Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM)

Der Vakuum-Induktionsschmelzprozess (VIM)

Der Vakuum-Induktionsschmelzprozess (VIM) wurde ursprünglich für die Legierungsanforderungen spezieller Branchen verwendet. Heute wird er immer wichtiger für die Produktion von Hochleistungswerkstoffen für viele industrielle Anwendungen. Im VIM-Verfahren geschmolzene Legierungen werden in sehr anspruchsvollen Situationen eingesetzt. Dazu gehören Superlegierungen auf Nickelbasis für Anwendungen bei hohen Temperaturen, Edelstähle für Anwendung der Kernenergie, Legierung auf Kobaltbasis für medizinische Anwendungen, hochreine Kupferanwendungen und sehr reine magnetische Legierungen für hohe Permeabilität.

Das VIM-Verfahren umfasst das Schmelzen von Metall durch elektromagnetische Induktion unter Vakuum. Das Metall schmilzt dabei in einem Ofen, der aus einer feuerfesten Auskleidung bzw. einem Schmelztiegel innerhalb einer wassergekühlten Induktionsspule besteht. Der Ofen wird von einer wassergekühlten Stahlkammer komplett eingeschlossen, die von einer Reihe von Vakuumpumpen evakuiert wird, damit die Charge unter Vakuum oder einem Inertgas geschmolzen, raffiniert und in Formen gegossen werden kann.

Dieses Verfahren ermöglicht die Raffination von Metallen und Legierungen, die Elemente mit einer starken Affinität für bestimmte Gase haben, wie z.B. Sauerstoff. Die chemische Reaktion, Dissoziation und Flotation beseitigen gelöste und chemisch gebundene Verunreinigung. Die chemische Behandlung der Schmelze kann genau eingestellt werden, sodass ein sauberes und homogenes Endprodukt hergestellt werden kann.

Kleine VIM-Öfen

Consarc hat eine Reihe von VIM-Öfen mit 2 - 100 kg (Stahl)-Schmelzkapazität für den Einsatz bei der Herstellung von kleinen Mengen oder in der Forschung entwickelt. Es stehen Standardausführungen zur Verfügung, aber Consarc entwickelt auch gern spezifische Öfen für einzelne Kundenanforderungen und -anwendungen.

Zum Einsatz kommt bei diesen Öfen eine wassergekühlte Vakuumkammer, die einen optimalen Zugang für den Kaltmaterialeinsatz und die Wartung im Chargenbetrieb bietet. In der Kammer befindet sich auch von Consarc gelieferte Zusatzausrüstung mit serienmäßigen und optionalen Funktionen, die für maximale Flexibilität und Bedienbarkeit sorgen.

Diese Funktionen sind z.B.:

Volumenbeladung und Legierung
Probenahme
Tauchthermoelement
Formkasten-Drehtisch/Transportwagen für das Gießen mehrerer Formen in einem einzigen Zyklus
Schleuderguss
Öffnungen mit Schaugläsern
Pumpanlage für Hochvakuum
Optisches Pyrometer
Vibrationseinrichtung

Ausführungen - Öffnung von der Seite und von oben

Horizontale Öfen mit Zugangstür von vorn oder Vertikalkammer-Ausführungen mit Deckel oben können je nach Anwendung und verfügbarer Aufstellfläche geliefert werden.

Chargen- oder halbkontinuierlicher Betrieb

Dank ihres modularen Konzepts kann diese Baureihe von Vakuum-Induktionsöfen (VIM) später durch Hinzufügen einer Formkammer zu einem halbkontinuierlichen VIM-Ofen oder Vakuum-Präzisionsgussofen aufgerüstet werden.

Große VIM-Öfen

Consarc hat mehr als die Hälfte der weltweit installierten großen Vakuum-Induktionsschmelzsysteme (mit 3 Tonnen oder mehr) entwickelt und gefertigt. Consarc folgt damit der Tradition seines Mutterunternehmens, Inductotherm, einem führenden Hersteller von Induktionsofentechnik, indem Consarc außerordentliche Herausforderungen mit kreativen Problemlösungen angeht. Indem wir hocheffiziente VIM-Ofensysteme konstruieren, welche die einzigartigen Bedürfnisse der Kunden erfüllen und deren Erwartungen übertreffen, können wir auf eine eindrucksvolle Erfolgsgeschichte verweisen.

Ausführungen für Chargen- oder halbkontinuierlichen Betrieb

Unsere Ingenieure entwickeln und konstruieren ein System, das perfekt zu Ihrem Verfahren, Ihren Legierungen, Ihren Spezifikationen und der gewünschten jährlichen Tonnage passt. Es kann sich dabei um einen halbkontinuierlichen Mehrkammerofen für größere Betriebe oder um einen kostengünstigen Einkammerofen mit Chargenbetrieb für kleineren Bedarf handeln.

Anwendungen

Consarc VIM-Öfen werden hauptsächlich für die Produktion großer Blöcke (Elektroden) für das Umschmelzen und kleinerer Rundstangen (Vorlegierung-Stangenmaterial) für Präzisionsguss verwendet.

Zuverlässigkeit

Alle Consarc VIM-Öfen sind leistungsfähig, leicht zu bedienen und für gleichbleibenden und zuverlässigen Betrieb bei maximaler Produktivität ausgelegt. Sie sind zuverlässige, robuste Einheiten, die selbst in den anspruchsvollsten Fabrikumfeldern problemlos ihren Dienst verrichten.

Wartung, Reinigung und Produktivität

Consarc Vakuum-Induktionsschmelzöfen sind speziell für die raue Umgebung des VIM-Verfahrens ausgelegt. Ein wesentlicher Teil des Prozesses ist die Verflüchtigung von gelösten Gasen und schädlichen metallischen Verunreinigungsspuren. Es werden deshalb während des Raffinationsvorgangs Metalldämpfe erzeugt, wodurch sich in der Schmelzkammer ein staubiges, gefährliches Umfeld bildet.

Consarc sorgt dafür, dass der VIM-Ofen und die Schmelzkammer ausreichend dimensioniert sind und in dieser staubigen Umwelt gut arbeiten können. Außerdem ist der Ofen so ausgelegt, dass er über viele aufeinander folgende Schmelzzyklen ohne umfassendes Reinigen zwischen Schmelzen betrieben werden kann. Diese einfache Konstruktionsphilosophie stellt sicher, dass die VIM-Öfen die höchstmögliche Produktivität im Betrieb bieten. Wenn außerdem ein Reinigen erforderlich wird, sind die Kammer und die sie umgebende Plattform so beschaffen, dass diese Arbeiten für die Bediener mit geeigneten Geräten und einer Sicherheitsausrüstung einfach und sicher durchführbar sind.

Vakuumsystem

Die Vakuumpumpanlagen sind für gleichbleibende Vakuumleistung passend zu den entsprechenden Prozessanforderungen ausgelegt. Diese Pumpanlagen enthalten je nach Bedarf ölgedichtete Drehkolbenpumpen, Trockenpumpen, Roots-Gebläse, Öldruckerhöhungspumpen oder Öldiffusionspumpen. Bei größeren Systemen können auch Dampfstrahlpumpen zum Einsatz kommen.

Materialhandhabungs- und Beschickungssysteme

Für unsere Vakuum-Induktionsschmelzöfen bieten wir eine Reihe von Handhabungssystemen für das Beschicken (vertikale Schaufelbeschickungen und horizontale Vibration-Seitenbeschickungen), die Probenahme, das Kippen, die Formkastenbewegung, die Gießwannenhandhabung sowie das schnelle Entfernen und Austauschen von Induktionsschmelzeinheiten zusammen mit ihren Feuerfestmaterialien.

Induktionsstromausrüstung

Der Schmelzstrom wird von einer Inductotherm Halbleiterstromversorgung geliefert. Der Strom wird über ein luftdichtes Durchgangskabel oder über eine Stromanschlussbaugruppe durch die Vakuumkammer zur Schmelzspule geleitet. Ein speziell konstruierter Stromanschluss mit Schnellwechselvorrichtung erlaubt den umgehenden Wechsel der Schmelzspulenbaugruppen im heißen Zustand, wodurch Produktionszeit gespart und die Produktivität erhöht wird.

Vakuumsperrventile

Consarc entwickelt und fertigt auch eine eigene Baureihe wassergekühlter Sperrventile, um für größere Öfen entsprechend größere Ventile einsetzen zu können.

Einsetzen des Heißverteilers

Bei den meisten großen Systemausführungen wird ein Heißverteiler-Einsetzsystem geliefert. Das Verfahren des Einsetzens einer beheizten Gießwanne (eines Heißverteilers) verläuft ohne Störung des Vakuums in der Schmelzkammer, sodass sich die Produktqualität verbessert. Die Gießwanne ist eine perforierte keramische Rinne mit einer Reihe von Dämmen, Überläufen und Filtern sowie einer Gießdüse an einem Ende. Während das flüssige Metall durch die Gießwanne läuft, werden Schlacke und mögliche Einschlüsse herausgefiltert, sodass ein sauberer Metallstrom für gleichmäßiges Gießen in die Form zur Verfügung steht.

Steuerungen

Die Vakuum-Induktionsschmelzöfen enthalten die neuesten SPS- und SCADA-Steuerungen für eine genaue Überwachung und Regelung des Schmelzverfahrens sowie eine umfangreiche Datenerfassung von Schmelzprozessparametern.