Skull-Melting-Induktionsöfen (ISM)

Consarc kann mit dem Skull-Melting-Induktionsofensystem schnelles und kostengünstiges Schmelzen und Verarbeiten von reaktiven Metallen (z.B. Titan, Zirkonium und ihre Legierungen), superreine Superlegierungen und andere Metalle, die geringe Einschlüsse erfordern, bieten.

ISM: Das Verfahren

ISM ist eine Methode zum Schmelzen von Metallen in einem unterteilten, wassergekühlten Kupferbehälter unter Vakuum oder kontrollierter Atmosphäre in einer Induktionsspule. Dies erfolgt durch Metall-Metall-Kontakt ohne feuerfeste Auskleidung. Der Kupferschmelztiegel besteht aus wassergekühlten Segmenten oder „Fingern“. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld durchdringt den Schmelztiegel, induziert Wärme im Metalleinsatz und bringt diesen zum Schmelzen. Das Magnetfeld sorgt außerdem für eine intensive Verrührung des flüssigen Metallbads. Eine dünne Metallschicht verbleibt erstarrt am Boden des Schmelztiegels und bildet so eine Art Schale Die Grenzschicht im Flüssigmetall in der Nähe der Schale mit niedriger Bewegungsgeschwindigkeit zusammen mit der Schale selbst und der Schnittstelle (Verbindung) zwischen der Schale und dem Schmelztiegel fungieren alle als Wärmewiderstand und verringern die Wärmeübertragung von der heißen Flüssig auf den kalten Schmelztiegel.

Wenn der Schmelztiegel, die Spule, die Frequenz und die Stromstärke alle richtig ausgelegt und aufeinander abgestimmt sind, werden die Seiten des Flüssigmetallbads nach innen, weg von den inneren Seitenwänden des Schmelztiegels gedrückt. Die Seiten des Bads werden eigentlich magnetisch abgestützt. Der fehlende direkte Kontakt mit den Seitenwänden verhindert einen elektrischen Kurzschluss der Schmelztiegelsegmente und verringert so die Wärmeabgabe an den Schmelztiegel. Das Verfahren wird zumeist beim fallenden oder steigenden Gießen verwendet, kann aber auch beim Blockgießen verwendet werden. In diesem Fall werden unten offene Schmelztiegel mit einem heruntergezogenen Abstichstopfen verwendet, um langsam aus dem von oben zugeführten Einsatzmaterial einen Block zu formen.

ISM: Vorteile

Für reaktive Metalle, die aufgrund von Metall/Tiegel-Reaktionen nicht in einem feuerfesten Schmelztiegel geschmolzen werden können, bietet ISM einen wassergekühlten Behälter, der nicht mit der Schmelze reagiert. Im Gegensatz zum alternativen Vakuumbogen-Skull-Melting-Verfahren, bei dem die Charge die Form einer Elektrode haben muss, kann ein ISM-Ofen mit Stücken, Platten, Drehspänen, hochreinen Schwämmen oder einer Mischung dieser Materialformen beschickt werden. Dadurch werden die Kosten des Einsatzmaterials erheblich verringert.
Bei superreinen Superlegierungen und anderen Metallen, bei denen ein sehr geringer Einschlussgehalt erforderlich ist, verhindert ein ISM-Ofen das Problem mit Verunreinigungen durch den Schmelztiegel.
Zum Entgasen des Metalleinsatzes, Verflüchtigen von Verunreinigungen mit niedrigem Dampfdruck und Gießen von gasfreien Gussteilen kann der ISM-Ofen unter Vakuum betrieben werden.
Zum Schmelzen von Legierungen mit Legierungsbestandteilen mit hohem Dampfdruck kann der ISM-Ofen in einer Inertgasatmosphäre bei einem Druck betrieben werden, der Legierungsverluste verhindert oder minimiert.
Eine Vielzahl von Legierungen kann nacheinander im selben Schmelztiegel geschmolzen werden, ohne dass die Gefahr der chemischen Querkontamination besteht.
Die intensive Verrührung, die vom Magnetfeld verursacht wird, verflüssigt alle Chargenbestandteile mit hoher Schmelztemperatur und homogenisiert die Schmelze hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und Temperatur. Das sorgt für ein schnelleres Einschmelzen, besseres Füllen der Form (für Gussteile) und eine höhere Produktqualität.
Da kein keramischer Schmelztiegel vorhanden ist, entfällt die Ausfallzeit wegen Schmelztiegelwechselns, und die Produktivität des Ofens wird erhöht.

Konfigurationen

Consarc kann wirtschaftliche Einzelkammer-Chargensysteme, Doppelkammer-Chargensysteme für höhere Produktivität oder Mehrkammersysteme mit automatisierter Materialbeschickung für größere Produktionsmengen bzw. spezielle Materialhandhabungsanforderungen liefern.

Induktionsstromausrüstung

Der Strom wird von einer Inductotherm Halbleiterstromversorgung geliefert, die speziell für die Lieferung des richtigen Stroms mit der richtigen Frequenz für das ISM-Verfahren ausgelegt ist. Der Strom wird über eine abgedichtete, wassergekühlte Koaxial-Drehdurchführung oder über eine Stromanschlussbaugruppe durch die Vakuumkammer zur Schmelzspule geleitet.

Form- oder Schleuderguss

Kippgießen des Metalls aus dem ISM-Schmelztiegel ist ein schnelles Verfahren für Form- oder Schleuderguss. Schleuderguss-Drehtischsysteme werden von Consarc passend zur Kammer für einfache Formkastenhandhabung konstruiert.

Steuerungen

Alle Consarc ISM-Öfen werden mit einer vollständig integrierten SPS und als Option mit einer PC-SCADA-Steuerung für sicheren und effizienten Betrieb geliefert. Für das Schmelzen und Gießen von reaktiven Metallen wird eine Fernsteuerung empfohlen.