CH511289A - Verfahren zur Herstellung von Stäben - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Stäben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stäben durch Anlagern von Kupfer auf einem Kern stab, wobei dieser durch geschmolzenes Kupfer in einem Tiegel geführt und der so eine Schicht aufweisende Stab aus dem Tiegel entfernt wird.



   Das Tauchformverfahren, z.B. zum Umgiessen von Metall ist wohlbekannt. Bei diesem Verfahren wird ein langgestreckter Körper, z.B. ein Metallstab vorbehandelt, indem er durch eine Richtmaschine, einen Oberflächenreinigungsapparat und dann durch eine Vakuum-Eintrittskammer, die unter oder am   Korund    eines Teils mit einem Bad aus Flüssigmaterial angeordnet ist, geführt wird. Ein fortlaufender langgestreckter Kern oder Körper wird aufwärts durch das Schmelzbad geführt, das die gleiche chemische Zusammensetzung wie diejenige des Kerns oder auch eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. Das Flüssigmaterial im Tiegel schlägt sich auf der Aussenfläche des Kerns unter entsprechender Vergrösserung seiner Querschnittsfläche nieder.

  Nach dem Auftauchen aus dem Tiegel wird das umgossene Teil durch Sprühwasser aus einem oder mehreren Strahldüsen wenigstens soweit gekühlt, dass der überzogene Teil mechanisch umgeformt werden kann. Von dort wird der überzogene Teil durch ein geeignetes Walzwerk geführt, wo es gewalzt und im Querschnitt verringert wird und dann zu geeigneten Aufnehmern, wie z..B einem Aufwikkelhaspel oder Wickler geführt wird.



   Zum Formen eines Kupferstabes ist es üblich, einen Barren an der Luft bei einer erhöhten Temperatur, bei der das Kupfer zäher ist, zu verarbeiten. Indessen ist bei hohen Temperaturen das Kupfer auf Oxydation empfindlich. Deshalb erfordert das warmverarbeitete Kupfer eine Beizbehandlung, um die starke Oxydschicht zu entfernen, bevor es zu Draht gezogen oder anderweitig Verwendung findet. Dies stellt eine zusätzliche Operation und einen Kostenfaktor dar, und dazu tritt ein merkbarer Metallverlust ein. Wenn das Kupfer durch Walzen verarbeitet wird, haften verhältnismässig kleine Kupferteilchen und/oder Kupferoxydteilchen oder schweissen an den Walzen fest. Diese Erscheinung wird allgemein als    < (Haf-      ten     (Pick-up) bezeichnet.

  Ein Kupferstab, der an der Luft gewalzt wird, benötigt eine starke Kühlung der Walzen, um das  Haften  auf den Stahlwalzen zu beschränken. Dies ist nicht nur für die Walzen schädlich, sondern verursacht Abdrücke, Kratzer oder Kehlen im Stab und beeinflusst hierbei dessen Beschaffenheit in ungünstiger Weise.



   Beim Tauchform-Verfahren, bei dem der Aufbau des Materials u. die Verarbeitung gleichzeitige Operation darstellen, sind die mit der Oxydation zusammenhängenden Probleme noch schwieriger. Wie vorstehend beschrieben, wird ein Kernmaterial durch ein Bad mit Flüssigmetall geführt Wenn z..B das Kernmaterial durch ein verdampfbares Material wie z..B Fett, verunreinigt ist, verdampft es bei Berührung der Verunreinigung mit dem Flüssigmetall und kann anschliessend in der angelagerten Schicht auf dem Kernmaterial eingeschlossen werden.



  Dies führt zu Blasen, die, wenn sie nicht in der darauffolgenden Walzoperation ausgemerzt werden, die Qualität des Stabes oder des Drahtes ungünstig beeinflussen.



   Darüberhinaus baut sich bei der Tauchoperation das Material nicht gleichmässig auf dem Kern auf, sondern mehr in Form eines wellenförmigen Querschnitts. Wenn die mechanische Verarbeitung an der Luft oder bei Anwesenheit von Sauerstoff durchgeführt wird, ist die gebildete Oxyd-Oberfläche empfindlicher auf Rissbildung als der reine Kupfer. Dementsprechend bilden sich tiefere Risse in den Erhebungen der Wellung. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für das mechanische Verformen eines Stabes, bei dem gleichzeitig durch Tauchen eine Schicht aufgebaut wird, zu schaffen, bei dem die entstehende Oberfläche im wesentlichen oxydfrei ist und deshalb zu einer verbesserten und wirkungsvolleren mechanischen Umformung führt.

  Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass in nacheinander folgenden Operationen das umgossene Stabmaterial auf etwa 6500 bis 9500 C gekühlt, zur Verringerung seines Durchmessers mechanisch umgeformt und hierauf unter etwa 1000 C gekühlt wird, wobei alle Operationen in einer Schutzgasatmosphäre mit Stickstoff und nicht  mehr als etwa 15   Volumen-CAG    Wasserstoff durchgeführt werden. zwecks Verhinderung einer Oxydation des überzogenen Stabes.



   Die Erfindung ist beispielsweise für das Formen eines Kupferstabes beschrieben und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise in der Zeichnung dargestellt.



   In der Figur ist mit 10 ein Kernstab bezeichnet, der einer Ziehvorrichtung 12 zugeführt wird, die anschliessend an eine Schabevorrichtung 14 angeordnet ist. Diese schabt eine dünne Metallschicht am Umfang des Drahtes ab, wodurch die Oxydschicht und andere Oberflächenverunreinigungen entfernt werden. Gegebenenfalls können andere Reinigungsmittel, z.B. chemische Reinigungsmittel verwendet werden, um die Oxydschicht zu entfernen und die Staboberfläche zu reinigen. Der Stab wird hierauf durch einen geeigneten Antrieb geführt, der mit einem Haspel 15 und Antriebsrollen 16 in einem Gehäuse 18 ausgerüstet ist, und von dort in ein Rohr 20.

  Die Teile 12.   11.    18 und 20 sind durch einen geeigneten Verbin   dungskanal    abgedichtet und miteinander verbunden, und am Rohr 20 ist ein Saugrohr 22 und eine Vakuumpumpe 24 zur Aufrechterhaltung eines Vakuums im Verbindungskanal abgeschlossen. Ein Einlass bzw. ein Ventil 26 ist im oberen Ende des Rohres 20 angeordnet und reicht bis in den Tiegel 28, der durch eine geeignete Heizung, z.B. eine elektrische Induktionsheizung 30 auf der gewünschten hohen Temperatur gehalten wird. Der Kerndraht 10 ist durch das Ventil 26 und in den Tiegel 28 geführt, wo der Draht mit dem geschmolzenen Kupfer 31 in Kontakt kommt, der sich am Stab ansetzt wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.



   Das flüssige Kupfer wird dem Tiegel 28 aus einem gesamthaft mit 32 bezeichneten Schmelzofen zugeführt, der durch eine Anzahl elektrischer Strahlungsheizelemente 34 aus Siliziumkarbid erwärmt wird. Kathoden-Kup   ferplatten    35 oder anderes geeignetes Material mit niederem Sauerstoffgehalt wird in den Ofen 32 durch geeignete Mittel, z.B. einen mechanischen Antrieb (nicht dargestellt eingebracht. Vorzugsweise wird der Ofen mit einer Neigung oder mit einem geneigten Teil 36 und einem anschliessenden horizontalen Teil 38 ausgestattet. Die Kupferplatten werden beim Teil 36 des Ofens durch eine Klappentüre aufgegeben und auf der Neigung allmählich geschmolzen, während sie zum horizontalen Teil 38 wandern. wo sich ein Sumpf mit Flüssigmetall sammelt.



  Das Flüssigmetall fliesst durch einen Kanal 42 in den Tauch-Tiegel 28. Das Niveau des Flüssigmetalls im Sumpf und der Zufluss werden durch eine geeignete, gesamthaft mit 44 bezeichnete   Niveaumessung    bekannter Ausführung geregelt.



   Eine reduzierende Atmosphäre kann dem Ofen durch eine Leitung 48 von einer nicht dargestellten Quelle 50 zugeführt werden. Diese erniedrigt den Sauerstoffgehalt des Kupfers vorzugsweise auf weniger als   2O.1(f3SC    und hält ihn auf diesem Wert. Ebenso kann gegebenenfalls Graphit und Kohle der Schmelze beigegeben werden, um den Sauerstoff im geschmolzenen Kupfer herabzusetzen.



  Vorzugsweise wird eine inerte Atmosphäre, z.B. mit Stickstoff, oder eine leicht reduzierende Atmosphäre mit Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxyd mit Stickstoffzusatz über dem Flüssigmetall im Tiegel aufrechterhalten, die dem Tiegel über Leitung 49 von der Quelle 50 zugeführt wird. Wenn der Kernstab 10 durch das geschmolzene Metallbad im Tiegel geführt wird, setzt sich zunehmend Kupfer daran an und bildet einen Stab mit vergrössertem Durchmesser aus Flüssigmetall, das sich am Kernstab bindet.



   Ein längliches Rohr 52 erstreckt sich aufwärts vom Tiegel 28 und der umgossene Stab mit dem aufgetragenen Kupfer wird aus dem Tiegel zum Auslaufrohr geführt. Der aus dem Tiegel und dem Auslaufrohr auftauchende, umgossene Stab hat eine verhältnismässig hohe dem Schmelzpunkt des Kupfers   (10830 C)    nahekommende Temperatur und wird etwas durch im Kühlraum 55 gelegene Kühlmittel 54, z.B. ein Sprühwasserventil gekühlt, bevor der Stab über einen gesamthaft mit 56 bezeichneten regulierbaren Antriebsmotor am Gehäuse 58 geführt wird wo der Stab abgebogen und anschliessend einer Walzvorrichtung zugeführt wird, in der der Draht warm verarbeitet wird.



   Indessen ist Kupfer durch eine Warmsprödigkeit charakterisiert und deshalb sinkt die Zähigkeit des Metalls bei Temperaturen über etwa 9500 C. Der aus dem Auslaufrohr auftauchende, umgossene Stab weist gewöhnlich eine Temperatur von annähernd 10500C auf und damit der Stab abgebogen u. darauf warm verarbeitet werden kann, wird der Stab durch Sprühwasser oder andere geeignete Mittel auf etwa 9500 C oder leicht darunter abgekühlt. Der umgossene Stab wird dann durch eine Leitung 60 zum Gehäuse 62 geführt, in dem eine Tänzerrolle 64 angeordnet ist, die die Geschwindigkeit des Walzwerkes mit der Geschwindigkeit und der Grösse des in das Tänzergehäuse eintretenden umgossenen Stabes abstimmt. Von da wird der Stab durch das Walzwerk 66 geführt, wo der Stab zum Zwecke der Durchmesserverringerung mechanisch bearbeitet wird.



  Die Zahl der in der Bearbeitungsoperation verwendeten Walzenständer hängt von der gewünschten Grössenreduktion ab, kann aber von etwa zwei bis acht Rollenpaaren oder mehr variieren. Im allgemeinen wird die Walzoperation bei Stabtemperaturen von etwa 6500 C bis 9500 C durchgeführt, vorzugsweise von etwa 7500 C bis 8500 C. Die Stabtemperatur darf während der Walzoperation wegen der Warmsprödigkeit nicht zu hoch sein.



  Andererseits ist es gewöhnlich wünschbar, die Walzoperation bei einer Temperatur zu fahren, die hoch genug ist, um Kaltverformung zu vermeiden, da, wenn der Stab kaltverformt wird, dieser geglüht werden muss, bevor er zu Draht gezogen werden kann. Aus diesen Gründen wird der umgossene Stab bei Temperaturen warmverformt, bei denen Kupfer seine grösste Zähigkeit aufweist.



   Von dem Walzwerk tritt der Stab in ein horizontales Rohr 67 ein, durch das eine mit grosser Geschwindigkeit zirkulierende Kühllösung fliesst, die zum Abschrecken und Kühlen des Stabes unter diejenige Temperatur, bei der Kupfer in Luft oxydiert, dient. Gewöhnlich wird der Stab, wenn er aus dem Rohr 67 tritt, auf eine Temperatur unter 1000C abgekühlt, vorzugsweise auf etwa 300 C bis 400 C. Der glänzende oxydfreie Stab kann dann durch einen Rissprüfer 68, z.B. einen    Magnatest     und dann auf den Wickler 69 geführt werden.

 

   Wie vorstehend erläutert, ist der aus dem Tiegel austretende umgossene Stab verhältnismässig heiss und die Oberfläche würde schnell oxydieren, wenn sie der Luft ausgesetzt würde. Aus diesem Grunde wird der umgossene Stab in einer geregelten reduzierenden Atmosphäre gehalten. Diese besteht aus Wasserstoff und Stickstoff und wird dem Walzwerk durch einen Einlass 70 von einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) zugeführt. Damit ist der umgossene Stab vom Tiegel an, bis er aus dem Kühlrohr austritt, vollständig eingeschlossen  und die reduzierende Atmosphäre umgibt den Stab, wenn er durch Kühlturm 55, Gehäuse 58, Leitung 60, Gehäuse 62, Walzwerk 66 und Kühlrohr 67 geführt wird. Vorzugsweise wird mehr als ein Einlass entlang dieses Durchgangs zum Einführen der reduzierenden Atmosphäre angeordnet, weshalb Einlässe 70 beim Gehäuse 58 und beim Gehäuse 62 dargestellt sind.

  Auf diese Weise wird der heisse Kupferstab gegen Luft geschützt und damit wird eine Oxydation der Oberfläche während der Verarbeitungsoperation im wesentlichen verhindert. Praktisch ist indessen die Anlage zur Durchführung eines wirtschaftlichen Betriebs verhältnismässig gross und kann deshalb nicht hermetisch abgedichtet werden. Dementsprechend kann ein geringer Betrag an Luft in die mechanische Verarbeitungsanlage eindringen. Aus diesem Grunde stellt die Anwesenheit von Wasserstoff eine Sicherung gegen eine auftretende Oxydation dar. Be   kannterweise    ist Wasserstoff ein explosives Gas und aus diesem Grunde ist es wünschbar, nicht mehr als 15 Volumen-% Wasserstoff in der geregelten Atmosphäre zu verwenden, vorzugsweise aber nicht mehr als etwa 10% Wasserstoff.

  Der erforderliche Betrag an Wasserstoff wird dehalb in erster Linie vom Wirkungsgrad der Anlage abhängen. Falls erwünscht, kann der Wasserstoff in Verbindung mit einem geringen Betrag an Kohlenmonoxyd als zweitem reduzierendem Medium verwendet werden. Indessen ist Kohlenmonoxyd giftig und wird deshalb nicht in Mengen über 5 Volumen-%, vorzugsweise etwa 2 Volumen-%, verwendet.



   Wenn Kohlenmonoxyd als Beimischung zu Wasserstoff verwendet wird, sollte die Beimischung nicht mehr wie 15   Volumen-,    vorzugsweise nicht mehr als 10% betragen. Eine geeignete Atmosphäre enthält Stickstoff, etwa 5 Volumen-% Wasserstoff und 5 Volumen-% Kohlenmonoxyd. Wenn die Umhüllung im wesentlichen frei von Luftleckstellen ist u. die Atmosphäre Stickstoff enthält, können 2 Volumen-% Wasserstoff und 2 Volumen-% Kohlenmonoxyd verwendet werden.



   Im Sinne eines Beispiels wurde ein Kupferstab durch Durchführen eines Kupferkernstabes mit einem Durchmesser von rund   10 mm    (0,38 Zoll) durch ein Bad von Flüssigkupfer in einem Tiegel gebildet. Der aus dem Tiegel auftauchende Stab hatte einen Durchmesser von etwa 15,9 mm (5/8 Zoll). Der heisse Stab wurde durch Sprühwasser auf etwa 9500 C gekühlt und dann nur annähernd 1350 gebogen, um ihn durch ein Kühlrohr und hierauf zu einer Tänzerrad-Geschwindigkeitsregelung zu führen, wo der Stab bei etwa 8500 C gewalzt und auf etwa 9,5 mm (3/8 Zoll) verringert wurde. Der resultierende, warm verarbeitete Stab, der auf einem Haspel gesammelt wurde, wies hohe Qualität und eine im wesentlichen oxydfreie Oberfläche auf.



   Abgesehen davon, dass man einen mechanisch warmverarbeiteten Stab ohne oxydierte Oberfläche erhält, weist die Erfindung zusätzliche Vorteile auf. Z.B. ist kein Entzundern des Kupferstabes vor dem Ziehen zu Draht erforderlich. Daraus resultiert ein Gewinn an Metall und zudem wird dieser Schritt vollständig überflüssig. Es wurde ermittelt, dass Oxydation der Oberfläche des heissen überzogenen Stabes das    Haften     der Rollen verstärkt, und, da die Oberflächen-Oxydation praktisch ausgeschaltet ist, dementsprechend das    Haften     der Walzen verringert oder ausgeschaltet wird. Dies wiederum schaltet die vom    Haften     herrührenden Marken am Stab aus. 

  Alle diese Vorteile werden erreicht, während der Stab gleichzeitig mit der Tauch-Operation für das Auftragen des Stabes mechanisch verformt und die Operation unter einer geregelten reduzierenden Atmosphäre geführt wird. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung von Stäben durch Anlagern von Kupfer auf einem Kernstab, wobei dieser durch geschmolzenes Kupfer in einem Tiegel geführt und der so eine Schicht aufweisende Stab aus dem Tiegel entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in nacheinander folgenden Operationen der mit Kupfer versehene Stab auf etwa 6500 bis 9500 C gekühlt, zur Verringerung seines Durchmessers mechanisch umgeformt und hierauf unter etwa 1000 C gekühlt wird, wobei alle Operationen in einer Schutzgasatmosphäre mit Stickstoff und nicht mehr als etwa 15 Volumen-% Wasserstoff durchgeführt werden, zwecks Verhinderung einer Oxydation des überzogenen Stabes.

   UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgasatmosphäre zusätzlich Koh-lenmonoxyd aufweist.