Titan-Produktion

Titan wird seit den 1950er Jahren wegen seiner außergewöhnlichen Eigenschaften vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Seither ist die Nachfrage in der Titanindustrie aufgrund zahlreicher neuer Anwendungen mehrfach gesunken und wieder gestiegen. Heute kommen ca. 80% des produzierten Titans in der Luft- und Raumfahrtindustrie und 20% in anderen Sparten wie der Metalloberflächenbehandlung, der chemischen Verarbeitung, der Konsumgüterherstellung und in medizinischen Implantaten zum Einsatz. Um reines Titan oder reine Titanlegierungen aus einem Titanschwamm herzustellen, sind mehrere Verarbeitungsschritte notwendig, welche heutzutage über zwei unabhängige Produktionsrouten realisiert werden.

Bei der Titanschwamm - VAR Produktionslinie muss der Titanschwamm in einer speziell dafür vorgesehenen Wiege- und Mischanlage mit verschiedenen Legierungszusätzen in einem genauen Verhältnis von Schwamm zu Legierungsmaterial gemischt werden. Dieses Titanschwamm-Gemisch wird dann portioniert, gepresst und mittels Vakuum-Plasma-Schweißverfahren zu einer Schwammelektrode weiterverarbeitet. Diese wiederum wird anschließend durch einen Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzprozess in einem wassergekühlten Kupfertiegel unter inerten Bedingungen umgeschmolzen. Um eine gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente zu gewährleisten und einen den technischen Anforderungen entsprechenden Block zu erhalten, führt man diesen Umschmelzprozess zwei- bis dreimal durch. Der fertige, solide Titanblock muss dann für die nachfolgende Weiterverarbeitung mittels Schmiede- und Walzverfahren zu Walzprodukten wie Stangen, Knüppel, Drähte, Rohre, Platten und Bleche geeignet sein.

Neben der klassischen Titanschwamm -VAR Produktionslinie wird ebenfalls die Kaltherd-Umschmelzroute zum direkten Schmelzen, Veredeln und Gießen von Rohmaterialien wie Schrott, Schwamm und Legierungselementen zu Titanblöcken und -brammen eingesetzt. Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Rohstoffe kontinuierlich in einen Kaltherd-Umschmelzofen eingebracht, wo sie durch hochenergetische Elektronenstrahlkanonen geschmolzen werden. Nachdem die erzeugten Blöcke gegossen und erstarrt sind, können diese entweder im Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzprozess umgeschmolzen oder konventionell durch Schmieden oder Walzen weiterverarbeitet werden. Das sogenannte Skull-Schmelzverfahren ist eine Variante der Kalt-Herd-Technologie, bei dem eine Elektrode und andere Rohmaterialien in einem wassergekühlten Kupfertiegel unter inerten Bedingungen in einer Vakuumatmosphäre umgeschmolzen werden. Das flüssige Metall erstarrt und bildet einen Rückstand („Skull“) auf der Oberfläche des Kupfertiegels. Nach dem Schmelzen wird das flüssige Titan dann direkt in Kokillen zu Barren, Brammen oder Feingussteilen gegossen.

Als Premiumlieferant für die Titan-Industrie mit mehr als 15 Jahren Erfahrung bietet INTECO seinen Kunden ein breites Portfolio an verschiedenen Technologien und Anlagen für deren individuelle Anforderungen. Das Ganze wird durch die Bereitstellung des kompletten Knowhows für die Titanproduktion auf unterschiedlichen Produktionslinien abgerundet. INTECOs Experten unterstützen die Kunden angefangen von der Durchführung einer Machbarkeits- und Vorinvestitionsstudie über das Engineering und die Evaluierung allgemeiner Anforderungen bis hin zur Inbetriebnahme der Anlagen. Darüber hinaus leisten INTECOs Experten Unterstützung bei der Produktzertifizierung, wie sie etwa für die Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt wird. Das von INTECO entwickelte Prozess- und Produktionsmanagementsystem (IMAS) umschließt die gesamte Prozessroute und ermöglicht die Ausführung und Standardisierung von vordefinierten Abläufen sowie einen bedienerunabhängigen Prozess, welcher der Qualitätssicherung und auch den Anforderungen von Industrie 4.0 entspricht.

Besondere Merkmale der INTECO-Konstruktion

Langjährige Betriebserfahrung und Know-how für die gesamte Fertigungslinie inklusive Zertifizierung für die Luft- und Raumfahrtindustrie
Erfahrung in der technischen Planung und der Inbetriebnahme kompletter Titanproduktionslinien vom Rohmaterial bis zu den fertigen Blöcken
Neu entwickelte Titan-VAR Anlage (I-Ti VAR) auf der Grundlage der eigens entwickelten und bewährten VAR-Technologie
Neu entwickelte Skull Melter-Technologie (I-Ti VA SM) basierend auf einem neuen und revolutionären Designkonzepts
INTECOs Prozess- und Produktionsmanagementsystem (IMAS) für Titan-Produktionslinien gemäß kundenspezifischer Anforderungen
Hochentwickelte Prozessmodellierung ausschlaggebend für ein besseres Prozessverständnis und -optimierung

Verfügbare Anlagenkonzepte und Technologien

Klassische Produktion über eine Titanschwamm-VAR-Produktionslinie oder über eine Kaltherd-Umschmelzroute
Komplette Fertigungslinien oder Einzelaggregate
Unterschiedliche Designkonzepte für VAR-Anlagen hinsichtlich Produktivität in Laborgröße hin bis zu 17t Blockgewicht
VAR-Skull Melter mit einem Gießgewicht von 250kg bis 1.700kg für hohe Recyclingraten (>40%)

Vakuum-Lichtbogen-Umschmelz-Verfahren von Titan

Durch das Vakuum-Lichtbogen-Umschmelz-Verfahren von Titan gewinnt man reines oder legiertes Titan mit hohem Reinheitsgehalt und von hoher Qualität. Dieses Umschmelzverfahren ist im Prinzip dem VAR-Umschmelzen von Stahl und Nickelbasislegierungen sehr ähnlich, jedoch gibt es Unterschiede in Hinsicht auf die Prozesssteuerung und das Anlagendesign. Üblicherweise kommen beim Schmelzen von Titan höhere Schmelzraten zum Einsatz, was wiederum eine höhere Schmelzleistung und Kühlkapazität notwendig macht.

Ausschlaggebend für ein einheitliches Schmelzbad beim Umschmelzen ist ein sogenanntes Lichtbogenzentralisierungssystem, das über eine Induktionsspule, welche entlang der Schmelzstation gewickelt ist und ein tangentiales Magnetfeld erzeugt, realisiert wird. Der Lichtbogen wird unterhalb der Elektrode zentriert und die Rührwirkung des Magnetfeldes sorgt für eine gleichmäßige und ruhige Schmelzbadbewegung, was wiederum zu geringeren Spannungsschwankungen führt. Die Abkühlung des gegossenen Blockes muss aufgrund der hohen Reaktivität von Titan unter einer Vakuum- oder Schutzgasatmosphäre erfolgen. Um die Produktivität der Anlage zu steigern können vakuumdichte Absperrventile oberhalb der Schmelzstation installiert werden. Diese sorgen während der Nachkühlphase für eine optimale inerte Atmosphäre, in der der Block abkühlen kann. Auf diese Weise kann der Ofenkopf die Produktion an der zweiten Schmelzstation fortsetzen, währenddessen der Block in der ersten Schmelzstation abkühlen kann. Um höchste Sicherheit für den Bediener der Anlage zu gewährleisten, muss der Zugang zum Anlagenbereich während des Umschmelzprozesses eingeschränkt werden, indem man eine Betonwand um die Anlage herum vorsieht und die Zugangstüre während des Prozesses verschließt.

Basierend auf INTECOs langjähriger Erfahrung mit Vakuum-Lichtbogenumschmelzen von Stählen und Superlegierungen hat INTECO ein neues und innovatives Ofenkonzept auf Stand der neuesten Technik für das Umschmelzen von Titan entwickelt. Darüber hinaus wurde, in Zusammenarbeit mit der Montanuniversität Leoben ein umfassendes Simulationsmodel entwickelt. Dieses Simulationsmodell ermöglicht es, tiefere Einblicke in den komplexen Umschmelzprozess zu gewinnen und gibt INTECOs Kunden die Möglichkeit, ihr Prozess Know-How zu erweitern und die gesamte Produktion zu optimieren.

Besondere Merkmale des INTECO-Designs

Lichtbogen-Zentralisierungssystem nach neuestem Stand der Technik für eine homogene Verteilung des Magnetfeldes von Tiegelunter-bis Oberkante für höchste Sicherheit und verbesserte Metallurgie
Optimierte Abkühlzeit durch vakuumdichte Absperrventile oberhalb der Schmelzstation
Umfangreiches Prozess-Simulationsmodell, entwickelt in Kooperation mit der Montanuniversität Leoben
Ganzheitliches Prozess- und Produktionsmanagementsystem (IMAS) für das gesamte Datenmanagement, die Datenspeicherung und die Definition der wichtigsten Prozessparameter

Titan- Vakuum Lichtbogen Skull Melter

Bei dem ursprünglich für die Herstellung von Gussteilen entwickeltem Vakuum Lichtbogen Skull Schmelz-Verfahren werden Schrott oder andere Rohmaterialien in einem wassergekühlten Kupfertiegel mit einer abschmelzenden Elektrode (z.B. vom VAR-Verfahren) aufgeschmolzen. Der Lichtbogen wird in diesem unter Vakuumstattfindenden Prozess zwischen der Elektrode und dem wassergekühlten Kupfertiegel gezündet. Bei der Erstarrung des flüssigen Metalls wird eine dünne Metallschicht, der sogenannte „Skull“, auf der Kupferoberfläche gebildet, welcher jedoch nach dem Abgießen im Tiegel zurückbleibt. Die Homogenisierung der chemischen Zusammensetzung sowie das Reinigen der Schmelze von feuerfesten Materialien und Verunreinigungen wird durch eine lange Verweilzeit des flüssigen Metalls und der im Skull verbleibenden schwereren Partikel erreicht. Durch erneutes Aufschmelzen des Skulls während einer Schmelzkampagne werden noch eventuelle Verunreinigungen beseitigt, um am Ende eine reine Schmelzen zu erhalten. Hauptprodukt dieses Verfahrens sind Barren und Brammen (einfach oder zweifach geschmolzen) die später optional wieder im Vakuum aufgeschmolzen oder weiterverarbeitet werden können. Ein weiteres Produkt sind Feingussteile, welche mittels Investmentgussverfahren hergestellt werden.

Durch langjährige Erfahrung auf dem Gebiet des Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzens und des Vakuum-Gießens entwickelte INTECO ein revolutionäres und innovatives Anlagendesign, welches zwei unterschiedliche Gießtechniken in einer Anlage kombiniert: Formgießen für Barren und Brammen und dynamisches Gießen (Schleudergussverfahren) von Feingussteilen. Ein weiterer positiver Aspekt aus technischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht ist, dass durch dieses Verfahren bis zu 100% des eingesetzten Titanschrotts recycelt werden kann.

Besondere Merkmale des INTECO-Designs

Option auf Verwendung eines doppelrunden Kaltwandtiegels (ovale Form) für erhöhte metallurgische Effizienz und Flexibilität hinsichtlich des Abguss Gewichts (> 1000 kg)
Ein Revolver-Nachfüllbehälter ermöglicht es, während des Prozesses kontinuierlich Rohmaterial oder verschiedene Legierungsmaterialien in den Tiegel zu geben um Material nachzuchargieren oder die chemische Zusammensetzung der Elektrode anzupassen. Titanschrott kann so bis zu 100% recycelt werden.
Kombination zweier Gießtechniken in einer Anlage:
- Formguss zur Herstellung von Barren, Brammen oder Feingussteilen
- Schleudergussverfahren durch eine sich drehende Gießbühne mit automatischem Wuchtsystem für einen gleichbleibenden, präzisen und dynamischen Guss zur Erreichung höherer Produktkomplexität und -eigenschaften
Wiegesystem an Tiegel und Gießbühne für eine präzise Gießratenkontrolle
Geteilte Schmelz- und Gießkammern für einen einfachen Zugang für den Austausch von Tiegel und Gießeinrichtung sowie für Wartung und Reinigung
Einfacher Be- und Entladung der Elektrode
Möglichkeit des Multigussverfahrens mit 5-6 Güssen pro Elektrode
Vollautomatischer Tiegelkipp-/Gießprozess und programmierbare Gießrate
Ganzheitliches Prozess- und Produktionsmanagementsystem (IMAS)