Beschaffung einer Gießanlage (DFG-GZ: A 683)

Deutsche Forschungsgemeinschaft e. V., Zentrale Beschaffungsstelle

Herstellerneutrale Leistungsbeschreibung FBC Wirbelschicht Gießanlage
Anlagenbeschreibung
Anlagenkonzept:
Hochvakuum-Schmelz- und Gießanlage mit Vorrichtungen für die vakuum-metallurgische Behandlung der Schmelze sowie zur Legierungsentwicklung. Das Erstarrungsaggregat der Anlage erlaubt die Durchführung unterschiedlicher gerichteter Erstarrungsprozesse. Zu nennen sind hier das Verfahren nach Bridgman (HRS) und speziell die Fluidized Bed Cooling (FBC) / Wirbelschichtkühlung (Patentanmeldung des Auftraggebers läuft).
Das Schmelzen der Superlegierungen (ρ < 9.0 kg/dm³) bis max. 10 kg Chargengewicht erfolgt unter Hochvakuum oder Schutzgasatmosphäre. Zur gerichteten Erstarrung transferiert man die Schmelze in eine vorgeheizte keramische Form. Bei FBC wird die Form mit einem Formenhubtisch aus dem Formenheizer, anders als bei HRS nicht in die leere wassergekühlte Kammer, sondern in ein Fließbett abgesenkt.
Der Hauptzweck der Anlage ist die wissenschaftliche Erforschung des FBC-Wirbelschichtverfahrens, das im Vergleich zu HRS höhere Absenkgeschwindigkeit und eine verbesserte Bauteilmikrostruktur verspricht: Die in einen gekühlten Behälter gefasste Wirbelschicht baut sich aus einem spezifisch dichteren Kühl- und einem weniger dichten Isoliergranulat, dem Dynamischen Baffle, auf. Letzteres dient dazu, einen übermäßigen Wärmeeintrag in das Kühlbad aus dem Formenheizer zu vermeiden. Als Fluidisierungs- medium kommt ein Inertgas (Ar, He oder deren Mischungen) zum Einsatz. Nachdem das Gas die Wirbelschicht passiert hat, erfolgt eine externe Kühlung und Reinigung vor Eintritt in die mechanischen Vakuumpumpen. Es bietet sich an, das Schutzgas zu reinigen und dem Prozess wieder zuzuführen.
Durch eine variable Einspeisung von gekühltem Bettmaterial lassen sich die Temperaturen der Wirbelschicht für die Erstarrung positiv beeinflussen.
Technische Vorgaben
Grundsätzliche Vorgaben:
Alle Anlagenkomponenten müssen aus für die Anforderungen geeigneten Werkstoffen bestehen. Dies bezieht sich zuvorderst auf die Auslegung für Arbeiten bei hohen Prozesstemperaturen von bis zu 1 650 °C. Im Zusammenhang mit der Wirbelschicht ist der eventuelle Austrag harter Partikel zu berücksichtigen, der zu Erosion und Verschleiß von Komponenten führen kann. Bei der Aufstellungsplanung und der Konstruktion des großzügig zu dimensionierenden Schmelz-und Gießkessels ist ein möglichst wartungs- und bedienungsfreundliches Design zu forcieren. Dies betrifft insbesondere das Be- und Entladen mit Formschalen, die Zugänglichkeit des Formenheizer und der demontierbaren FBC Wirbelschichteinheit. Bei Letzterer ist durch geeignete Maßnahmen die Möglichkeit zur Anpassung und Erweiterung zu gewährleisten.
MF-Generator – Schmelztiegel:
Die Superlegierung wird induktiv erschmolzen. Durch ein manuelles Kippsystem wird die Form befüllt. Die Anlage ist mit mind. 2 Spule-Tiegel-Sätzen auszuliefern. Bei der Dimensionierung der Spulen ist ein schnelles Aufschmelzen des Ingotmaterials anzustreben.
Formschalenabsenkvorrichtung:
In der Gießanlage kommen keramischen Formschalen-Cluster (h ≈ 380 mm; D ≤ Ø 280 mm) zum Einsatz. Beim Einbau der Formschalen werden diese auf einem Hubtisch mit einer Ø 200 mm wassergekühlter Kupfer-Chillplate arretiert. Die Absenkgeschwindigkeit des Hubtisches ist im Bereich von 0.01 mm/min bis 20 mm/min variabel parametrierbar.
Formenheizer:
Der Widerstands-Formenheizer ist mindestens zwei-zonig auszuführen, und muss ein homogenes Temperaturfeld aufweisen. Der Nachweis hierzu ist zu führen. Die eingesetzten graphitischen Heizelemente entsprechen dem Industriestandard (z.B. CFC). Der Heizer ist während dem Betrieb nach oben hin verschließbar auszuführen. An dessen Fuß kann ein für den HRS Prozess typisches Baffle montiert werden.
FBC Wirbelschichteinheit:
Die modulare FBC Wirbelschichteinheit wird am Boden der Schmelz- und Gießkammer platziert. Das doppelwandige, wassergekühlte Behältnis (Daußen ≤ 800 mm) schließt am Boden mit einem Gasverteiler ab. Um das Modul in die Gießkammer zu integrieren weist diese gut zugängliche Anschlusspunkte für alle Medienströme sowie die sensorischen Komponenten auf. Die Dimensionierung der FBC Wirbelschichteinheit erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Anwender.
Prozessüberwachungseinrichtungen und besondere sensorische Ausstattung:
Die Temperatur im Schmelztiegel wird mittels Pyrometer und/oder Eintauchthermometer erfasst bzw. überwacht. Alle optischen Durchgänge (reichlich vorzusehen) sind vor Störeinflüssen wie Metalldampfkondensation und Übertemperatur zu schützen. Die Anlage ist mit für die wissenschaftliche Prozessaus- und -bewertung erforderlichen Beobachtungs- und Messmöglichkeiten auszustatten. Die Anlage ist so konzipiert, dass eine visuelle Begutachtung der Funktion des Dynamischen Baffels unter Prozessbedingungen im Nahbereich der Formschale möglich ist. Des Weiteren ist eine Erfassung der Erstarrungsfrontgeschwindigkeit in der Form zu gewährleisten. Am Vakuumkessel sind zusätzliche unbelegte Stutzen vorzusehen. Eine Manipulation der Schmelze im Schmelztiegel ist ohne Betriebs- unterbrechung mittels Brückenbrecher, Probenentnahme und Nachchargierung von Legierungselementen möglich.
Vakuum-System:
Das Vakuumsystem ist so zu dimensionieren, dass die leere Vakuumkammer eine Leckrate ≤ 1.0—10-3 mbar—l/s und eine Endvakuum von ≤ 1.0—10-5 mbar abs (auch bei Maximaltemperatur) aufweist.
Die Vakuumtechnik ist für den Dauerbetrieb auszulegen. Durch entsprechende Filtertechnik muss der Schutz der Vakuumpumpen vor eintretendem Pulver gesichert sein. Der Schutzgasbetrieb erfolgt bei stationär max. 700 mbarabs und durchströmt 50 ... 500 mbarabs bis max. 1000 lNorm/min.
Sonstige Inhalte
Demontage Altanlage:
Am Aufstellungsort steht eine veraltete 40 kg Dreikammer-Vakuum-Feingießanlage der Firma Kopp Aichelin des Typs VSP 5G. Diese ist durch den Hersteller der Neuanlage komplett zu demontieren und abzutransportieren. Die Leistung ist im Lieferumfang enthalten.
Anlagenaufstellung und Einbindung in die Infrastruktur der Uni Erlangen:
Die Neuanlage ist am Standort der Altanlage zu errichten und vollumfänglich durch den Anbieter in die bestehende Infrastruktur einzubinden. Es ist davon aus zu gehen, dass eine direkte Einbindung der Schmelz- und Gießanlage in das am Standort zur Verfügung stehende, zur Atmosphäre offene, Kühlwassersystem aufgrund der schlechten Wasserqualität nicht möglich ist. Maßnahmen wie der Aufbau eines Zwischenkühlkreislaufes sind durch den Hersteller der Neuanlage zu ergreifen und in Lieferumfang enthalten.
Abnahmeprozedur:
Die Abnahmeprozedur beinhaltet eine Werks- und eine Endabnahme am Aufstellort. In beiden ist neben einer Kalterprobung der Anlage auch der Nachweis der HRS Funktionalität zu führen. Die für den Bridgman Prozess üblichen Kornstrukturen und Dendritenarmabstände sind nachzuweisen. Erst bei der Endabnahme ist auch der Nachweis für die FBC Funktionalität zu erbringen. Hierbei stellt die Gussteilmikrostruktur kein Abnahmekriterium dar. Jede Schmelze ist zu protokollieren und von den Vertretern beider Parteien zu unterzeichnen. Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe sind bei der Werksabnahme vom Auftragsnehmer, bei der Endabnahme vom Auftraggeber bereit zu stellen. Hiervon ausgenommen sind die keramischen Formschalen, die für alle Nachweise vom Auftragnehmer bereitzustellen sind.
Die zu schmelzenden Qualitäten (Anzahl, Menge und Legierung) und Anlagenparameter wie Gießtemperatur, Formentemperatur, Abzugsgeschwindigkeiten, etc. werden gemeinsam zwischen dem Anwender und Auftragnehmer festgelegt.

Die Frist für den Eingang der Angebote war 2014-06-06. Die Ausschreibung wurde veröffentlicht am 2014-05-07.

Die folgenden Lieferanten werden in Vergabeentscheidungen oder anderen Beschaffungsunterlagen erwähnt:

• • Systec GmbH & Co. KG

• • Deutsche Forschungsgemeinschaft e. V., Zentrale Beschaffungsstelle

• • Industrielle Maschinen › Maschinen für allgemeine und besondere Zwecke

• • Mittelfranken › Erlangen, Kreisfreie Stadt