacuum atmosphere to be generated in at least two sub-areas separated from one another by a vacuum lock or similar device, wherein a first sub-area serves to accommodate the storage containers in the storage space and to form the melting chamber, and a second sub-area serves to accommodate the at least one casting mold in a casting chamber. This makes it possible to remove the castings produced in the casting chamber from the casting chamber by connecting them to the outside atmosphere and to introduce new casting molds into the casting chamber without having to remove the vacuum atmosphere in the melting chamber.

Ein weiterer Aspkt der Erfindung betrifft die Anforderung insbesondere der Luft- und Raumfahrtindustrie, nach der aus dem aufgeschmolzenen Metallschrott erzeugte Gussteile zur Reduzierung unerwünschter Bestandteile aus mehrfach aufgeschmolzenem Metall gewonnen werden können. Hierzu seiht es die Erfindung vor, dass die Gussteile mittels zweier Elektroden erzeugt werden, einer ersten Elektrode, mittels der eine erste Portion des Metallschrotts bei Prozessbeginn aufgeschmolzen wird, und einer zweiten Elektrode, die aus einem durch die erste Elekrode und dem aufgeschmolzenen Metallschrott erzeugten Gussteil in einem dazu ausgebildeten Schmelztiegel geformt wird, so dass das Material der ersten Elektrode und des Metallschrotts anschließend durch die zweite Elektrode nochmals vollständig aufgeschmolzen wird.A further aspect of the invention relates to the requirement, particularly in the aerospace industry, for castings produced from molten metal scrap to reduce undesirable components from repeatedly melted metal. For this purpose, the invention provides that the castings are produced using two electrodes: a first electrode, by means of which a first portion of the metal scrap is melted at the start of the process, and a second electrode, which is produced from a casting produced by the first electrode and the molten metal scrap in a formed crucible, so that the material of the first electrode and the metal scrap is then completely melted again by the second electrode.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Gießereianlage, die zum Durchführen eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Gießereianlage weist einen eine gekühlte Innenwand aufweisenden, aus inertem Material bestehenden Schmelztiegel zur Aufnahme von Metallschrott in einer Schmelzkammer auf. Die Innenwand umfasst dabei sowohl den Bereich eines Bodens als auch den einer Seitenwand des Schmelztiegels. Weiterhin sind eine Einrichtung zur Positionierung einer selbstaufzehrenden Elektrode zum Aufschmelzen des Metallschrotts sowie ein Vorratsraum zur Aufnahme mehrerer Vorratsbehälter für den Metallschrott vorgesehen. Eine Gusskammer dient zur Anordnung wenigstens einer Gussform, die zur Aufnahme von verflüssigtem Metall aus dem Schmelztiegel verwendet wird. Weiterhin sind der Vorratsraum, die Schmelzkammer und die Gusskammer mittels einer Vakuumeinrichtung evakuierbar, und der Metallschrott ist aus jeweils einem der mehreren Vorratsbehältern mittels einer Zuführeinrichtung in den Schmelztiegel überführbar.The invention furthermore encompasses a foundry plant designed to carry out a method according to the invention as described so far. The foundry plant according to the invention has a melting crucible made of inert material and having a cooled inner wall for receiving metal scrap in a melting chamber. The inner wall encompasses both the area of a bottom and a side wall of the melting crucible. Furthermore, a device for positioning a self-consumable electrode for melting the metal scrap and a storage space for receiving several storage containers for the metal scrap are provided. A casting chamber serves to accommodate at least one casting mold, which is used to receive liquefied metal from the melting crucible. Furthermore, the storage space, the melting chamber, and the casting chamber can be evacuated by means of a vacuum device, and the metal scrap can be transferred from one of the several storage containers into the melting crucible by means of a feed device.

Zum verbesserten Handling von Gussformen in der Gusskammer sind zumindest die Schmelzkammer und die Gusskammer durch eine Vakuumschleuse o.ä. Einrichtung zur Erzeugung separater Vakuumatmosphären voneinander getrennt bzw. unterteilbar.To improve the handling of casting molds in the casting chamber, at least the melting chamber and the casting chamber are separated or subdivided by a vacuum lock or similar device for generating separate vacuum atmospheres.

Eine besonders homogene Qualität des aufgeschmolzenen Metalls und somit auch der Gussteile wird erzielt, wenn der Schmelztiegel mit einer elektromagnetisch arbeitenden Rühreinrichtung für das aufgeschmolzene Metall zusammenwirkt.A particularly homogeneous quality of the molten metal and thus also of the castings is achieved when the melting pot interacts with an electromagnetic stirring device for the molten metal.

Der in den mehreren Vorratsbehältern bevorratete Metallschrott wird vorzugsweise dadurch zur Abgabe in den Schmelztiegel bereitgestellt, dass die Vorratsbehälter auf einer Einrichtung auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser um eine Achse drehbar angeordnet sind. Dadurch kann durch Drehen der Einrichtung um die Achse der jeweilige, zu entleerende Vorratsbehälter beispielsweise in Überdeckung bzw. in die Nähe des Schmelztiegels bewegt werden, oder aber in Wirkverbindung mit der Überführeinrichtung, die als Fallrohr, Schüttrinne o.ä. ausgebildet sein kann.The metal scrap stored in the multiple storage containers is preferably prepared for discharge into the melting pot by arranging the storage containers on a device rotatable about an axis on a common pitch circle diameter. Thus, by rotating the device about the axis, the respective storage container to be emptied can be moved, for example, to overlap or close to the melting pot, or in operative connection with the transfer device, which can be designed as a downpipe, chute, or similar.

Um insbesondere mehrere bzw. unterschiedliche Gussteile aus dem Metallschrott herstellen zu können, ist es darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, wenn in einer Gusskammer mehrere, mittels einer Plattform zur Schmelzkammer positionierbare Gussformen angeordnet sind. Dies ermöglicht es, durch alleiniges Schwenken bzw. Kippen des Schmelztiegels um eine Kippachse das aufgeschmolzene Metall in die jeweilige Gussform abzugeben.In order to be able to produce multiple or different castings from the metal scrap, it is also preferred that several casting molds be arranged in a casting chamber, which can be positioned relative to the melting chamber by means of a platform. This allows the molten metal to be discharged into the respective casting mold simply by pivoting or tilting the crucible about a tilting axis.

Wie eingangs bereits erläutert, dient die gekühlte Innenwand des Schmelztiegels dazu, dass die eine relativ hohe Dichte aufweisenden Bestandteile des Titan enthaltenden Metallschrotts und der Elektrode, die möglichst nicht in den Gussteilen vorhanden sein sollen, sich an der Innenwand ansammeln bzw. dort erstarren. Um zu vermeiden, dass weiteres, zunächst verflüssigtes Metall, das für die Gussteile verwendet werden soll, sich an der gekühlten Innenwand niederschlägt bzw. dort erstarrt ist es wesentlich, zum Abgeben des verflüssigten Metalls aus dem Schmelztiegel das Abgießen in die Gussform möglichst schnell durchzuführen, sodass möglichst viel verflüssigtes Metall aus dem Schmelztiegel in die Gussform abgegeben wird. Hierzu ist es erforderlich, vor dem Abkippen bzw. Schwenken des Schmelztiegels zunächst die selbstaufzehrende Elektrode aus dem Bereich des Schmelztiegels anzuheben. Um dies möglichst rasch zu ermöglichen, sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Gießereianlage vor, dass die Elektrode zum Anheben und/oder Eintauchen in den Schmelztiegel mittels zweier separater Antriebe verstellbar angeordnet ist, einem ersten, elektromotorischen Antrieb zur Feinpositionierung der Elektrode im Bereich des Schmelztiegels zum Aufschmelzen des Metallschrotts, und einem zweiten, hydraulischen Antrieb mit gegenüber dem ersten Antrieb (deutlich) vergrößerter Hubgeschwindigkeit.As already explained at the beginning, the cooled inner wall of the crucible serves to ensure that the relatively dense components of the titanium-containing metal scrap and the electrode, which should ideally not be present in the castings, accumulate on the inner wall or solidify there. To prevent further, initially liquefied metal, which is to be used for the castings, from precipitating on the cooled inner wall or solidifying there, it is essential to pour the liquefied metal from the crucible into the casting mold as quickly as possible so that as much liquefied metal as possible is released from the crucible into the casting mold. To do this, it is necessary to first remove the self-consumable electrode from the area of the crucible before tilting or swiveling the crucible. To enable this as quickly as possible, a preferred development of the foundry plant provides that the electrode for lifting and/or immersing into the melting crucible is arranged so as to be adjustable by means of two separate drives, a first, electric motor drive for fine positioning of the electrode in the area of the melting crucible for melting the metal scrap, and a second, hydraulic drive with a (significantly) increased lifting speed compared to the first drive.

Zuletzt weist eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Gießereianlage eine Schmelzkammer auf, die ein Gehäuse mit einem oberen und einem unteren Gehäuseteil hat, die in miteinander verbundenem Zustand eine diagonal verlaufende Trennebene ausbilden, wobei das obere Gehäuseteil zusammen mit der Einrichtung zur Positionierung der selbstaufzehrenden Elektrode in eine lateral zum unteren, ortsfest angeordneten Gehäuseteil verstellbar angeordnet ist und in der seitlichen Stellung einen Zugang zum dem in dem unteren Gehäuseteil angeordneten Schmelztiegel ermöglicht. Dies ermöglicht in der seitlichen Stellung einen (einfachen) Zugang zu dem in dem unteren Gehäuseteil angeordneten Schmelztiegel.Finally, a preferred structural embodiment of the foundry plant comprises a melting chamber having a housing with an upper and a lower housing part, which, when connected to one another, form a diagonally extending parting plane. The upper housing part, together with the device for positioning the self-consumable electrode, is arranged so as to be adjustable in a housing part arranged laterally relative to the lower, stationary housing part and, in the lateral position, allows access to the melting crucible arranged in the lower housing part. This allows (easy) access to the melting crucible arranged in the lower housing part in the lateral position.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1
zeigt eine Seitenansicht bzw. einen Längsschnitt einer Gießereianlage zum Erzeugen von Gussteilen aus Titan enthaltendem Metallschrott unter Zuhilfenahme einer selbstaufzehrenden Elektrode und
Fig. 2 bis Fig. 6
jeweils in schematischen Darstellungen unterschiedliche, zeitlich aufeinanderfolgende Schritte zum Erzeugen von Gussteilen mittels der Gießereianlage gemäß Fig. 1.
Short description of the drawings
Fig. 1
shows a side view or a longitudinal section of a foundry plant for producing castings from titanium containing metal scrap using a self-consumable electrode and
Fig. 2 to Fig. 6
each in schematic representations different, chronologically successive steps for producing castings using the foundry plant according to Fig. 1 .

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.

Die in der Fig. 1 dargestellte Gießereianlage 100 dient der Herstellung von Gussteilen 1, wie Gussblöcken, aus Titan enthaltendem Metallschrott 2 unter Zuhilfenahme von selbstaufzehrenden, ebenfalls Titan enthaltenden metallischen Elektroden 5. Der Metallschrott 2 ist vorzugsweise in Form von Chips o.ä. Teilen geschreddert bzw. zerkleinert vorbereitet, um möglichst geringe Freiräume zwischen den einzelnen Teilen des Metallschrotts 2 zu erzielen. Die selbstaufzehrende Elektrode 5 enthält Titan in einem definierten Verhältnis zum restlichen Metall und kann beispielsweise eine Masse von bis zu 8t aufweisen. Jedoch sind je nach Anwendungsfall grundsätzlich auch andere Massen bzw. Größen der Eletrode 5 denkbar.The Fig. 1 The foundry plant 100 shown is used to produce castings 1, such as cast blocks, from titanium-containing metal scrap 2 with the aid of self-consumable metallic electrodes 5, which also contain titanium. The metal scrap 2 is preferably prepared in the form of chips or similar parts, shredded or crushed, in order to achieve the smallest possible free spaces between the individual pieces of the metal scrap 2. The self-consumable electrode 5 contains titanium in a defined ratio to the remaining metal and can, for example, have a mass of up to 8 t. However, depending on the application, other masses or sizes of the electrode 5 are also conceivable.

Die Gießereianlage 100 weist im Wesentlichen vier Funktionsbereiche 10 bis 13 auf. Der erste Funktionsbereich 10 bildet einen Vorratsraum 16 zur Aufnahme mehrerer, beispielsweise von zehn Vorratsbehältern 18 für den Metallschrott 2 aus. Der zweite Funktionsbereich 11, der seitlich neben dem ersten Funktionsbereich 10 angeordnet ist, umfasst eine säulenartige Einrichtung 19 zur Aufnahme bzw. Halterung und Positionierung der selbstaufzehrenden Elektrode 5. Der dritte Funktionsbereich 12, der unterhalb des zweiten Funktionsbereichs 11 und seitlich unterhalb des ersten Funktionsbereichs 10 angeordnet ist, bildet eine Schmelzkammer 20 aus, in der wenigstens ein Schmelztiegel 22a, 22b angeordnet ist. Der wenigstens eine Schmelztiegel 22a, 22b besteht aus einem inerten Material, insbesondere aus Kupfer. Der vierte Funktionsbereich 13, der unterhalb des dritten Funktionsbereichs 12 angeordnet ist, bildet eine Gusskammer 24 aus. In der Gusskammer 24 ist wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Gussformen 26 angeordnet, insbesondere in Form von Kokillen, die zur Ausbildung der Gussteile 1 aus dem Metallschrott 2 und der selbstaufzehrenden Elektrode 5 dienen.The foundry plant 100 essentially has four functional areas 10 to 13. The first functional area 10 forms a storage space 16 for accommodating several, for example ten, storage containers 18 for the metal scrap 2. The second functional area 11, which is located laterally next to the first functional area 10, comprises a column-like device 19 for receiving or holding and positioning the self-consumable electrode 5. The third functional area 12, which is arranged below the second functional area 11 and laterally below the first functional area 10, forms a melting chamber 20 in which at least one melting crucible 22a, 22b is arranged. The at least one melting crucible 22a, 22b consists of an inert material, in particular copper. The fourth functional area 13, which is arranged below the third functional area 12, forms a casting chamber 24. In the casting chamber 24, at least one, preferably several casting molds 26 are arranged, in particular in the form of molds, which serve to form the castings 1 from the metal scrap 2 and the self-consumable electrode 5.

Sowohl innerhalb des Vorratsraums 16, als auch innerhalb der Schmelzkammer 20 und der Gusskammer 24 ist eine Vakuumatmosphäre erzeugbar. Hierzu sind die genannten Bereiche mit einem in der Fig. 1 lediglich symbolisch dargestellten Vakuumsystem 28 mit den dafür erforderlichen Elementen, wie Regelventilen, Leitungen usw. verbindbar. Zwischen der Schmelzkammer 20 und der Gusskammer 24 ist darüber hinaus eine horizontal verstellbare Vakuumverschlusstür 30 angeordnet, die in geöffnetem Zustand eine Durchgangsöffnung zwischen der Schmelzkammer 20 und der Gusskammer 24 zur Abgabe von geschmolzenem Metall aus dem Schmelztiegel 22a, 22b in eine Gussform 26 ausbildet. In geschlossenem Zustand der Vakuumverschlusstür 30 kann hingegen die Gusskammer 24 zur Entnahme der Gussteile 1 bzw. der Gussformen 26 oder zum Einbringen neuer Gussformen 26 mittels einer seitlich beweglichen Halteeinrichtung 31 für die Gussformen 26 geöffnet werden, wobei dann in der Gusskammer 24 die Außenatmosphäre herrscht. Gleichzeitig kann jedoch in der Schmelzkammer 20 sowie dem Vorratsraum 16 weiterhin die Vakuumatmosphäre herrschen.A vacuum atmosphere can be created both within the storage chamber 16 and within the melting chamber 20 and the casting chamber 24. For this purpose, the aforementioned areas are Fig. 1 The vacuum system 28 is only symbolically represented and can be connected to the necessary elements, such as control valves, lines, etc. Between the melting chamber 20 and the casting chamber 24, there is also a horizontally adjustable vacuum closure door 30, which, when opened, forms a through opening between the melting chamber 20 and the casting chamber 24 for discharging molten metal from the crucible 22a, 22b into a casting mold 26. When the vacuum closure door 30 is closed, however, the casting chamber 24 can be opened by means of a laterally movable holding device 31 for the casting molds 26 to remove the castings 1 or the casting molds 26 or to insert new casting molds 26, whereby the outside atmosphere then prevails in the casting chamber 24. At the same time, however, The vacuum atmosphere continues to prevail in the melting chamber 20 and the storage chamber 16.

Die Halteeinrichtung 31 bildet mit einer Seitenwand 32 einen Teil eines Gehäuses 34 der Gusskammer 24 aus, und kann entsprechend der Fig. 1 in Richtung des Pfeils 35 zum Öffnen der Gusskammer 24 seitlich bewegt werden. Innerhalb der Gusskammer 24 ist eine um eine vertikal angeordnete Achse 36 drehbeweglich angeordnete Standplattform 38 angeordnet, auf die die Gussformen 26 mittels eines Hubantriebs der Halteeinrichtung 31 absetzbar bzw. von der Standplattform 38 übernehmbar sind. Die Standplattform 38 dient der Ausrichtung einer mit dem flüssigen Metall befüllbaren Gussform 26 zur Vakuumverschlusstür 30 sowie dem Schmelztiegel 22a, 22b.The holding device 31 forms with a side wall 32 a part of a housing 34 of the casting chamber 24, and can be arranged according to the Fig. 1 be moved laterally in the direction of arrow 35 to open the casting chamber 24. Within the casting chamber 24, a standing platform 38 is arranged so as to be rotatable about a vertically arranged axis 36, onto which the casting molds 26 can be placed by means of a lifting drive of the holding device 31 or can be taken from the standing platform 38. The standing platform 38 serves to align a casting mold 26, which can be filled with the liquid metal, with the vacuum sealing door 30 and the melting crucible 22a, 22b.

Ferner kann die Standplattform 38 auch optional der Anordnung von Zusatzelementen für die Gussformen 26, zum Beispiel von Dreheinrichtungen, elektromagnetischer Rühreinrichtung o.ä. dienen, wie diese aus dem Stand der Technik an sich bekannt sind.Furthermore, the standing platform 38 can also optionally serve for the arrangement of additional elements for the casting molds 26, for example rotating devices, electromagnetic stirring devices or the like, as are known per se from the prior art.

Die Schmelzkammer 20 weist ein aus zwei Gehäuseteilen 41, 42 bestehendes, diagonal geteiltes, kastenförmiges Gehäuse 40 auf. Die beiden Gehäuseteile 41, 42 bilden in miteinander verbundenen Zustand eine die diagonal verlaufende Trennebene 44 aus. Das untere Gehäuseteil 41 ist zusammen mit dem Gehäuse 34 der Gusskammer 24 ortsfest angeordnet. Demgegenüber ist das obere Gehäuseteil 42 zusammen mit dem an dem oberen Gehäuseteil 42 befestigten Vorratsraum 16 und der Einrichtung 19 für die Elektrode 5 zur Zugänglichmachung des Innenraums 45 des Gehäuses 40 entsprechend des Pfeils 46 seitlich verfahrbar angeordnet.The melting chamber 20 has a diagonally divided, box-shaped housing 40 consisting of two housing parts 41, 42. When connected to one another, the two housing parts 41, 42 form a diagonally extending parting plane 44. The lower housing part 41 is arranged in a stationary manner together with the housing 34 of the casting chamber 24. In contrast, the upper housing part 42, together with the storage chamber 16 attached to the upper housing part 42 and the device 19 for the electrode 5 for making the interior 45 of the housing 40 accessible, is arranged so as to be laterally movable as indicated by arrow 46.

Im Innenraum 45 des Gehäuses 40 ist der Schmelztiegel 22a, 22b auf einer horizontal in Richtung des Doppelpfeils 48 der Fig. 1 beweglichen Plattform 50 angeordnet. Weiterhin ist die Plattform 50 zum Ausgießen von flüssigem Metall aus dem Schmelztiegel 22a, 22b um eine senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 verlaufende Achse in Richtung des Drehpfeils 52 kippbar angeordnet. Dabei wird das Metall über einen mit der Vakuumverschlusstür 30 ausgerichteten Abgießtrichter 53 (bei geöffneter Vakuumverschlusstür 30) in eine mit dem Abgießtrichter 53 ausgerichtete Gussform 26 abgegeben. Die horizontale Bewegbarkeit der Plattform 50 dient insbesondere der Ausrichtung des Schmelztiegels 22a, 22b zur Elektrode 5, insbesondere auch zur Optimierung des Schmelzprozesses.In the interior 45 of the housing 40, the melting pot 22a, 22b is arranged on a horizontally directed surface in the direction of the double arrow 48 of the Fig. 1 movable platform 50. Furthermore, the platform 50 is arranged for pouring liquid metal from the melting pot 22a, 22b by an angle perpendicular to the plane of the drawing of the Fig. 1 extending axis in the direction of the rotation arrow 52. The metal is discharged via a pouring funnel 53 aligned with the vacuum closure door 30 (with the vacuum closure door 30 open) into a casting mold 26 aligned with the pouring funnel 53. The horizontal mobility of the platform 50 serves in particular to align the melting crucible 22a, 22b with the electrode 5, in particular also to optimize the melting process.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Schmelztiegel 22a einen runden Querschnitt auf, dessen Innendurchmesser typischerweise nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der in den Schmelztiegel 22a eintauchbaren Elektrode 5. Demgegenüber ist der Schmelztiegel 22b in den Fig. 2 bis 6 im Querschnitt wannenförmig mit ovalem, länglichem bzw. rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei dessen größte Innenlänge beispielsweise der doppelten Innenbreite entsprechen kann. Dabei entspricht die Innenbreite des Schmelztiegels 22b dem Innendurchmesser des Schmelztiegels 22a.In the Fig. 1 In the embodiment shown, the melting crucible 22a has a round cross-section, the inner diameter of which is typically only slightly larger than the outer diameter of the electrode 5 which can be immersed in the melting crucible 22a. In contrast, the melting crucible 22b in the Fig. 2 to 6 The cross-section is tub-shaped with an oval, elongated, or rectangular cross-section, with its greatest internal length being, for example, twice the internal width. The internal width of the melting crucible 22b corresponds to the internal diameter of the melting crucible 22a.

Insbesondere bei der Verarbeitung von Titan aufweisenden Metallschrott 5 ist der Schmelztiegel 22a, 22b mit einer nicht dargestellten Kühleinrichtung in Form einer Wasserkühlung ausgestattet, die eine Kühlung der Innenwand 55 des Schmelztiegels 22a, 22b, insbesondere des Bodens und einer Seitenwand der Innenwand 55 bzw. des Schmelztiegels 22a, 22b auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Metallschrotts 5, ermöglicht. Dadurch können während des Schmelzprozesses in den auszubildenden Gussteilen 1 nicht erwünschte Bestandteile des Metallschrotts 2 und der Elektrode 5, die gegenüber dem restlichen Metallschrott 2 eine erhöhte Dichte aufweisen, in Richtung der Innenwand 55 bzw. zum Boden hin absinken oder sich an der Seitenwand ansammeln und dort zu einer schalenförmigen Metallschicht 7, Skull genannt, erstarren, sodass das Material der Metallschicht 7 nicht in die Gussformen 26 abgegossen wird bzw. nicht in die Gussformen 26 gelangt.Particularly when processing metal scrap 5 containing titanium, the melting crucible 22a, 22b is equipped with a cooling device (not shown) in the form of a water cooling system, which enables cooling of the inner wall 55 of the melting crucible 22a, 22b, in particular the bottom and a side wall of the inner wall 55 or of the melting crucible 22a, 22b, to a temperature below the melting point of the metal scrap 5. As a result, during the melting process, no Desired components of the metal scrap 2 and the electrode 5, which have an increased density compared to the remaining metal scrap 2, sink towards the inner wall 55 or towards the bottom or accumulate on the side wall and solidify there to form a shell-shaped metal layer 7, called a skull, so that the material of the metal layer 7 is not poured into the casting molds 26 or does not reach the casting molds 26.

Zusätzlich kann der Schmelztiegel 22a, 22b in Wirkverbindung mit einer ebenfalls auf der Plattform 50 befindlichen elektromagnetischen Rühreinrichtung 56 angeordnet sein, um insbesondere eine Qualitätssteigerung bzw. Homogenisierung der Metallschmelze zu erzielen.In addition, the melting crucible 22a, 22b can be arranged in operative connection with an electromagnetic stirring device 56 also located on the platform 50, in order in particular to achieve an increase in quality or homogenization of the molten metal.

Die in dem Vorratsraum 16 angeordneten Vorratsbehälter 18 für den Metallschrott 2 sind vorzugsweise auf einer lediglich in den Fig. 2 bis 6 erkennbaren, karusselartigen Einrichtung 58 angeordnet, die um eine vertikale Drehachse 59 drehbar ist. Dadurch wird eine Ausrichtung eines zu entleerenden Vorratsbehälters 18 mit einer Übergabeeinrichtung 60 ermöglicht. Die Übergabeeinrichtung 60, die in der Fig. 1 vereinfacht dargestellt ist, kann in Form eines schräg angeordneten Fallrohrs oder einer Schüttrinne o.ä. ausgebildet sein, die den Metallschrott 2 durch Schwerkraftwirkung in Richtung des Pfeils 62 in den Schmelztiegel 22a, 22b abzugeben.The storage containers 18 for the metal scrap 2 arranged in the storage space 16 are preferably arranged on a Fig. 2 to 6 recognizable, carousel-like device 58, which is rotatable about a vertical axis of rotation 59. This enables alignment of a storage container 18 to be emptied with a transfer device 60. The transfer device 60, which is shown in the Fig. 1 shown in simplified form, can be designed in the form of an obliquely arranged downpipe or a chute or similar, which discharges the metal scrap 2 into the melting pot 22a, 22b by gravity in the direction of arrow 62.

Die Einrichtung 19 zur Aufnahme bzw. Halterung und Positionierung der selbstaufzehrenden Elektrode 5 weist einen Elektrodenraum 64 zur Aufnahme der Elektrode 5 auf, der mit der Schmelzkammer 20 verbunden ist, sodass mittels des Vakuumsystems 28 in dem Elektrodenraum 64 ebenfalls die Vakuumatmosphäre herrscht bzw. erzeugbar ist. Die zylindrisch ausgebildete Elektrode 5 ist über eine Haltestange 66, die den Elektrodenraum 64 im Bereich einer oberen Wand 67 abgedichtet durchsetzt, mit einer Hubeinrichtung 70 verbunden. Die Hubeinrichtung 70 weist zwei, voneinander unabhängig steuerbare Antriebe 72, 74 auf, die beide eine Hubverstellung der Haltestange 66 und dadurch der Elektrode 5 bewirken. Der erste Antrieb 72 ist in Form eines elektromotorischen Antriebs ausgebildet und dient der Feinjustierung bzw. Positionierung der Elektrode 5 zum Metallschrott 2 während des Schmelzprozesses, insbesondere auch zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens zum Aufschmelzen des Metallschrotts 2 beim Anlegen unterschiedlicher Spannungspotentiale an der Elektrode 5 und dem Metallschrott 2, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt, und daher nicht weiter erläutert wird. Der zweite Antrieb 74 ist als hydraulischer Antrieb ausgebildet und ermöglicht eine bedeutend größere Hubgeschwindigkeit der Elektrode 5 als der erste Antrieb 72, beispielsweise eine Hubgeschwindigkeit, die mindestens zehn Mal so groß ist wie die des ersten Antriebs 72. Der zweite Antrieb 74 dient dazu, die Elektrode 5 vor dem Abgießen des verflüssigten Metalls aus dem Schmelztiegel 22a, 22b möglichst schnell aus dem Kippbereich des Schmelztiegels 22a, 22b anzuheben, um eine Erstarrung von verflüssigtem Metall an der Innenwand 55 zu vermeiden bzw. zu minimieren.The device 19 for receiving or holding and positioning the self-consumable electrode 5 has an electrode chamber 64 for receiving the electrode 5, which is connected to the melting chamber 20, so that the vacuum atmosphere also prevails or can be generated in the electrode chamber 64 by means of the vacuum system 28. The cylindrically shaped electrode 5 is connected to the melting chamber 20 via a holding rod 66, which Electrode chamber 64 is sealed in the area of an upper wall 67 and is connected to a lifting device 70. The lifting device 70 has two independently controllable drives 72, 74, both of which adjust the stroke of the holding rod 66 and thus of the electrode 5. The first drive 72 is designed as an electric motor drive and serves for the fine adjustment or positioning of the electrode 5 relative to the metal scrap 2 during the melting process, in particular also for generating and maintaining the arc for melting the metal scrap 2 when applying different voltage potentials to the electrode 5 and the metal scrap 2, as is known per se from the prior art and is therefore not explained further. The second drive 74 is designed as a hydraulic drive and enables a significantly greater lifting speed of the electrode 5 than the first drive 72, for example a lifting speed that is at least ten times as high as that of the first drive 72. The second drive 74 serves to lift the electrode 5 as quickly as possible out of the tilting area of the crucible 22a, 22b before the liquefied metal is poured out of the crucible 22a, 22b in order to avoid or minimize solidification of liquefied metal on the inner wall 55.

Die Funktionsweise der soweit beschriebenen Gießereianlage 100 wird nachfolgend anhand der Figurenfolge der Fig. 2 bis 6 bei Verwendung eines wannenförmigen, gekühlten Schmelztiegels 22b wie folgt erläutert: Zur Vorbereitung des Produktionsprozesses entsprechend der Fig. 2 werden die Vorratsbehälter 18 in dem Vorratsraum 16 mit dem Metallschrott 2 befüllt, indem beispielsweise in die zehn Vorratsbehälter 18 jeweils 500kg Metallschrott 2 gefüllt wird. Der Schmelztiegel 22b wird weiterhin mit einer Initialmenge an Metallschrott 2, beispielsweise 1.200kg, befüllt. Die Elektrode 5 wird mittels der Einrichtung 19 bereitgestellt. Sie weist eine Masse von beispielsweise ca. 8.000kg auf.The functioning of the foundry plant 100 described so far is explained below with reference to the sequence of figures of the Fig. 2 to 6 when using a trough-shaped, cooled crucible 22b as follows: To prepare the production process according to the Fig. 2 The storage containers 18 in the storage space 16 are filled with the metal scrap 2, for example, by filling each of the ten storage containers 18 with 500 kg of metal scrap 2. The melting pot 22b is further filled with an initial amount of metal scrap 2, for example, 1,200 kg. The electrode 5 is provided by the device 19. It has a mass of, for example, approximately 8,000 kg.

Die Masse der Elektrode 5 ist derart auf die Massen des Metallschrotts 2 in den Vorratsbehältern 18 sowie den Schmelztiegel 22b abgestimmt, dass die Elektrode 5 eine vollständige Verarbeitung bzw. ein Aufschmelzen des gesamten Metallschrotts 2 während des Produktionsprozesses ermöglicht. Auch werden in der Gusskammer 24 beispielsweise drei Gussformen 26 bereitgestellt, zwei Gussformen 26 zur Erzeugung von Gussteilen 1 bzw. Gussblöcken mit jeweils 2.500kg Gewicht, und eine Gussform 26 zur Erzeugung eines Gussteils 1 bzw. Gussblocks mit 8.000kg Gewicht.The mass of the electrode 5 is matched to the mass of the metal scrap 2 in the storage containers 18 and the melting pot 22b in such a way that the electrode 5 enables complete processing or melting of all the metal scrap 2 during the production process. Also provided in the casting chamber 24 are, for example, three casting molds 26: two casting molds 26 for producing castings 1 or casting blocks, each weighing 2,500 kg, and one casting mold 26 for producing a casting 1 or casting block weighing 8,000 kg.

Die letztgenannte Gussform 26 zur Erzeugung des Gussteils 1 mit 8.000kg Gewicht kann insbesondere auch dazu dienen, daraus eine weitere Elektrode 5 herzustellen. Dadurch wird bei einem nachfolgenden Produktionsprozess das Material dieser Elektrode 5 nochmals aufgeschmolzen, was eine Verbesserung der Qualität bzw. Materialzusammensetzung von Gussteilen 1, insbesodnere mit Blick auf die Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie, ermöglicht.The latter casting mold 26 for producing the 8,000 kg cast part 1 can also be used, in particular, to produce another electrode 5. As a result, the material of this electrode 5 is melted again in a subsequent production process, which enables an improvement in the quality or material composition of cast parts 1, particularly with regard to the requirements of the aerospace industry.

Sobald die soweit beschriebenen Vorbereitungen abgeschlossen sind, wird mittels des Vakuumsystems 28 in dem Vorratsraum 16, der Schmelzkammer 20 und der Gusskammer 24 die Vakuumatmosphäre erzeugt.Once the preparations described so far have been completed, the vacuum atmosphere is created in the storage chamber 16, the melting chamber 20 and the casting chamber 24 by means of the vacuum system 28.

Anschließend erfolgt entsprechend der Fig. 3 das Absenken der Elektrode 5 in den Schmelztiegel 22b zur Erzeugung des Lichtbogens und das Aufschmelzen des Metallschrotts 2 mittels der Elektrode 5, wobei diese teilweise aufgezehrt wird und ihre Masse um beispielsweise 1.800kg reduziert wird. Während des Aufschmelzens des Metallschrotts 2 wird zur Optimierung des Schmelzprozesses einerseits die Elektrode 5 mittels des ersten Antriebs 72 bewegt, und andererseits der Schmelztiegel 22b mittels der Plattform 50 horizontal bewegt, um eine optimale Überdeckung zwischen der Elektrode 5 und dem Metallschrott 2 zu erzielen. Ebenso kann die ggf. vorhandene elektromagnetische Rühreinrichtung 56 aktiviert sein. Während des Schmelzprozesses sinken einerseits eine relativ hohe Dichte aufweisende, in den Gussteilen 1 unerwünschte Bestandteile des Titans in dem Schmelztiegel 22b ab bzw. erstarren an der gekühlten Innenwand 55 des Schmelztiegels 22b. Andererseits werden relativ leichte, unerwünschte Bestandteile des Titans durch den optimierten Schmelzprozess in der Metallschmelze aufgelöst.Subsequently, according to the Fig. 3 the lowering of the electrode 5 into the melting pot 22b to generate the arc and the melting of the metal scrap 2 by means of the electrode 5, whereby the latter is partially consumed and its mass is reduced by, for example, 1,800 kg. During the melting of the metal scrap 2, in order to optimize the melting process, on the one hand the electrode 5 is moved by means of the first drive 72, and on the other hand the melting pot 22b is moved horizontally by means of the platform 50 in order to achieve optimal coverage. between the electrode 5 and the metal scrap 2. Likewise, the electromagnetic stirring device 56, if present, can be activated. During the melting process, on the one hand, relatively dense, undesirable titanium components in the castings 1 sink in the melting crucible 22b or solidify on the cooled inner wall 55 of the melting crucible 22b. On the other hand, relatively light, undesirable titanium components are dissolved in the molten metal by the optimized melting process.

Sobald die Initialmenge an Metallschrott 2 vollständig aufgeschmolzen ist, erfolgt entsprechend der Fig. 4 ein schnelles Anheben der Elektrode 5 mittels des zweiten Antriebs 74 aus dem Schmelztiegel 22b und ein Abgießen des verflüssigten Metalls in eine der Gussformen 26 durch Kippen des Schmelztiegels 22b. In der Fig. 4 erkennt man, dass im Schmelztiegel 22b eine erstarrte Metallschicht 7 (Skull), hauptsächlich die unerwünschten Bestandteile des Titans enthaltend, verbleibt, die durch die gekühlte Innenwand 55 erzeugt wurde.As soon as the initial amount of metal scrap 2 has been completely melted, the Fig. 4 a rapid lifting of the electrode 5 by means of the second drive 74 from the crucible 22b and a pouring of the liquefied metal into one of the casting molds 26 by tilting the crucible 22b. In the Fig. 4 it can be seen that in the crucible 22b a solidified metal layer 7 (skull), mainly containing the undesirable components of the titanium, remains, which was created by the cooled inner wall 55.

Danach erfolgt entsprechend der Fig. 5 die Abgabe von Metallschrott 2 aus einem der Vorratsbehälter 18 in den Schmelztiegel 22b, beispielhaft bei angehobener Elektrode 5. Anschließend wiederholen sich die Schritte entsprechend der Fig. 3 bis 5 solange, bis alle Vorratsbehälter 18 entleert bzw. die Gussteile 1 erzeugt worden sind.Afterwards, according to the Fig. 5 the discharge of metal scrap 2 from one of the storage containers 18 into the melting pot 22b, for example with the electrode 5 raised. The steps are then repeated according to the Fig. 3 to 5 until all storage containers 18 have been emptied or the castings 1 have been produced.

In der Fig. 6 ist das Abgießen des letzten verflüssigten Metallschrotts 2 in die letzte Gussform 26 dargestellt. Weiterhin erkennt man auch, dass die Elektrode 5, bis auf einen letzten nicht verwertbaren Stumpf, aufgezehrt wurde.In the Fig. 6 The casting of the last liquefied metal scrap 2 into the last casting mold 26 is shown. Furthermore, it can also be seen that the electrode 5 has been consumed, except for a final, unusable stump.

Ergänzend wird erwähnt, dass das Befüllen des Schmelztiegels 22b aus einem Vorratsbehälter 18 nach dem Abgießen von verflüssigtem Metallschrott 2 beschrieben bzw. in den Figuren dargestellt ist. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung bzw. es hat sich sogar als vorteilhaft erwiesen, das Nachfüllen von Metallschrott 2 aus den Vorratsbehältern 18 zumindest teilweise während des Schmelzprozesses des Metallschrotts 2 selbst durchzuführen. Hierzu kann, insbesondere bei Verwendung des Schmelztiegels 22b, die Elektrode 5 mittels der Plattform 50 an den Bereich einer Seitenwand des Schmelztiegels 22b bewegt werden, sodass seitlich genügend Platz bzw. Freiraum zur Abgabe von Metallschrott 2 aus einem Vorratsbehälter 18 in den Schmelztiegel 22b geschaffen wird. Dadurch muss der Schmelzprozess nicht unterbrochen werden, sondern das Nachfüllen kann während des Schmelzprozesses selbst erfolgen.It is additionally mentioned that the filling of the melting pot 22b from a storage container 18 after pouring off liquefied Metal scrap 2 is described or shown in the figures. However, it is within the scope of the invention or it has even proven advantageous to carry out the refilling of metal scrap 2 from the storage containers 18 at least partially during the melting process of the metal scrap 2 itself. For this purpose, in particular when using the melting crucible 22b, the electrode 5 can be moved by means of the platform 50 to the area of a side wall of the melting crucible 22b, so that sufficient space or free space is created laterally for the discharge of metal scrap 2 from a storage container 18 into the melting crucible 22b. As a result, the melting process does not have to be interrupted, but refilling can take place during the melting process itself.

Die soweit beschriebene Gießereianlage 100 bzw. die Verfahren zur Erzeugung der Gussteile 1 aus dem Titan enthaltenden Metallschrott 2 sowie Titan enthaltenden Elektroden 5 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist die Verwendung der Gießereianlage 100 nicht auf die Verarbeitung von Titan enthaltenden Metallschrott 2 und Elektroden 5 begrenzt. Vielmehr können auch grundsätzlich andere Metalle bzw. anderer Metallschrott 2 verarbeitet werden.The foundry plant 100 described so far and the methods for producing the castings 1 from the titanium-containing metal scrap 2 and titanium-containing electrodes 5 can be modified or altered in a variety of ways without deviating from the inventive concept. Thus, the use of the foundry plant 100 is not limited to the processing of titanium-containing metal scrap 2 and electrodes 5. Rather, other metals or other metal scrap 2 can also be processed in principle.

BezugszeichenReference symbol

11
GussteilCasting
22
Metallschrottscrap metal
55
Elektrodeelectrode
77
Metallschichtmetal layer
10-1310-13
FunktionsbereichFunctional area
1616
Vorratsraumpantry
1818
Vorratsbehälterstorage container
1919
EinrichtungFurnishings
2020
SchmelzkammerMelting chamber
22a, 22b22a, 22b
Schmelztiegelmelting pot
2424
Gusskammercasting chamber
2626
Gussformmold
2828
Vakuumsystemvacuum system
3030
VakuumverschlusstürVacuum seal door
3131
HalteeinrichtungHolding device
3232
Seitenwandside wall
3434
GehäuseHousing
3535
PfeilArrow
3636
Achseaxis
3838
StandplattformStanding platform
4040
GehäuseHousing
41, 4241, 42
GehäuseteilHousing part
4444
TrennebeneSeparation plane
4545
InnenraumInterior
4646
PfeilArrow
4848
Doppelpfeildouble arrow
5050
Plattformplatform
5252
Drehpfeilrotation arrow
5353
AbgießtrichterPouring funnel
5555
Innenwandinterior wall
5656
RühreinrichtungStirring device
5858
EinrichtungFurnishings
5959
Drehachseaxis of rotation
6060
ÜbergabeeinrichtungTransfer device
6262
PfeilArrow
6464
ElektrodenraumElectrode room
6666
HaltestangeGrab bar
6767
WandWall
7070
HubeinrichtungLifting device
72, 7472, 74
Antriebdrive
100100
GießereianlageFoundry plant

Claims (15)

Verfahren zum Erzeugen von Gussteilen (1) aus Titan enthaltendem Metallschrott (2) und einer Titan enthaltenden, selbstaufzehrenden Elektrode (5) in einem Schmelztiegel (22a; 22b) innerhalb einer Gießereianlage (100), bei dem die Elektrode (5) und der Metallschrott (2) in einer Vakuumatmosphäre in einer Schmelzkammer (20) in dem Schmelztiegel (22a; 22b) aufgeschmolzen werden, wobei der Metallschrott (2) aus wenigstens einem Vorratsbehälter (18) in den Schmelztiegel (22a; 22b) eingebracht wird, wobei ein Schmelztiegel (22a; 22b) mit einer gekühlten Innenwand (55) verwendet wird, an der Bestandteile des aufgeschmolzenen Metalls teilweise erstarren und eine Metallschicht (7) bilden, und wobei das verflüssigte Metall aus dem Schmelztiegel (22a; 22b) in wenigstens eine Gussform (26) zur Erzeugung der Gussteile (1) abgegossen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Metallschrott (2) in einem Vorratsraum (16) der Gießereianlage (100) in mehreren Vorratsbehältern (18) bevorratet wird, wobei in dem Vorratsraum (16) und der Schmelzkammer (20) die Vakuumatmosphäre gemeinsam erzeugt und aufrecht erhalten wird, und dass der Metallschrott (2) aus den Vorratsbehältern (18) portionsweise in den aus einem inerten Material bestehenden Schmelztiegel (22a; 22b) eingebracht wird.
Method for producing castings (1) from titanium-containing metal scrap (2) and a titanium-containing, self-consumable electrode (5) in a melting crucible (22a; 22b) within a foundry plant (100), in which the electrode (5) and the metal scrap (2) are melted in a vacuum atmosphere in a melting chamber (20) in the melting crucible (22a; 22b), wherein the metal scrap (2) is introduced from at least one storage container (18) into the melting crucible (22a; 22b), wherein a melting crucible (22a; 22b) with a cooled inner wall (55) is used, on which components of the molten metal partially solidify and form a metal layer (7), and wherein the liquefied metal from the melting crucible (22a; 22b) is poured into at least one casting mold (26) for producing the castings (1) is poured off,
characterized by
that the metal scrap (2) is stored in a storage room (16) of the foundry plant (100) in several storage containers (18), wherein the vacuum atmosphere is generated and maintained jointly in the storage room (16) and the melting chamber (20), and that the metal scrap (2) is introduced in portions from the storage containers (18) into the melting crucible (22a; 22b) consisting of an inert material.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass verflüssigtes Metall aus dem Schmelztiegel (22a; 22b) zumindest zwischen einigen Füllvorgängen des Metallschrotts (2) aus den Vorratsbehältern (18) in die wenigstens eine Gussform (26) abgegossen wird.
Method according to claim 1,
characterized by
that liquefied metal from the melting pot (22a; 22b) at least between some filling operations of the metal scrap (2) is poured from the storage containers (18) into the at least one casting mold (26).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Metallschrott (2) in den einen wannenartigen, eine ovale längliche Form aufweisenden Schmelztiegel (22b) seitlich neben der in den Querschnitt des Schmelztiegels (22b) eintauchenden Elektrode (5) während des Schmelzprozesses oder zwischen dem Abgießen in die wenigstens eine Gussform (26) abgegeben wird.
Method according to claim 1 or 2,
characterized by
that the metal scrap (2) is discharged into the trough-like melting crucible (22b) having an oval elongated shape laterally next to the electrode (5) immersed in the cross-section of the melting crucible (22b) during the melting process or between pouring into the at least one casting mold (26).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das in dem Schmelztiegel (22a; 22b) befindliche, aufgeschmolzene Metall durch eine elektromagnetische Rühreinrichtung (56) bewegt wird.
Method according to one of claims 1 to 3,
characterized by
that the molten metal in the melting pot (22a; 22b) is moved by an electromagnetic stirring device (56).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schmelztiegel (22a; 22b) während des Schmelzprozesses unterhalb der selbstaufzehrenden Elektrode (5) in horizontaler Richtung bewegt wird.
Method according to one of claims 1 to 4,
characterized by
that the melting crucible (22a; 22b) is moved in a horizontal direction below the self-consumable electrode (5) during the melting process.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vakuumatmosphäre in wenigstens zwei, voneinander durch eine Vakuumschleuse (30) o.ä. Einrichtung voneinander getrennte Teilbereichen erzeugt wird, wobei ein erster Teilbereich der Aufnahme der Vorratsbehälter (18) in dem Vorratsraum (16) und der Ausbildung der Schmelzkammer (20) dient und ein zweiter Teilbereich der Aufnahme der wenigstens einen Gussform (26) in einer Gusskammer (24).
Method according to one of claims 1 to 5,
characterized by
that the vacuum atmosphere is generated in at least two partial areas separated from one another by a vacuum lock (30) or similar device, wherein a first partial area serves to accommodate the storage containers (18) in the storage space (16) and to form the melting chamber (20) and a second Partial region of the receptacle of the at least one casting mold (26) in a casting chamber (24).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gussteile (1) mittels zweier Elektroden (5) erzeugt werden, einer ersten Elektrode (5), mittels der eine erste Portion des Metallschrotts (2) bei Prozessbeginn aufgeschmolzen wird, und einer zweiten Elektrode (5), die aus einem durch die erste Elekrode (5) und dem aufgeschmolzenen Metallschrott (2) erzeugten Gussteil (1) in einem dazu ausgebildeten Schmelztiegel geformt wird, so dass das Material der ersten Elektrode (5) und des Metallschrotts (2) anschließend durch die zweite Elektrode (5) nochmals vollständig aufgeschmolzen wird.
Method according to one of claims 1 to 6,
characterized by
that the castings (1) are produced by means of two electrodes (5), a first electrode (5) by means of which a first portion of the metal scrap (2) is melted at the start of the process, and a second electrode (5) which is formed from a casting (1) produced by the first electrode (5) and the melted metal scrap (2) in a melting crucible designed for this purpose, so that the material of the first electrode (5) and the metal scrap (2) is then completely melted again by the second electrode (5).
Gießereianlage (100), ausgebildet zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend einen eine gekühlte Innenwand (55) aufweisenden aus inertem Material bestehenden Schmelztiegel (22a; 22b) zur Aufnahme von Metallschrott (2) in einer Schmelzkammer (20), eine Einrichtung (19) zur Positionierung einer selbstaufzehrenden Elektrode (5) zum Aufschmelzen des Metallschrotts (2), einen Vorratsraum (16) zur Aufnahme mehrerer Vorratsbehälter (18) für den Metallschrott (2), eine Gusskammer (24) zur Anordnung wenigstens einer Gussform (26) zur Aufnahme von verflüssigtem Metall aus dem Schmelztiegel (22a; 22b), wobei der Vorratsraum (16), die Schmelzkammer (20) und die Gusskammer (24) mittels einer Vakuumeinrichtung (28) evakuierbar sind, und wobei der Metallschrott (2) aus jeweils einem der mehreren Vorratsbehältern (18) mittels einer Zuführeinrichtung (58, 60) in den Schmelztiegel (22a; 22b) überführbar ist.Foundry plant (100), designed to carry out a method according to one of claims 1 to 7, comprising a melting crucible (22a; 22b) made of inert material and having a cooled inner wall (55) for receiving metal scrap (2) in a melting chamber (20), a device (19) for positioning a self-consumable electrode (5) for melting the metal scrap (2), a storage space (16) for receiving a plurality of storage containers (18) for the metal scrap (2), a casting chamber (24) for arranging at least one casting mold (26) for receiving liquefied metal from the melting crucible (22a; 22b), wherein the storage space (16), the melting chamber (20) and the casting chamber (24) can be evacuated by means of a vacuum device (28), and wherein the metal scrap (2) can be removed from one of the plurality of storage containers (18) by means of a feed device (58, 60) can be transferred into the melting pot (22a; 22b). Gießereianlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die Schmelzkammer (20) und die Gusskammer (24) durch eine Vakuumschleuse (30) o.ä. Einrichtung zur Erzeugung separater Vakuumatmosphären voneinander getrennt bzw. unterteilbar sind.
Foundry plant according to claim 8,
characterized by
that at least the melting chamber (20) and the casting chamber (24) are separated or subdividable from one another by a vacuum lock (30) or similar device for generating separate vacuum atmospheres.
Gießereianlage nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schmelztiegel (22b) in der Schmelzkammer (20) horizontal verstellbar angeordnet ist.
Foundry plant according to claim 8 or 9,
characterized by
that the melting crucible (22b) is arranged horizontally adjustable in the melting chamber (20).
Gießereianlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schmelztiegel (22a; 22b) mit einer elektromagnetischen Rühreinrichtung (56) zusammenwirkt.
Foundry plant according to one of claims 8 to 10,
characterized by
that the melting crucible (22a; 22b) interacts with an electromagnetic stirring device (56).
Gießereianlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorratsbehälter (18) auf einer Einrichtung (58) auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser um eine Achse (59) drehbar angeordnet sind.
Foundry plant according to one of claims 8 to 11,
characterized by
that the storage containers (18) are arranged on a device (58) on a common pitch circle diameter so as to be rotatable about an axis (59).
Gießereianlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einer Gusskammer (24) mehrere, mittels einer Plattform (38) zur Schmelzkammer (20) positionierbare Gussformen (26) angeordnet sind.
Foundry plant according to one of claims 8 to 12,
characterized by
that a plurality of casting molds (26) are arranged in a casting chamber (24) and can be positioned relative to the melting chamber (20) by means of a platform (38).
Gießereianlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die selbstaufzehrende Elektrode (5) in oder aus Richtung des Schmelztiegels (22a; 22b) mittels zweier separater Antriebe (72, 74) verstellbar angeordnet ist, einem ersten, elektromotorischen Antrieb (72) zur Feinpositionierung der Elektrode (5) im Bereich des Schmelztiegels (22a; 22b) während des Schmelzprozesses und einem zweiten, hydraulischen Antrieb (74) mit gegenüber dem ersten Antrieb (72) vergrößerter Hubgeschwindigkeit.
Foundry plant according to one of claims 8 to 13,
characterized by
that the self-consumable electrode (5) is arranged to be adjustable in or out of the direction of the melting crucible (22a; 22b) by means of two separate drives (72, 74), a first, electromotive drive (72) for fine positioning of the electrode (5) in the region of the melting crucible (22a; 22b) during the melting process and a second, hydraulic drive (74) with a stroke speed which is increased compared to the first drive (72).
Gießereianlage nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schmelzkammer (20) ein Gehäuse (40) mit einem oberen und einem unteren Gehäuseteil (41, 42) aufweist, die in miteinander verbundenem Zustand eine diagonal verlaufende Trennebene (44) ausbilden, und dass das obere Gehäuseteil (42) zusammen mit der Einrichtung (19) zur Positionierung der selbstaufzehrenden Elektrode (5) in eine lateral zum unteren, ortsfest angeordneten Gehäuseteil (41) verstellbar angeordnet ist und in der seitlichen Stellung einen Zugang zum dem in dem unteren Gehäuseteil (41) angeordneten Schmelztiegel (22a; 22b) ermöglicht.
Foundry plant according to one of claims 8 to 14,
characterized by
that the melting chamber (20) has a housing (40) with an upper and a lower housing part (41, 42) which, when connected to one another, form a diagonally extending parting plane (44), and that the upper housing part (42) together with the device (19) for positioning the self-consumable electrode (5) is arranged so as to be adjustable in a housing part (41) arranged laterally to the lower, stationary part, and in the lateral position allows access to the melting crucible (22a; 22b) arranged in the lower housing part (41).
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