DE19960362C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Stranggußblöcken aus Titanlegierungen - Google Patents

Abstract

Beim Herstellen von Strangußblöcken (15) aus Titanlegierungen durch Umschmelzen von Festkörpern aus der Gruppe Abschmelzelektroden (6) und stückigen Legierungskörpern (7) wird mindestens eine Heizquelle (H) aus der Gruppe Abschmelzelektroden (6), Plasmabrenner (12) und Permanentelektroden verwendet. Das Umschmelzen erfolgt unter einer Schlackenschmelze (5) und einem nicht mit der Titanlegierung reagierenden Schutzgas und durch Erstarrung der Metallschmelze in einer Stranggußkokille (13), wobei über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille (13) mindestens eine der besagten Heizquellen (H) angeordnet ist. Zur Verbilligung der Herstellung und der Erzielung höchster Reinheit und Homogenität in allen Raumkoordinaten der Stranggußblöcke (15) wird zwischen der mindestens einen Heizquelle (H) und der Stranggußkokille (13) ein mit der Schlackenschmelze (5) gefüllter Zwischentiegel (3) mit mindestens einer seitlichen Ausladung (3a) angeordnet. Ferner wird mindestens ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine seitliche Ausladung (3a) hindurchgeführt und nach dem Durchtritt durch die Schlacklenschmelze (5) in der Stranggußkokille (13) gesammelt und zur Erstarrung gebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stranggußblöcken aus Titanlegierungen durch Umschmelzen von Festkörpern aus der Gruppe Abschmelzelektroden und stückigen Legierungskörpern mittels mindestens einer Heizquelle aus der Gruppe Abschmelzelektroden, Plasmabrenner und Permanentelektroden unter einer Schlackenschmelze und einem nicht mit der Titanlegierung reagierenden Schutzgas und durch Erstarrung der Metallschmelze in einer Stranggußkokille, wobei über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille mindestens eine der besagten Heizquellen angeordnet ist.

Teile aus Titan und Titanlegierungen mit höchster Reinheit und Festigkeit werden heute zur Gewichts- und damit Treibstoffersparnis in zunehmen­ dem Maße für die Flugzeug- und Raumfahrttechnik benötigt. Das Haupt­ hindernis für eine verstärkte Anwendung im Automobilbau waren bisher die Herstellkosten.

Es ist bekannt, Titanschwamm zu Zylindern zu verpressen und deren Oberfläche durch Plasmaschweißen zu Abschmelzelektroden zu verfesti­ gen. Anschließend werden diese Elektroden im Stranggußverfahren durch das bekannte und aufwendige Vakuumlichtbogenschmelzen (VAR) zu zylindrischen Blöcken umgeschmolzen, wobei dieser Vorgang ein- oder zweimal wiederholt werden muß, um die erforderliche Reinheit und Homo­ genität zu erhalten. Der zuletzt erhaltene zylindrische Block wird dann durch Warmwalzen zu Platten verformt, aus denen dann die gewünschten Endprodukte erzeugt werden können. Der Hauptnachteil liegt in der Notwendigkeit, diese vielstufigen Prozesse in unterschiedlichen Anlagen durchführen zu müssen, wobei für die mehrfachen Umschmelzprozesse jedesmal die Schmelzwärme aufgebracht und während der Erstarrung wieder abgeführt werden muß. Der Energieaufwand ist also beträchtlich.

Durch die DE 42 12 947 C2 ist es bekannt, Titan und Titanlegierungen unter Schutzgas und Schlacke nach dem Elektroschlacke-Umschmelz­ verfahren aus Abschmelzelektroden in Strangußkokillen umzuschmelzen. Hierbei ist die Legierungszusammensetzung jedoch nur durch die Zusam­ mensetzung des Elektrodenwerkstoffs und der Schlacke beeinflußbar.

Durch den Aufsatz von Schlienger "Melting Systems for Production of Titanium Ingots and Castings", veröffentlicht in TITANIUM SCIENCE AND TECHNOLOGY" Band 1, Deutsche Gesellschaft für Metallkunde, Septem­ ber 1984, Seiten 15 bis 30, ist es gleichfalls bekannt, zunächst Abschmelz­ elektroden durch Verpressen von Pulver und Aufschmelzen der Oberfläche herzustellen und diese dann nach dem VAR-Verfahren umzuschmelzen, oder aus Partikeln durch Permanentelektroden oder Plasmabrenner Abschmelzelektroden aus Titanlegierungen herzustellen. Weiterhin ist es bekannt, solche Abschmelzelektroden von oben oder von der Seite her zuzuführen und mittels Elektronenstrahlen umzuschmelzen. Bei einer Elektrodenzufuhr von der Seite her ist es auch bekannt, zwischen der Abschmelzelektrode und der Stranggußkokille eine Zwischenpfanne, einen sogenannte "Herd", anzuordnen. Die Anwendung von Elektronenstrahlen ist jedoch wegen der Notwendigkeit eines Hochvakuums aufwendig.

Durch die EP 0 896 197 A1 ist es bekannt, eine titanhaltige Abschmelzelek­ trode waagrecht durch die Seitenwand einer Vakuumkammer einzuführen und im Boden der Vakuumkammer eine Stranggußkokille vorzusehen, wobei zwischen dem inneren Elektrodenende und der Stranggußkokille ein gekühlter Herd vorgesehen ist, durch den die Schmelze waagrecht in Mäanderform zwischen Strömungsbarrieren hindurch geleitet wird. Die gesamte Anordnung wird von oben mittels Elektronenstrahlen beheizt. Die Anwendung von Elektronenstrahlen ist jedoch wegen der Notwendigkeit eines Hochvakuums aufwendig. Die Anwendung von Schlacke ist nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Herstellverfahren für Halbzeuge aus Titanlegierungen mit höchster Reinheit und Festigkeit anzugeben, deren Energiebedarf und damit Kosten deutlich unter den Herstellkosten bekannter Verfahren liegen. Unter Reinheit ist dabei die Freiheit von gelösten Gasen sowie von oxidischen und anderen Frem­ stoffeinschlüssen, zum Beispiel von unaufgeschmolzenem Chargierma­ terial zu verstehen. Weiterhin wird eine gute Homogenität der Stranguß­ blöcke in allen drei Raumkoordinaten gefordert.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt daher erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen der mindestens einen Heizquelle und der Strang­ gußkolille ein mit der Schlackenschmelze gefüllter Zwischentiegel mit mindestens einer seitlichen Ausladung angeordnet wird und daß minde­ stens ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine seitliche Ausladung hindurchgeführt und nach dem Durchtritt durch die Schlacken­ schmelze in der Stranggußkokille gesammelt und zur Erstarrung gebracht wird.

Durch die Erfindung können Teile aus Titan und Titanlegierungen mit höch­ ster Reinheit und Festigkeit sowie geringem Gewicht hergestellt werden. Die Gewichtsersparnis führt bei Fahrzeugen letztendlich auch zu einer Treibstoffersparnis. Die Herstellkosten können dabei derart verringert werden, daß entsprechende Teile in zunehmendem Maße auch für die Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden können.

Es ist nicht mehr erforderlich, Titanschwamm zu Zylindern zu verpressen und deren Oberfläche durch Plasmaschweißen zu Abschmelzelektroden zu verfestigen und diese mehrfach umzuschmelzen. Es ist weiterhin nicht mehr erforderlich, den zuletzt erhaltenen zylindrischen Block durch Warm­ walzen zu Platten zu verformen, die dann nochmals zu Halbzeugen gewalzt werden, aus denen dann die gewünschten Endprodukte erzeugt werden können. Der Hauptvorteil liegt in einer Vermeidung vielstufiger Prozesse in unterschiedlichen Anlagen. Durch Wegfall der mehrfachen Umschmelz­ prozesse wird der Energieaufwand beträchtlich verringert, und die Kosten liegen deutlich unter den Herstellkosten bekannter Verfahren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich selbst Bleche mit geringe­ rem Aufwand herstellen. Damit läßt sich ein Durchbruch auch für die Automobilindustrie erreichen.

Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kom­ bination - :

• - ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille angeordnete Abschmelzelek­ trode und ein weiterer Teil der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper erzeugt wird, die der mindestens einen seitlichen Ausladung des Zwischentiegels zugeführt werden und wenn die Anteile der Metallschmelze in der Schlackenschmelze durchmischt und homogenisert werden,
• - die seitliche Ausladung des Zwischentiegels ein an diesen angesetz­ tes Bauteil ist, das gleichzeitig Teil eines vorgesetzten Schmelzaggre­ gates mit einer Schmelzwanne und mit einem Überlauf zur Schmelz­ wanne ist, wobei der Schmelzwanne stückige Legierungskörper zuge­ setzt werden, wenn ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille angeordnete Abschmelzelektrode und ein weiterer Teil der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper erzeugt wird, die der Schmelzwanne zugeführt werden und wenn die Anteile der Metallschmelze in der Schlackenschmelze durchmischt und homogenisiert werden,
• - in der seitlichen Ausladung des Zwischentiegels eine Schmelz- und Homogenisierungszone mit einem Trog und einer Induktionsspule angeordnet ist, wobei dem Trog stückige Legierungskörper zugesetzt werden, wenn ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille angeordnete Abschmelzelektrode und ein weiterer Teil der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper erzeugt wird, die dem Trog zugeführt werden, und wenn die Anteile der Metallschmelze in der Schlacken­ schmelze durchmischt und homogenisert werden, und/oder, wenn
• - in der seitlichen Ausladung des Zwischentiegels eine Schmelz- und Homogenisierungszone mit einem Trog und einer Induktionsspule angeordnet ist, wobei dem Trog stückige Legierungskörper zugesetzt werden, wenn die Gesamtmenge der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper erzeugt wird, die dem Trog zugeführt werden, und wenn die Metallschmelze in der Schlackenschmelze durchmischt und homogenisert wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Strangguß­ blöcken aus Titanlegierungen durch Umschmelzen von Festkörpern aus der Gruppe Abschmelzelektroden und stückigen Legierungskörpern mit einer Umschmelzkammer, in der unter einer Schlackenschmelze und einem nicht mit der Titanlegierung reagierenden Schutzgas Umschmelzvorgänge durchführbar sind, mit mindestens einer Heizquelle aus der Gruppe Abschmelzelektroden, Plasmabrenner und Permanentelektroden und mit einer Stranggußkokille zur Erstarrung der Metallschmelze, wobei über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille mindestens eine der besagten Heizquellen angeordnet ist.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Vorrichtung erfindungs­ gemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der mindestens einen Heiz­ quelle und der Stranggußkolille ein mit der Schlackenschmelze füllbarer Zwischentiegel mit mindestens einer seitlichen Ausladung angeordnet ist und daß mindestens ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine seitliche Ausladung hindurchführbar und nach dem Durchtritt durch die Schlackenschmelze der Stranggußkokille zuführbar ist.

Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kom­ bination - :

• - seitlich der mindestens einen Ausladung des Zwischentiegels eine Chargiereinrichtung für das Einbringen stückiger Legierungskörper in die Ausladung angeordnet ist,
• - die seitliche Ausladung des Zwischentiegels ein an diesen angesetz­ tes Bauteil ist, das gleichzeitig Teil eines vorgeschalteten Schmelz­ aggregates mit einer Schmelzwanne und mit einem Überlauf zur Schmelzwanne ist, und wenn seitlich des Schmelzaggregats eine Chargiereinrichtung für das Einbringen stückiger Legierungskörper in das Schmelzaggregat angeordnet ist,
• - in der seitlichen Ausladung des Zwischentiegels eine Schmelz- und Homogenisierungszone mit einem Trog und einer den Trog umge­ benden Induktionsspule angeordnet ist, und wenn dem Trog eine Chargiereinrichtung für das Einbringen stückiger Legierungskörper in den Trog zugeordnet ist,
• - der seitlichen Ausladung mindestens eine weitere Heizquelle aus der Gruppe Abschmelzelektroden, Plasmabrenner und Permanentelek­ troden zum Schmelzen und/oder Warmhalten und/oder Überhitzen von Legierungskörpern, Schlackenschmelze und Metallschmelze zugeordnet ist,
• - dem Schmelzaggregat mindesten ein Plasmabrenner zum Schmelzen und/oder Warmhalten und/oder Überhitzen von Legierungskörpern und Metallschmelze zugeordnet ist,
• - zwischen dem Trog und der Stranggußkokille im Zwischentiegel eine Bodenschwelle angeordnet ist, über die die Metallschmelze aus dem Trog in die Stranggußkokille überführbar ist, und/oder, wenn
• - die Stranggußkokille einen rechteckigen Austrittsquerschnitts besitzt und wenn über der Stranggußkokille eine Reihenanordnung von mehreren Heizquellen aus aus der Gruppe Abschmelzelektroden, Plasmabrenner und Permanentelektroden vorhanden ist, deren Achsen in der größten Symmetrieebene der Stranggußkokille liegen.

Fünf Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfol­ gend anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert, die - mit Ausnahme von Fig. 5 - sämtlich Vertikalschnitte durch Schmelzanlagen zum Herstellen von Stranggußblöcken aus Titan und/oder Titanlegierungen zeigen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Anlage mit einem seitlich ausladenden Zwischentiegel mit einem durchgehenden Boden und mit einer der Ausladung zugeordneten Chargiereinrichtung,

Fig. 2 eine zweite Anlage als Variante des Gegenstandes nach Fig. 1, bei der dem Zwischentiegel ein Schmelzaggregat mit einer Schmelzwanne vorgeschaltet ist, die durch einen Überlauf mit dem Zwischentiegel verbunden ist und deren Boden gegenüber dem Schlackenspiegel vertieft angeordnet ist,

Fig. 3 eine dritte Anlage, bei der am kokillenfernen Ende des Zwischentiegels eine induktiv beheizbare Schmelz- und Homogenisierungszone und über dem Zwischentiegel zwei zusätzliche Abschmelzelektroden angeordnet sind,

Fig. 4 eine vierte Anlage analog Fig. 3, bei der jedoch sämtliche Heizquellen als Plasmabrenner ausgebildet sind, und

Fig. 5 eine stark schematisierte Draufsicht auf den Gegenstand von Fig. 1 in einer Spezialausführung zum Herstellen eines plattenförmigen Stranggußblocks.

Soweit in den nachstehend erläuterten Figuren Heizquellen "H" dargestellt sind, kann es sich um solche aus der Gruppe Abschmelzelektroden 6, 6a und 6b, Plasmabrenner 12, 12a, 12b oder Permanentelektroden handeln.

In Fig. 1 ist eine Umschmelzkammer 1 dargestellt, in der im Betrieb eine Schutzgasatmosphäre aus einem mit Titan nicht reagierenden Schutzgas, beispielsweise Argon, bei Normaldruck oder leichtem Überdruck gehalten wird. Auf dem Boden 2 der Umschmelzkammer 1 befindet sich ein Zwischentiegel 3 aus Kupfer mit einer Wasserkühlung 4, in der eine Schlackenschmelze 5 aus Kalziumfluorid oder einer Mischung aus Kalzium­ fluorid mit anderen hochschmelzenden Komponenten wie Kalziumchlorid gehalten wird. Durch die Wasserkühlung 4 wird an den von der Schlacke benetzten Wänden eine feste Schlackenschicht 5a, ein sogenannter "Skull", gebildet, der eine Reaktion der Schlackenschmelze 5 mit dem Zwischen­ tiegel 3 verhindert.

In die Schlackenschmelze 5 wird von oben geregelt eine Heizquelle H nachgeschoben, die als Abschmelzelektrode 6 ausgeführt ist und aus reinem Titanschwamm, Titanlegierungen aus Schrottrückläufen und/oder Titanschwamm mit Legierungskomponenten bestehen kann. Der Zwischen­ tiegel 3 ist asymmetrisch zur Abschmelzelektrode 6 ausgebildet, d. h. er besitzt eine seitliche Ausladung 3a, die zum Nachchargieren weiterer Legierungskörper 7 dient. Diese können aus fernem Granulat bis hin zu größeren Stücken bestehen und werden über eine Chargiereinrichtung 8 zugeführt, die aus einem waagrechten Transportkanal 9 und einer Char­ gierschleuse 10 besteht. Mittels einer Vorschubeinrichtung 11 können die Legierungskörper 7 dosiert zur Schlackenschmelze 5 zugegeben werden. Durch eine Heizquelle 12, die als Plasmabrenner oder Permanentelektrode ausgeführt sein kann, werden die Legierungskörper 7 aufgeschmolzen und laufen als Schmelzefilm 7a in die Schlackenschmelze 5 ab.

Die Anordnung kann auch spiegelsymmetrisch zur Abschmelzelektrode 6 ausgeführt sein, d. h. es kann auch auf der linken Seite der Abschmelz­ elektrode 6 eine analoge, hier nicht gezeigte Ausladung des Zwischen­ tiegels 3 vorhanden sein. Auch können dem Zwischentiegel 3 zur Zufuhr unterschiedlicher Legierungskörper 7 mehrere Chargiereinrichtungen 8 zugeordnet sein, was hier gleichfalls nicht dargestellt ist.

Sowohl der Boden 2 der Schmelzkammer 1 als auch der Boden 3b des Zwischentiegels 3 besitzen - übereinanderliegend - je eine Öffnung. Darunter ist eine wassergekühlte Stranggußkokille 13 angeordnet, die vorzugsweise aus Kupfer besteht. Im oberen Bereich der Stranggußkokille 13 befindet sich eine Säule 5b aus geschmolzener Schlacke. Die Schmelze aus Titan oder einer Titanlegierung sinkt in Form feiner Tropfen durch die Schlackenschmelze ab, wird hierbei gereinigt und homogenisiert und sammelt sich in einem trichterförmigen Schmelzensumpf 14, aus dem durch weiteren Wärmeentzug schließlich mindestens ein Stranggußblock 15 gebildet wird.

Hergestellt werden können auf diese Weise sowohl Brammen mit recht­ eckigen Querschnitten gemäß Fig. 5 als auch mehrere runde Strangguß­ blöcke, deren Achsen in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene ange­ ordnet sind.

Bei der Variante nach Fig. 2 ist dem Zwischentiegel 3 ein Schmelzaggre­ gat 16 mit einer wassergekühlten Schmelzwanne 17 vorgeschaltet, die durch einen Überlauf 18 mit dem Zwischentiegel 3 verbunden ist. Der Boden 17a der Schmelzwanne 17, die in diesem Fall die seitliche Ausla­ dung 3a bildet, ist gegenüber dem Schlackenspiegel 5c vertieft ange­ ordnet. Verunreinigungen mit einer höheren Dichte als die der Titanlegie­ rung setzen sich auf dem Boden 17a ab und gelangen nicht über den Überlauf 18 in den Schmelzensumpf 14. Außerdem dient das Volumen des Schmelzaggregats 16 zur weiteren Reinigung und Homogenisierung der Schmelze. Dem Boden 17a ist eine wassergekühlte Stufe 19 vorgelagert, auf der sich die Legierungselemente 7 zunächst ablagern. Durch eine erste Heizquelle H, ausgeführt als Plasmabrenner 12a werden zunächst die festen Legierungskörper 7 aufgeschmolzen. Durch eine zweite Heizquelle H, die gleichfalls als Plasmabrenner ausgeführt 12b ist, wird die Schmelze gezielt überhitzt und durch Konvektion weiter homogenisiert. Die Plasma­ brenner 12a und 12b können auch durch Permanentelektroden ersetzt werden. Es ist aber auch möglich, an Stelle des Plasmabrenners 12b eine Abschmelzelektrode aus Titan oder einer Titanlegierung vorzusehen.

Fig. 3 zeigt eine dritte Anlage, bei der am kokillenfernen Ende des Zwischentiegels 3 eine durch eine Induktionsspule 20 beheizbare Schmelz- und Homogenisierungszone 21 und über dem Zwischentiegel 3 zwei zusätzliche Abschmelzelektroden 6a und 6b angeordnet sind. Die Legie­ rungskörper 7 werden auf einer Vorlage 22 abgelegt; die hierfür notwen­ dige Schleuse ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Von Zeit zu Zeit werden von der Vorlage 22 Legierungskörper 7 in die Schmelz- und Homogenisierungszone 21 abgekippt, in der sie aufgeschmolzen werden. Die Schmelz- und Homogenisierungszone 21 besteht aus einem wasser­ gekühlten Trog 23 aus Kupfer, der innen gleichfalls mit einer Schlacken­ schicht überzogen ist. Von diesem Trog, dessen Boden deutlich tiefer liegt als der Schlackenspiegel, wird die Metallschmelze über eine wasser­ gekühlte Bodenschwelle 24, die Teil des Zwischentiegels 3 ist, in die Stranggußkokille 13 übergeleitet. Die Beheizung erfolgt an der Oberfläche durch die Abschmelzelektroden 6a und 6b und die Schlacke 5. Im vorliegenden Falle befindet sich die Stranggußkokille 13 innerhalb der Schmelzkammer 1, und der Stranggußblock 15 wird durch eine gasdichte Durchführung 25 im Boden 2 an die Atmosphäre ausgeführt. Analoge Durchführungen 26 für die Abschmelzelektroden 6, 6a und 6b befinden sich auch in der Decke der Schmelzkammer 1. Analoge Durchführungen sind auch bei den Gegenständen der Fig. 1 und 2 vorhanden, dort aber nicht dargestellt.

Die Fig. 4, die eine vierte Anlage zeigt, unterscheidet sich dadurch von der Fig. 3, daß sämtliche Heizquellen H als Plasmabrenner 12, 12a und 12b ausgebildet sind. Während der Plasmabrenner 12 ständig und koaxial auf den Innenquerschnitt der Stranggußkokille 13 ausgerichtet ist, sind die Plasmabrenner 12a und 12b um die Mittelpunkte ihrer Durchführungen 27 schwenkbar, um damit die gesamte Oberfläche der Legierungskörper 7 bzw. einen größeren Flächenbereich der Schlacke 5 bestreichen zu können.

Die Fig. 5 zeigt - sehr schematisch - eine teilweise geschnittene Drauf­ sicht auf die Anlage nach Fig. 2 zur Erzeugung eines plattenförmigen Stranggußblocks 15. Hierbei weist die Stranggußkokille 13 einen recht­ eckigen Austrittsquerschnitt 13a auf und ist vorzugsweise mit einem mineralischen Werkstoff ausgekleidet, der einen Wärmeleitfähigkeits­ koeffizienten von weniger als 100 W/mK und einen Schmelzpunkt von mehr als 1800°C besitzt und weder mit der Schlackenschmelze noch mit dem Titan reagiert. In der längsten senkrechten Symmetrieebene sind die Mittenachsen von sieben Heizquellen H angeordnet, die aus Abschmelz­ elektroden, Plasmabrennern und/oder Permanentelektroden bestehen können, wobei auch eine gemischte bzw. alternierende Anordnung solcher Heizquellen H möglich ist. Die hierdurch erzeugten Brammen, Platten oder Bleche können direkt einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Es ist noch zu erkennen, daß die Ausladung 3a ein Teilbereich des Schmelz­ aggregats 16 ist. Dargestellt ist auch eine zweite Chargiereinrichtung 8a für stückige Legierungskörper 7, die hier jedoch nicht dargestellt sind. Die über den Überlauf 18 in die Stranggußkokille 13 eingeleitete Metall­ schmelze verteilt sich sehr rasch und homogen über den Querschnitt und die Länge des Austrittsquerschnitts 13a. Die Anordnung nach Fig. 5 kann gleichfalls spiegelsymmetrisch ausgeführt sein.

Einrichtungen für das Chargieren und Nachchargieren von Schlacke sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Bezugszeichenliste

1

Umschmelzkammer

2

Boden

3

Zwischentiegel

3

a Ausladung

4

Wasserkühlung

5

Schlackenschmelze

5

a Schlackenschicht

5

b Säule

5

c Schlackenspiegel

6

Abschmelzelektrode

6

a Abschmelzelektrode

6

b Abschmelzelektrode

7

Legierungskörper

7

a Schmelzefilm

8

Chargiereinrichtung

8

a Chargiereinrichtung

9

Transportkanal

10

Chargierschleuse

11

Vorschubeinrichtung

12

Plasmabrenner

12

a Plasmabrenner

12

b Plasmabrenner

13

Stranggußkokille

13

a Austrittsquerschnitt

14

Schmelzensumpf

15

Stranggußblock

16

Schmelzaggregat

17

Schmelzwanne

17

a Boden

18

Überlauf

19

Stufe

20

Induktionsspule

21

Schmelz- und Homogenisierungszone

22

Vorlage

23

Trog

24

Bodenschwelle

25

Durchführung

26

Durchführungen

27

Durchführungen
H Heizquellen

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen von Stranggußblöcken (15) aus Titan­ legierungen durch Umschmelzen von Festkörpern aus der Gruppe Abschmelzelektroden (6, 6a, 6b) und stückigen Legierungskörpern (7) mittels mindestens einer Heizquelle aus der Gruppe Abschmelz­ elektroden (6, 6a, 6b), Plasmabrenner (12, 12a, 12b) und Permanent­ elektroden unter einer Schlackenschmelze (5) und einem nicht mit der Titanlegierung reagierenden Schutzgas und durch Erstarrung der Metallschmelze in einer Stranggußkokille (13), wobei über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille (13) mindestens eine der besagten Heizquellen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der mindestens einen Heizquelle und der Stranggußkolille (13) ein mit der Schlackenschmelze (5) gefüllter Zwischentiegel (3) mit mindestens einer seitlichen Ausladung (3a) angeordnet wird und daß mindestens ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine seitliche Ausladung (3a) hindurchgeführt und nach dem Durch­ tritt durch die Schlackenschmelze (5) in der Stranggußkokille (13) gesammelt und zur Erstarrung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine über dem Innenquer­ schnitt der Stranggußkokille (13) angeordnete Abschmelzelektrode (6) und ein weiterer Teil der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper (7) erzeugt wird, die der mindestens einen seitlichen Ausladung (3a) des Zwischentiegels (3) zugeführt werden und daß die Anteile der Metallschmelze in der Schlackenschmelze durchmischt und homogenisiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitli­ che Ausladung (3a) des Zwischentiegels (3) ein an diesen angesetz­ tes Bauteil ist, das gleichzeitig Teil eines vorgeschalteten Schmelz­ aggregates (16) mit einer Schmelzwanne (17) und mit einem Überlauf (18) zur Schmelzwanne (17) ist, wobei der Schmelzwanne (17) stückige Legierungskörper (7) zugesetzt werden, daß ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine über dem Innenquer­ schnitt der Stranggußkokille (13) angeordnete Abschmelzelektrode (6) und ein weiterer Teil der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper (7) erzeugt wird, die der Schmelzwanne (17) zugeführt werden und daß die Anteile der Metallschmelze in der Schlackenschmelze durchmischt und homogenisert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der seitlichen Ausladung (3a) des Zwischentiegels (3) eine Schmelz- und Homogenisierungszone (21) mit einem Trog (23) und einer Indukti­ onsspule (20) angeordnet ist, wobei dem Trog (23) stückige Legie­ rungskörper (7) zugesetzt werden, daß ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine über dem Innenquerschnitt der Strang­ gußkokille (13) angeordnete Abschmelzelektrode (6) und ein weiterer Teil der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper (7) erzeugt wird, die dem Trog (23) zugeführt werden, und daß die Anteile der Metallschmelze in der Schlackenschmelze durchmischt und homogenisert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der seitlichen Ausladung (3a) des Zwischentiegels (3) eine Schmelz- und Homogenisierungszone (21) mit einem Trog (23) und einer Indukti­ onsspule (20) angeordnet ist, wobei dem Trog (23) stückige Legie­ rungskörper (7) zugesetzt werden, daß die Gesamtmenge der Metallschmelze durch die stückigen Legierungskörper (7) erzeugt wird, die dem Trog (23) zugeführt werden, und daß die Metallschmel­ ze in der Schlackenschmelze durchmischt und homogenisert wird.

6. Vorrichtung zum Herstellen von Stranggußblöcken (15) aus Titan­ legierungen durch Umschmelzen von Festkörpern aus der Gruppe Abschmelzelektroden (6, 6a, 6b) und stückigen Legierungskörpern mit einer Umschmelzkammer (1), in der unter einer Schlackenschmel­ ze (5) und einem nicht mit der Titanlegierung reagierenden Schutzgas Umschmelzvorgänge durchführbar sind, mit mindestens einer Heiz­ quelle aus der Gruppe Abschmelzelektroden (6, 6a, 6b), Plasma­ brenner (12, 12a, 12b) und Permanentelektroden und mit einer Stranggußkokille (13) zur Erstarrung der Metallschmelze, wobei über dem Innenquerschnitt der Stranggußkokille (13) mindestens eine der besagten Heizquellen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der mindestens einen Heizquelle und der Stranggußkolille (13) ein mit der Schlackenschmelze (5) füllbarer Zwischentiegel (3) mit mindestens einer seitlichen Ausladung (3a) angeordnet ist und daß mindestens ein Teil der Metallschmelze durch die mindestens eine seitliche Ausladung (3a) hindurchführbar und nach dem Durch­ tritt durch die Schlackenschmelze (5) der Stranggußkokille (13) zuführbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich der mindestens einen Ausladung (3a) des Zwischentiegels (3) eine Chargiereinrichtung (8) für das Einbringen stückiger Legierungs­ körper (7) in die Ausladung (3a) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die seit­ liche Ausladung (3a) des Zwischentiegels (3) ein an diesen angesetz­ tes Bauteil ist, das gleichzeitig Teil eines vorgeschalteten Schmelz­ aggregates (16) mit einer Schmelzwanne (17) und mit einem Überlauf (18) zur Schmelzwanne (17) ist, und daß seitlich des Schmelzaggre­ gats (16) eine Chargiereinrichtung (8) für das Einbringen stückiger Legierungskörper (7) in das Schmelzaggregat (16) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der seitlichen Ausladung (3a) des Zwischentiegels (3) eine Schmelz- und Homogenisierungszone (21) mit einem Trog (23) und einer den Trog (23) umgebenden Induktionsspule (20) angeordnet ist, und daß dem Trog (23) eine Chargiereinrichtung (8) für das Einbringen stückiger Legierungskörper (7) in den Trog (23) zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der seitlichen Ausladung (3a) mindestens eine weitere Heizquelle aus der Gruppe Abschmelzelektroden (6a, 6b), Plasmabrenner (12a, 12b) und Permanentelektroden zum Schmelzen und/oder Warm­ halten und/oder Überhitzen von Legierungskörpern (7), Schlacken­ schmelze (5) und Metallschmelze zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzaggregat (16) mindesten ein Plasmabrenner (12a, 12b) zum Schmelzen und/oder Warmhalten und/oder Überhitzen von Legie­ rungskörpern (7) und Metallschmelze zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trog (23) und der Stranggußkokille (13) im Zwischentiegel (3) eine Bodenschwelle (24) angeordnet ist, über die die Metallschmelze aus dem Trog (23) in die Stranggußkokille (13) überführbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggußkokille (13) einen rechteckigen Austrittsquerschnitts besitzt und daß über der Stranggußkokille (13) eine Reihenanordnung von mehreren Heizquellen aus der Gruppe Abschmelzelektroden (6, 6a, 6b), Plasmabrenner (12, 12a, 12b) und Permanentelektroden vorhanden ist, deren Achsen in der größten Symmetrieebene der Strangguß­ kokille liegen.