DE2119920A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Metallisierung eines langgestreckten metallischen Grundmaterials - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Metallisierung eines langgestreckten metallischen GrundmaterialsInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. F. We ic km an ν,
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. RA.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820
<98 3921/22)
N.V. BEKAERT S.A. Zwevegem / Belgien
Leo Bekaertstraat 1
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Metallisierung eines langgestreckten metallischen
Grundmaterials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren'zur kontinuierlichen
Ummantelung eines langgestreckten Grundmaterials mit einem geschmolzenen Metall sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur vorherigen
kontinuierlichen Wärmebehandlung und nachfolgenden kontinuierlichen Ummantelung eines metallischen langgestreckten
Grundmaterials mit einem geschmolzenen Metall.. Xn der folgenden Beschreibung wird unter einem langge-
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streckten metallischen Grundmaterial ein Material verstanden, das längs einer seiner Abmessungen kontinuierlich
verfügbar ist, z.B. ein Draht, eine Stange oder eine Platte.
Das bekannte Verfahren zum Metallisieren eines Grundmaterials weist eine grosse Anzahl von Vorgängen auf·
In den meisten Fällen muss ein Bisendraht z.B. geglüht ^ werden oder nicht, je nachdem, ob Stahl ummantelt
werden soll, der einen niedrigen oder einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist. Dieser Glühvorgang soll
die Struktur des Stahls ändern, um günstige Eigenschaften hinsichtlich der Elastizität und des Zugwiderstandes
zu erhalten. Die aufeinanderfolgenden Vorgänge, denen das Grundmaterial bisher für die Metallisierung unterzogen
wird, sind folgende: Glühen» Ätzen und Spülen, Behandlung mit einer Salzlösung, Trocknen, Eintauchen
in das Metallbad und Abkühlen. Durch das Ätzen sollen Fett, Schmiere und Oxide (die z.B. auf die Wärmebehandlung
zurückzuführen sind) entfernt werden, während die Behandlung mit der Salzlösung dazu dient, dem Grund—
material günstige Eigenschaften hinsichtlich der Benetzbarkeit für das geschmolzene Untmantelungsmetall zu
verleihen, bevor es aufgebracht wird. Die Oxidation während der Wärmebehandlung ist nachteilig, da eine
Ätzung nötig ist, während der Ätzvorgang und die Behandlung mit einer Salzlösung nachteilig sind, da es
danach erforderlich ist, das Material zu trocknen·
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Alle diese Vorgänge führen zu einer Reihe von Problemen. Infolge der grossen Anzahl von Behandlungsvorgängen
müssen die Einrichtungen sehr langgestreckt sein. Dies führt zu sehr hohen Investitionskosten.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass nach dem Glühvorgang
das Grundmaterial his auf die Temperatur des Spül- oder Waschwasser während der Ätzung, Spülung und
Behandlung mit einer Salzlösung gekühlt wird. Wenn das Grundmaterial dann in das Metallbad geleitet wird, nimmt
as einen grossen Teil der Wärme dieses Bades auf. Es ist daher nötig, dem Metallbad ständig eine grosse Wärmemenge
zuzuführen, um die Wärmeabsorption durch das Grundmaterial zu kompensieren und eine konstante Temperatur in dem Bad
aufrechtzuerhalten.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Ätzen mit:
Salz- oder Schwefelsäure zu Schwierigkeiten hinsichtlich
der für das Abführen der schädlichen Dämpfe iisd der
wendeten Säure notwendigen Einrichtungen, führ+.-
Ein weiterer Nachteil ist auch die Behandlung des G materials mit einer Salzlösung, da diese zu Ablagerungen
in dem Metallbad führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das Grundmaterial im Vakuum mit einem geschmolzenen Metall ummantelt wird
bzw. dass das Grundmaterial durch ein Bad geführt wird, das das geschmolzene Metall enthält. Für die vorherige
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kontinuierliche Wärmebehandlung und die nachfolgende
Ummantelung eines langgestreckten metallischen Grundmaterials mit einem geschmolzenen Metall wird vorgeschlagen,
dass das Grundmaterial aufeinanderfolgend
ohne Unterbrechung und im Vakuum bis zu einer Temperatur von mehr als 700 C in einer Erhitzungszone geglüht,
in einer Kühlzone gesteuert gekühlt und in einer Eintauchzone mit dem Metall ummantelt wird.
Das Verfahren gemäss der Erfindung weist die folgenden
Vorteile auf:
Während der Wärmebehandlung im Vakuum tritt keine Oxidation auf; vorhandenes Fett oder Schmiere verdampfen;
das Grundmaterial bleibt in einem thermischen Ätzzustand und ist daher für eine gute Benetzung in einem Metallbad
in günstiger Weise vorbereitet;
Ätzen, Spülen, eine Behandlung mit einer Salzlösung und Trocknen sind nicht mehr erforderlich;
infolge der Verminderung der Anzahl der durchzuführenden
Vorgänge werden die Herstellungs- und Installationskosten ebenfalls vermindert;
der Ätzvorgang entfällt, so dass die durch die schädlichen Dämpfe geschaffene Gefahr nicht mehr besteht und
es ist daher nicht mehr nötig, besondere Vorrichtungen ' zum Abführen der Dämpfe vorzusehen;
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eine Behandlung mit einer Salzlösung ist nicht mehr erforderlich, so dass sich keine Ablagerung in dem Metallbad
mehr bildet;
es wird ein erheblicher Energiegewinn erzielt, da die Temperatur, mit der das Grundmaterial in das Bad eingeführt
wird, wesentlich erhöht wird, z.B. um 400 bis 500 C gegenüber den bekannten Verfahren.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens kann eine Vakuumzelle mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums und Elementen zur kontinuierlichen
Durchführung des Grundmaterials zunächst durch eine Erhitzungszone, dann eine Kühlzone und schliesslich
eine Eintauchzone, die ohne Unterbrechung aufeinanderfolgen, aufweisen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Es zeigt:
Pig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung und
zum Metallisieren gemäss der Erfindung, und
Pig. 2 einen schematischen Längsschnitt einer derartigen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform verschiebt
sich der Draht 1, der metallisiert werden soll, in Richtung
der Pfeile ausgehend von einer Vorratsrolle 2 zu einer Aufwickelrolle 6 mittels Führungsrollen 3» ^ und
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Die Führungsrolle 4 ist in einem Tauchbad 7 angeordnet, das ein geschmolzenes Ummantelungsmetall enthält. Die
Hauptbehandlungsvorgänge werden innerhalb der Zelle 8 durchgeführt. Die Vorratsrolle und/oder die Aufwickelrolle
keimen ausserhalb der Zelle 8 angeordnet sein.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Draht 1 in der Zelle 8
unter Vakuum bei einer Temperatur von mehr als 700 C
ausgeglüht wird. Danach wird er unter der Kontrolle ™ einer Kühlvorrichtung 11 abgekühlt und noch in der
unter Vakuum stehenden Zelle durch das geschmolzene Ummantelungsmetall geführt.
Das notwendige Vakuum von z.B. 10 bis 10 mm Hg kann in der Zelle 8 z.B. durch das in der US-PS 2 384 500
beschriebene Verfahren erzeugt und aufrechterhalten werden« Bas gewünschte Vakuum kann durch Pumpen bekannter
Art oder andere bekannte Einrichtungen erzeugt werden, um die Zelle 8 mittels des Anschlusses 9 an
einen Vakunmraum anzuschliessen.
tk Das Ausglühen des Drahtes 1 kann auf verschiedene Arten
durchgeführt werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Temperatur des Drahtes 1 durch Strahlung, Elektronenbeschuss
oder direkte Widerstandserhitzung zu erhöheno Die Erwärmung des Drahtes 1 wird mittels einer für
diesen Zweck geeigneten Vorrichtung 10 durchgeführt. Auf jedes Fall ist es nötig, die Temperatur des Drahtes
1 auf mehr als 700 C au bringen, damit die Oberfläche
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des Drahtes in das Bad 7» das das Ummantelungsmetall enthält, in einem geeigneten und thermisch ätzenden
Zustand eintritt. Infolge der Erwärmung der Drahtoberfläche im Vakuum mittels der Vorrichtung 10 erhält
man eine metallurgisch saubere Oberfläche, die frei von Oxid, Fett und Öl ist und die Gase, die in
dem Metall enthalten sein können, werden beseitigt. Drähte, die aus Stahl bestehen, der einen hohen
Kohlenstoffgehalt aufweist, können bis zu einer Temperatur
von 900 C erhitzt werden, um eine austenite Struktur des Stahls zu erhalten.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass unmittelbar nach der Glühbehandlung die metallurgisch saubere Oberfläche
des Drahtes in unerwarteter Weise für eine Benetzung durch das geschmolzene Metall besonders geeignet
ist, ohne dass sie einer Behandlung mit einer Salzlösung unterzogen wird.
Die Eintrittstemperatur des Drahtes 1 in de« Tauchbad
7 ist von besonderer Wichtigkeit. Wenn diese Temperatur zu hoch ist, besteht die Gefahr, dass eine dicke
Reaktionsschicht zwischen dem Grundmetall des Drahtes 1 und dem Ummantelungsmetall gebildet wird. Infolge
der Bildung der zu dicken Reaktionsschicht wird der Draht spröde und es werden sehr häufig in der Ummantelungsschicht
beim Biegen des hiermit versehenen Materials Risse gebildet« Es hat sich gezeigt, dass in
dieser Reaktionsschicht ein erhöhter Prozentsatz an intermetallischen Verbindungen (Sprödigkeit) auftritt,
wenn die Temperatur zu hoch ist (Diffusion zwischen
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den Metallen). Andererseits ist es sehr wichtig, dass die Temperatur des Drahtes nicht zu niedrig ist, wenn
• der Draht in das Bad 7 eintritt.
Wenn die Temperatur zu niedrig ist, ist die Adhäsion zwischen dem Draht 1 und dem Ummantelungsmetall zu
schwach· Gemäss der Erfindung wird daher vorgeschlagen, den Grad; der Abkühlung des Drahtes 1 z.B. mittels der
Kühlvorrichtung 11 in Abhängigkeit von dem Grundmetall ^ und dem Ummantelungsmetall derart zu bestimmen, dass
die Bildung einer spröden Reaktionsschicht möglichst verhindert wird und die Adhäsion zwischen dem Grundmetall
und dem Ummantelungsmetall ausreichend hoch ist. Wenn der Draht aus Stahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt
hergestellt wird, ist es notwendig, ihn schnell bis zu einer Temperatur von etwa 500 C vor der
isothermischen Behandlung abzukühlen, worauf der Draht
in Abhängigkeit von der Art des Ummantelungsmetalls gesteuert abgekühlt werden kann, wenn dies nötig ist.
Die Kühlvorrichtung 11 kann z.B. aus durch Wasser gekühlten Zylindern bestehen. Man kann hierfür irgend-
ψ eine Kühlvorrichtung verwenden.
Nach der Kühlung wird der Draht 1 mittels der Rollen 3» h und 5 in das Bad 7 geführt, das das geschmolzene Ummatelungsmetall
enthält. Das Bad 7 ist in der Vakuumzelle 8 (Fig. 1) angeordnet oder mit dieser (Fig. 2)
derart verbunden, dass der Draht mit der Umgebungsluft
nicht vor oder während des Eintauchens in das Bad in Berührung kommt. In bestimmten Fällen, z.B. wenn das
Ummantelungsmetall Aluminium ist, kann es zweckmässig
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sein, dem Bad 7 eine kleine Menge, ζ.B0 2 bis 4 ^
Silicium zuzusetzen, um die Bildung einer Reaktionsschicht zwischen dem Grundmetall und dem Ummantelungsmetall
zu begrenzen.
Ein stark reduzierendes Gas, wie Wasserstoff, kann Z0B. mit einem niedrigen Druck mittels Nadelventilen
in die Vakuumzelle in den Bereich, in dem der Draht in das Bad 7 eintritt und verlässt, eingebracht werden,
um die Oxidschichten zu vermindern, die sich bilden können.
Ummantelungsmetalle, die vorzugsweise für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung verwendet
werden, sind solche, die einen niedrigen Dampfdruck im Bereich ihrer Schmelztemperatur aufweisen, z.B. Aluminium,
Kupfer, Zinn und Indium oder Legierungen dieser Metalle.
Die Temperatur des Ummantelungsmetalls in dem Bad 7 wird vorzugsweise auf einem Wert gehalten, der um 1
bis 50 C höher ist als die Schmelztemperatur,, Auf diese
Weise wird der Metallverlust durch Ablagerung an den
Wänden der Vakuumzelle 8 auf ein Mininfum vermindert und
man erhält auf diese Weise Ummantelungsschichten besserer
Qualität bei geringstem Prozentsatz an intermetallischen Verbindungen. In der nachstehenden Tabelle sind
einige Werte von Dampfdrücken und Verdampfungsgeschwindigkeiten
von Metallen angegeben, die einen niedrigen Dampfdruck im Bereich der Schmelztemperatur besitzen.
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| Schmelztemperatur | 0C °C |
Dampfdruck | 2. 1C |
Verdampfungs- ge s chwindi g- keit in 2 g/seko cm |
|
| Kupfer Zinn |
1083 232 |
°C | 3, | 4. | ί 7.1Ο"5 4 ίο"10 |
| Blei | 327 | °C | 3, | 2. | ± 10-10 |
| Aluminium | 66O | 1, | -k ι 10 mmHg -22 „ ) mmHg |
± ίο"8 | |
| -9 10 7mniHg |
|||||
| -6 , 10 mmHg |
Im Gegensatz hierzu ergeben sich bei einem Metall wie Zink, das einen hohen Dampfdruck aufweist, die folgenden
¥erte:
420°C
O,16 mmHg
± ΙΟ"3
Ein Metall wie Zink ist für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wegen seines hohen Dampfdruckes
weniger geeignet.
In den meisten Fällen ist es zweckmässig, die Kühlorgane
zwischen der Aufwickelrolle 6 und der Führungsrolle 5 anzuordnen.
Es wurden verschiedene Versuche nait unterschiedlichen
Durchlaufgeschwindigkeiten durchgeführt. Auf diese Weise
erhielt man die üblichen Kurven, d.h. die Dicke der erhaltenen XJmmante lungs schicht in Abhängigkeit von der
Durchlaiafg© s chwindi gkei t. Diese Kurven zeigen vor allem
eine Verminderung der Ummantelungsschicht bei zunehmender
Geschwindigkeit und anschliessend eine Erhöhung dar
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Dicke der Ummantelungsschicht bei einer höheren Geschwindigkeit
infolge der "Mitreisswirkung". Die Ummantelungsschichten,
die man mit dem Verfahren gemäss der Erfindung erhält, zeigen eine sehr gute
Qualität hinsichtlich der Adhäsion bzw. der Splitterfestigkeit, ebenso wie hinsichtlich der Regelmässig-·
keit.
Ein Zahlenbeispiel wird nachstehend angegeben:
Man erhält Drähte mit einer Ummantelungsschicht guter
Qualität, wenn kohlenstoffarmer Stahl mit einem niedrigen
Kohlenstoffgehalt von 0,1 # durch ein Aluminiumschmelzbad geführt wird· Die Temperatur des geschmolzenen
Aluminiums beträgt z.B. 67O C. Das Bad kann kein Silicium oder 2 bis k $>
Silicium enthalten. Das Vakuum beträgt 5·10 mm Hg. Der Draht wird zunächst bei
einer Temperatur von 85O C geglüht und dann fortschreitend
bis zu einer Temperatur von 500 C bis unmittelbar vor seinem Eintritt in das Bad gekühlt.
109846/1648
Claims (1)
- Patent'ansprüche1.) Verfahren zur kontinuierlichen Ummantelung eines langgestreckten Grundmaterials mit einem geschmolzenen Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (i) im Vakuum mit einem geschmolzenen Metall ummantelt wird bzw. dass das Grundmaterial durch ein Bad (7) gefc führt wird, das das geschmolzene Metall enthält.2. Verfahren nach Anspruch 1 zur vorherigen kontinuierlichen Wärmebehandlung und nachfolgenden Ummantelung eines langgestreckten metallischen Grundmaterials mit einem geschmolzenen Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (i) aufeinanderfolgend ohne Unterbrechung und im Vakuum bis zu einer Temperatur von mehr als 700 C in einer Erhitzungszone (1O) geglüht, in einer Kühlzone (11) gesteuert gekühlt und in einer Eintauchzone (7) mit dem Metall ummantelt wird.' 3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Wärmebehandlung ein Eisendraht mit einem hohen Kohlenstoffgehalt schnell bis zu einer Temperatur von etwa 500 C abgekühlt wird.k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Ununantelungsmetall in der Eintauchzone auf einer Temperatur gehalten wird, die 50 C höher liegt als die Temperatur des geschmolzenen Metallso109846/1648Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stark reduzierendes Gas, wie Wasserstoff mit niedrigem Druck in
den Bereich eingeführt wird, in den das Grundmaterial (i) in die Eintauchzone (7) eintritt und diese verlässt.6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ummantelungsmetall einen niedrigen Dampfdruck im Bereich seiner
Schmelztemperatur besitzt.7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch
eine Vakuumzelle (8) mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums und Elementen (2-6) zur kontinuierlichen Durchführung des Grundmaterials
zunächst durch eine Erhitzungszone (10), dann eine Kühlzone (11) und schliesslich eine Eintauchzone
(7), die ohne Unterbrechung aufeinanderfolgen.109848/1648Leeseite
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |