VLBO - Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzöfen

Der Hintergrund - Vorreiter in VLBO-Technologie

Consarc ist bei Primärproduzenten von Sonderstählen, Superlegierungen und reaktiven Metallen sehr bekannt. Wir sind die Vorreiter beim Blockgießen mit automatisierten Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzöfen (VLBO). Wir haben als Erste das Wiegen von Elektroden mit Wägezellen zur Verbesserung der Prozessregelung eingesetzt. Wir haben koaxiale Ofenkonstruktionen zur Minimierung ungesteuerten Rührens entwickelt. Und wir haben die Steuerungen vollständig computerisiert, um die Reproduzierbarkeit und Bedienungsfreundlichkeit zu optimieren. Benutzer von Consarc VLB-Öfen erhalten bewährte Prozesstechnik, modernste Computer-Steuerungen für optimale Reproduzierbarkeit und Bedienungsfreundlichkeit vom innovativsten und erfahrensten Anbieter der Branche.

Ofen-Konfigurationen

Consarc stellt im Wesentlichen zwei Typen von VLB-Öfen her. Der erste Typ ist für Sonderstähle und Superlegierung und der zweite ist ein reaktiver Ofen für Titan und andere hoch-reaktive Metalle. Beide Typen sind in vielen Größen und mit Produktionskapazitäten bis ca. 30.000 kg Blockgewicht erhältlich.

Der VLB-Ofen-Prozesszyklus

Der Ofen wird mit dem zu schmelzenden Material beschickt. Bei Sonderstählen und Superlegierungen wird eine Elektrode verwendet, die vorher unter Luft oder Vakuum gegossen wurde. Für primäre reaktive Metalle, wie Titan, ist es Material, das aus verdichtetem Schwamm bzw. Schrott hergestellt wurde. Der Vakuumbehälter, in dem das Schmelzen stattfindet, wird aus zwei größeren mechanischen Baugruppen gebildet, dem beweglichen Ofenkopf und der feststehenden Schmelzstation.

Der bewegliche Ofenkopf ist das Oberteil des Behälters. Ein integrierter, sehr ausgeklügelter Stempelantrieb unterstützt und steuert die Bewegung der Elektrode. Der wassergekühlte Stempel läuft durch eine Vakuumdichtung im Kopf. Die Elektrode ist am unteren Ende des Stempels angeklemmt und wird so zur Kathode im Lichtbogenschmelzvorgang.

Die feststehende Schmelzstation, der untere Teil des Vakuumbehälters, besteht aus einem entfernbaren Kupfer-Schmelztiegel, der in einem feststehenden Stahl-Wassermantel mit Führung sitzt. Die Auslegung und Konstruktion des Schmelztiegels sind für die erfolgreiche Erstarrung des umstrukturierten Metallblocks ausschlaggebend.

Sobald der Ofenkopf mit Elektrode abgesenkt und auf der Schmelzstation gesichert ist, wird ein Vakuum aufgebaut. Die Elektrode (Kathode) wird mit einem geregelten hohen Gleichstrom beaufschlagt und der Lichtbogenübersprung zwischen ihr und dem Block (Anode) schmilzt das Elektrodenmaterial mit einer voreingestellten Rate um. Der gesamte Schmelzzyklus und alle wichtigen Betriebsparameter (Strom, Spannung, Schmelzgeschwindigkeit und Lichtbogenlänge) werden automatisch überwacht und nach einem voreingestellten Schmelzrezept von Anfang bis Ende gesteuert.

Vorteile von Consarc VLB-Öfen

Bei der Consarc VLB-Methode entfallen die schwerwiegenden Probleme, die in der Vergangenheit bei herkömmlichen VLB-Verfahren auftraten. Solche Probleme waren z.B. starke Magnetfelder im Elektrodenschmelzbereich, die unkontrolliertes Metallrühren, ungleichmäßige Erstarrung und Legierungsseigerung verursacht haben. Unpräzise Positionierung der Elektrode, welche die Block-Reproduzierbarkeit und, im Falle von Titan, die Systemsicherheit beeinträchtigte. Consarc hat für alle diese Probleme Lösungen entwickelt und umgesetzt. Diese Lösungen haben sich jetzt über Jahre bewährt.

Bedienungsfreundlichkeit dank kompletter Automation:

Consarc hat PC-/SPS-Steuerungssysteme entwickelt, die so ausgeklügelt sind, dass unser VLB-Prozess für die meisten Legierungen nahezu von selbst abläuft und der Bediener nur den Schmelzbeginn über den PC-Bedienungsbildschirm auslösen muss. Eine ständige Anwesenheit des Bedieners während des Schmelzzyklus ist nicht erforderlich. Eingebaute Ausfallsicherungen und Systemverriegelungen sorgen für die entsprechende Sicherheit während des Betriebs.

Gleichförmige Schmelze dank koaxialer Konstruktion:

Nach den Pionierarbeiten und der Innovation der koaxialen VLB-Konstruktion bietet Consarc auch weiterhin die weltweit fortschrittlichsten Ausführungen auf diesem Gebiet. Unsere Öfen bieten koaxiale Stromwege, die den elektrischen Kreis für den Kathoden-Anodenstrom schließen. Durch koaxiale Rückleitung des Stroms werden magnetische Streufelder verhindert, die den Blockerstarrungsprozess stören würden.

Qualitätssicherung durch X-Y-Achsenpositionierung:

Um eine Zentrierung der Elektrode in der Schmelzkammer zu erreichen und aufrechtzuerhalten, verwendet Consarc eine Fernsteuerung mit TV und eine regelbare Elektrodenpositionierung. Die sich daraus ergebende Präzision hat einen positiven Effekt auf die Gussblockqualität. Im Falle von reaktiven Metallen, wie Titan, sorgt das auch für eine wesentlich sicherere Verarbeitung.

Gleichmäßige Ausbeute von Elektrode zu Block, dank „Hot-Topping“ mit Wägezelle:

Die Reproduzierbarkeit wird durch dieses Verfahren verbessert, das Consarc am Ende des Schmelzzyklus eingebaut hat. „Hot-Topping“ ist, so wie das gesamte VLB-Verfahren, vollständig automatisiert und erfordert keinen Bedienereingriff.

Präzisionsschmelzenregelung mittels Wägezellen:

Während des Schmelzverfahrens überwachen diese hochgenauen Sensoren das Elektrodengewicht ständig. Die automatisierte Systemsteuerung verwendet die Daten zum Berechnen der Schmelzgeschwindigkeit, vergleicht sie mit der gewünschten Geschwindigkeit und passt den Stroms zur Einhaltung der optimalen Schmelzbedingungen an.

Zuverlässigkeit durch selbst entwickelte Stromversorgungseinheit (auf Reaktor- oder Thyristorbasis):

Consarc ist der einzige Lieferant von VLB-Öfen, der eigene Stromversorgungen entwickelt und herstellt, um die Anforderungen der spezifischen Schmelzanwendungen präzise erfüllen zu können. Die Consarc VLN-Spannungsquelle ist eine robuste, wassergekühlte Gleichstromversorgung auf der Basis von Transformatoren oder Thyristoren mit variablem Blindwiderstand. Diese Einheiten mit langer Nutzungsdauer erfordern eine nur geringe Aufstellungsfläche, sind außergewöhnlich zuverlässig und haben nur geringe Betriebs- und Wartungskosten.