DE19707089C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung legierter metallischer Drähte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung legierter metallischer Drähte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren, auch als Dip-Forming bezeichnet, ist seit langem bekannt (DE-AS 12 73 295 bzw. CH 347 305). Bei diesem bekannten Verfahren wird ein metallischer Draht, der von einem Drahtvorrat abgezogen wird, zur Beseitigung von Oxidschichten oder anderen Verunreinigungen auf der Oberfläche geschält und anschließend in einen das schmelzflüssige Beschichtungsmetall enthaltenden Tiegel ein- und durch diesen hindurchgeführt. Dabei wird dem schmelzflüssigen Metall durch den sogenannten Mutterdraht Wärme entzogen, das Metall setzt sich deshalb an diesem Draht ab, wobei der Drahtdurchmesser entsprechend der Verweilzeit in der Schmelze zunimmt. Die Schmelze selbst wird dem Tiegel aus einem Ofen zugeführt, der das schmelzflüssige Metall in der gewünschten Zusammensetzung enthält. Dabei erfolgt die Legierung des eingesetzten Metalles chargenweise, Änderungen in der Legierungszusammensetzung sind daher nur unter großem Kostenaufwand möglich, abgesehen von der den heutigen Anforderungen nicht mehr genügenden Qualität des Endproduktes.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, die es erlaubt, bei einem gattungsgemäßen Verfahren Legierungszusammensetzungen kurzfristig zu ändern, ohne daß größere Materialmengen verschrottet werden müßten, und gleichzeitig dafür zu sorgen, daß das durch Aufdicken eines Mutterdrahtes hergestellte Endprodukt den gestellten Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit, Verformbarkeit bzw. elektrischer Leitfähigkeit und Wasserstoffbeständigkeit, genügt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßten Merkmale. Die Zugabe des Legierungsmetalles außerhalb des Schmelzofens ermöglicht einen Legierungsprozeß im Bereich kleiner zur Verfügung stehender Materialmengen, zudem kann der Legierungsvorgang kurzfristig gestartet und auch gestoppt werden, der Materialverlust hierbei kann so auf ein Minimum beschränkt werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Legierungsmetall in Form eines Drahtes der Metallschmelze zuzuführen, dieser kann von einem vorhandenen Drahtvorrat abgewickelt und mit seinem einführungsseitigen Ende kontinuierlich in die Metallschmelze eingebracht werden. Dabei ist für die Erfindung wesentlich, daß die Menge des zuzuführenden Legierungsmetalles den Eigenschaften des Endproduktes entsprechend über die Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes gesteuert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige Schmelzen und Legierungsmetalle einsetzbar, besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung hochwertiger Kupfertauchwalzdrähte mit bestimmten Silbergehalten, in diesem Fall ist also die Metallschmelze eine Kupferschmelze, der als Legierungsmetall ein Silberdraht zugeführt wird. In Durchführung der Erfindung können so hochwertige, sauerstofffreie Kupferdrähte hergestellt werden, beispielsweise mit Silbergehalten von 0,01 bis 0,10%, die sich durch eine besonders glatte Oberfläche, gute Verformbarkeit und Feinziehfähigkeit sowie hohe elektrische Leitfähigkeit auszeichnen. Das Verfahren erlaubt die kontinuierliche Herstellung großer Längen bei minimierten Materialverlusten.

Zur Qualitätsverbesserung des nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Drahtmaterials trägt ferner bei, daß die Zuführung des Drahtes aus dem Legierungsmetall unter Schutzgas erfolgt. Dieses Schutzgas kann vorteilhaft auch Stickstoff sein, er dient einmal dazu, Zuführungselemente für den Legierungsdraht im Bereich des Schmelzenbadspiegels hinreichend zu kühlen, zum anderen dafür zu sorgen, daß dieser Bereich gegen den Zutritt von Sauerstoff geschützt ist. Bei dem aus der DE-AS-12 73 295 bekannten Verfahren wird die zur Beschichtung des Kerndrahtes verwendete Schmelze vorlegiert und das so vorbereitete schmelzflüssige Metall in einen Tiegel eingebracht, durch den der Kerndraht hindurchgeführt wird. Demgegenüber ist für die Erfindung wesentlich, daß die Einmischung des Legierungsmetalles in die Schmelze selbsttätig durch die Metallströmung erfolgt, die sich bei der Aufdickung des Mutterdrahtes bzw. Beschichtung eines Kerndrahtes ergibt.

Diesem Zweck dient in Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eine Vorrichtung, die aus einer senkrechten Tauchpfanne zur Aufnahme der Metallschmelze mit einem Ein- und einem Auslaß für den durchlaufenden Mutter- oder Kerndraht besteht. Die Tauchpfanne selbst besteht aus einer rohrförmigen Schmelzenaufnahme mit unterer Bodenplatte und einem von oben her in diese Aufnahme hineinragenden Rohrstück, das sich auf der Bodenplatte abstützt und mit der inneren Umfangsfläche der Schmelzenaufnahme einen Ringraum bildet. Dieser Ringraum dient einmal zum Nachführen der Metallschmelze in das Innere des Rohrstückes, gleichzeitig zur Aufnahme und Einbringung des Legierungsmetalles. Dadurch, daß das Rohrstück im sich auf der Bodenplatte abstützenden Bereich Aussparungen aufweist, ist nur ein bestimmter Durchfluß der metallischen Schmelze in das Innere des Rohrstückes möglich, wo die eigentliche Beschichtung oder Aufdickung des Mutter- oder Kerndrahtes erfolgt. Der ungehinderte Durchtritt von Schlacken zum Auftragsraum wird so verhindert.

Der Legierungsdraht ist in den Ringraum hinein zum Schmelzspiegelbereich sicher zu führen, gleichzeitig ist zu gewährleisten, daß mit dem Einführen des Legierungsdrahtes der Zutritt von Sauerstoff in den Schmelzenbereich verhindert wird. Zu diesem Zweck ist in Durchführung der Erfindung ein Führungsrohr vorgesehen, das durch einen oberen Ringraumdeckel hindurchgeführt ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Führungsrohr bündig mit der Unterkante Ringraumdeckel abschließt. Dieses Rohr kann dann gleichzeitig zur Schutzgaszufuhr in den Ringraum verwendet werden.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß der Legierungsprozeß unmittelbar vor der Beschichtung des Kern- oder Mutterdrahtes erfolgt. Damit ist die Gewähr für eine besonders hohe Qualität des Endproduktes wegen der optimalen Verteilung der Legierungszusätze gegeben. Hierzu ist erforderlich, daß auch die Menge des Legierungsmetalles fortlaufend kontrolliert und gesteuert wird. In Durchführung der Erfindung hat es sich daher als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn dem Einführen des Legierungsdrahtes in den Ringraum ein Rollenpaar aus Antriebsrad und Andruckrolle dient, wobei die Drehzahl des Antriebsrades materialmengenabhängig regelbar ist.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine gattungsgemäße Dip-Forming Anlage 1, beispielsweise für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Kupferdrähten, bei dem angeliefertes Kupfermaterial, beispielsweise Kathodenkupfer, in einem nicht dargestellten Ofen aufgeschmolzen wird. Das aufgeschmolzene Kupfermetall gelangt dann über die Zuführung 2 in den Halteofen 3, der an die sogenannte Tauchpfanne 4 angeflanscht ist. Von einem Drahtvorrat 5 wird der Kern- oder Mutterdraht 6, der die gleiche Zusammensetzung wie das herzustellende Endprodukt aufweist, über eine Rollenanordnung 7 einer Schäl- oder Schabevorrichtung 8 zugeführt. Hier erfolgt die Entfernung von auf der Oberfläche befindlichen Oxidschichten oder sonstiger Verunreinigungen durch einen Schabe- oder Schälvorgang, schematisch angedeutet durch die abgetragenen Späne 9. Diese Behandlung des Kern- oder Mutterdrahtes erfolgt zweckmäßig unter Schutzgas. Diese Schutzgasatmosphäre wird durch entsprechende Abdeckungen des Drahtes 6 bis zu seinem Eintritt in die Tauchpfanne 4 aufrechterhalten. Der Eintritt des Kerndrahtes in die Tauchpfanne erfolgt im unteren Bereich nach Umlenkung über die Rolle 10. In der Tauchpfanne 4 erfolgt die Aufdickung bzw. Beschichtung des Kern- oder Mutterdrahtes 6, unmittelbar vor diesem Vorgang aber die Zugabe eines Legierungselementes, in diesem Fall in Form eines Silberdrahtes 11. Der so hergestellte nunmehr silberlegierte Vordraht 12 wird dann über die Umlenkrollen 13 sowie einer Tänzereinrichtung 14 dem Walzwerk 15 zugeführt, um den Draht 12 auf den gewünschten Drahtquerschnitt zu reduzieren. Der so im Querschnitt reduzierte Draht läuft dann über eine weitere Tänzeranordnung 16 zur Vergleichmäßigung des Fertigungsablaufes und wird anschließend der Aufwickelvorrichtung 17 zugeführt. Der auf den Kern 18 aufgewickelte Draht kann dann einer Weiterverarbeitung zugeführt werden, beispielsweise um den Drahtquerschnitt weiter zu reduzieren, oder unmittelbar nach Prüfung des Endproduktes versandfertig verpackt werden.

Die Fig. 2 zeigt in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab Einzelheiten des entsprechend der Erfindung vorgesehenen Legierungsprozesses während der kontinuierlichen Fertigung nach dem sogenannten Dip- Forming Verfahren hergestellter Drähte.

Über die Flanschverbindung 19 ist die Tauchpfanne 4 mit dem hier nicht dargestellten Halteofen 3 verbunden, an dieser Stelle erfolgt auch der Zutritt der im Halteofen 3 vorhandenen Metallschmelze in das Innere der Tauchpfanne 4. Diese besteht, wie dargestellt, aus einem äußeren Mantelkörper 20, in dem sich eine rohrförmige Schmelzenaufnahme 21, z. B. aus Graphit, befindet, die eine untere Bodenplatte 22 aufweist. Innerhalb dieser rohrförmigen Schmelzenaufnahme ist ein z. B. ebenfalls aus Graphit bestehendes Rohrstück 23 angeordnet, das sich auf der Bodenplatte 22 abstützt. Der Durchtritt der Schmelze erfolgt durch stirnseitige Aussparungen 24 im sich abstützenden Bereich des Rohrstückes 23. Diese Aussparungen 24, in der Größenordnung von 8-20 mm, verhindern den Zutritt von Schlacken in den eigentlichen Beschichtungsraum 25.

Durch die konzentrische Anordnung des Rohrstückes 23 sowie der Schmelzenaufnahme 21, beide z. B. in Form von Graphit-Tiegeln ausgeführt, wird neben dem Beschichtungsraum 25 ein zusätzlicher Ringraum 26 gebildet, in dem die Flansch-Verbindung 19 vom nicht dargestellten Halteofen mündet. Entsprechend der zur Aufdickung des Mutterdrahtes 6 bis zum Draht 12 benötigten Materialmenge ergibt sich ein ständiger Nachfluß des schmelzflüssigen und aus dem Halteofen angelieferten Metalles durch die Aussparungen 24 hindurch und hinein in den eigentlichen Beschichtungsraum 25. Dieses Strömungsverhalten der angelieferten Metallschmelze wird erfindungsgemäß genutzt für einen unmittelbaren Legierungsprozeß, indem der von einem Vorrat 27 abgezogene Silberdraht 11 in den Ringraum 26 und damit in den Badspiegelbereich der zugeführten Metallschmelze eingebracht wird. Hierzu dient ein Führungsrohr 29, das durch den oberen Abschlußdeckel 30 des Ringraumes 26 hindurchgeführt ist und gleichzeitig einen Anschluß 31 aufweist, mit einem Schlauchanschluß 32 zu einem Schutzgasvorrat 33, beispielsweise Stickstoff. Mit dem Einführen des Silberdrahtes 11 in den Ringraum 26 erfolgt gleichzeitig der Aufbau einer Schutzgasatmosphäre oberhalb des Schmelzenbadspiegels, im Falle von Stickstoff führt diese Atmosphäre gleichzeitig zur Kühlung des in den Ringraum 26 hineinragenden Endes des Führungsrohres 29. Eine besonders vorteilhafte Variante ergibt sich dann, wenn das Führungsrohr 29 bündig mit der Innenfläche des Abschlußdeckels 30 abschließt.

Die Zuführung des Legierungsmetalles hat kontrolliert zu erfolgen, aus diesem Grunde ist gemäß der Erfindung eine spezielle Antriebs- und Regeleinrichtung für die Materialzufuhr vorgesehen, die es erlaubt, den Legierungsvorgang auch kurzfristig zu starten oder zu stoppen. Das gilt selbstverständlich auch während des normalen Prozeßbetriebes, dieser kann unabhängig von der Zugabe der Legierungskomponenten kontinuierlich weitergeführt werden. Vorgesehen ist zu diesem Zweck ein Rollenpaar aus einem Antriebsrad 34 sowie einer Andruckwalze 35, wobei das Antriebsrad 34 von dem Getriebemotor 36 angetrieben wird. Die schematisch dargestellte elektrische Regelung ist mit 37 bezeichnet, nicht dargestellte Abtast- oder Sensorelemente geben Informationen über die Durchlaufgeschwindigkeit des Silberdrahtes 11 und damit über die der Schmelze zugeführte Menge an Legierungsmaterial an die Regeleinrichtung 37. Mit 38 ist eine Führungsrolle bezeichnet, auch diese kann dazu verwendet werden, Daten über Drahtquerschnitt und Durchlaufgeschwindigkeit an die Regeleinrichtung 37 abzugeben.

Zwischen Außenwandung 20 und rohrförmiger Schmelzenaufnahme 21 sind Heizelemente 39 vorgesehen, sie dienen in bekannter Weise der Temperierung der eingebrachten Metallschmelze während des Beschichtungsvorganges.

Der Kern- oder Mutterdraht 6 wird von unten in die Tauchpfanne 4 eingeführt. Der problemlosen Einführung dient der Kühlkopf 40 mit Kühlmittelanschlüssen 39 für das z. B. verwendete Prozeßwasser. Dichtungselemente 41 aus entsprechend hochtemperaturbeständigen Werkstoffen schotten den Einführungsbereich des Mutter- oder Kerndrahtes 6 zum Beschichtungsraum 25 ab, eine spezielle Einlaufdüse 42 für den Draht ist in der Bodenplatte 22 vorgesehen.

Claims (14)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung legierter metallischer Drähte, bei dem ein der Qualität des Endproduktes entsprechender Mutterdraht beim ein- oder mehrmaligen Hindurchführen durch eine Metallschmelze beschichtet (aufgedickt) wird, wobei die Metallschmelze in eine Tauchpfanne eingeführt und der Draht durch die in der Tauchpfanne befindliche Metallschmelze hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Legierungsmetall der Metallschmelze in der Tauchpfanne fortlaufend in fester Form zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmetall in Form eines Drahtes der Metallschmelze zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zuzuführenden Legierungsmetalles über die Zuführungs­ geschwindigkeit des Drahtes gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht fortlaufend von einem Drahtvorrat abgezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze eine Kupferschmelze ist, der als Legierungsmetall ein Silberdraht zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Drahtes aus dem Legierungsmetall unter Schutzgas erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas Stickstoff ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmischung des Legierungsmetalles in die Schmelze selbsttätig durch die Metallströmung bei der Aufdickung des Mutterdrahtes erfolgt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bestehend aus einer senkrechten Tauchpfanne zur Aufnahme der Metallschmelze mit einem Ein- und einem Auslaß für den durchlaufenden Mutterdraht, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchpfanne (4) aus einer rohrförmigen Schmelzenaufnahme (21) mit unterer Bodenplatte (22) und einem von oben her in diese Aufnahme (21) hineinragenden Rohrstück (23) besteht, das sich auf der Bodenplatte (22) abstützt und mit der inneren Umfangsfläche der Schmelzenaufnahme (21) einen Ringraum (26) bildet, und daß der Ringraum (26) zur Nachführung der Metallschmelze in das Innere des Rohrstückes (23) und gleichzeitig zur Aufnahme und Einbringung des Legierungsmetalles dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im sich auf der Bodenplatte (22) abstützenden Bereich des Rohrstückes (23) stirnseitige Aussparungen (24) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung des Legierungsdrahtes (11) in den Ringraum (26) ein Führungsrohr (29) dient, das durch einen oberen Abschlußdeckel (30) hindurchgeführt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (29) bündig mit der Innenfläche des Abschlußdeckels (30) abschließt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (29) gleichzeitig zur Schutzgaszufuhr in den Ringraum (26) dient.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einführen des Legierungsdrahtes (11) in den Ringraum (26) ein Rollenpaar aus Antriebsrad (34) und Andrückrolle (35) dient, wobei die Drehzahl des Antriebsrades (34) materialmengenabhängig regelbar ist.