DE2222963A1 - Verfahren zur Herstellung eines endlosen Stahldrahts - Google Patents

Description

COMPAGNIE GENERALE DES
ETABLISSEMENTS MIOHELIN
(MICHELIN & CIE.)

Clermont-Ferrand /Frankreich

Unser Zeichen: M 1264

Verfahren zur Herstellung eines endlosen feinen Stahldrahts

Die Erfindung betrifft die Herstellung sehr feiner Stahldrähte, die durch Erstarrung eines flüssigen, in ein Kühlmedium ausgespritzten Flüssigmetallstrahls erhalten werden. Bekanntlich nimmt ein unter Druck aus einem mit einer Durchbohrung versehenen Behälter ausgepreßter Flüssigkeitsstrahl beim Austritt aus der Öffnung über eine bestimmte Länge eine zylindrische Form an, bevor er Einschnürungen oder Schwingungen unterliegt, sich dann verteilt und Tropfen bildet. Die Länge des zylindrischen Teils des Strahls hängt von vielen Faktoren ab: Form, Abmessungen, physikalischer Zustand der Öffnung; auf die Flüssigkeit ausgeübter Druck und Ausspritzgeschwindigkeit; Durchmesser des Strahls; Art und Eigenschaft der Flüssigkeit; Art und Eigenschaften des Mediums, in welches der Strahl ausgepreßt wird.

Dr.Ha/Gl

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Z.B. nimmt ein in ein gasförmiges Medium mit einer Temperatur zwischen 1450 und 165O⁰C ausgespritzter Strahl aus Flüssigstahl mit einem Durchmesser von 30 bis 400 Mikron bei einer Auspreßgeschwindigkeit zwischen einigen Metern und 30 bis 40 Metern pro Sekunde eine zylindrische Form von einer einige Zentimeter nicht überschreitenden Länge an, auf welcher Länge er diese Form auch bewahrt, d.h. während einer Dauer in der Größenordnung von Hundertstel oder Tausendstel Sekunden.

Wenn man einen zylindrischen endlosen Draht, und insbesondere einen Stahldraht, ausgehend von einem in ein Kühlmedium ausgepreßten Strahl aus Flüssigmetall erhalten will, muß man daher seine Erstarrung während eines sehr kurzen Zeitintervalls erzielen. Dieses Problem ist besonders schwer im Fall von Eisen oder Stahl zu lösen, deren Eigenschaften, verglichen mit denen anderer Metalle, eine schnelle Erstarrung oder Verfestigung nicht begünstigen: Hohe spezifische Wärme, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe latente Schmelzwärme, hohe Dichte, Möglichkeit der Unterkühlung usw.

Zur Erzielung einer raschen Erstarrung eines Strahls aus Flüssigstahl muß daher unbedingt ein sehr wirksames Kühlmedium verwendet werden. Zweckmäßig verwendet man hierfür ein Gas mit guter Wärmeleitung (z.B. Wasserstoff, Helium, Kohlensäure, Stickstoff), dem ein flüssiges Kühlmedium in feinteiliger Form zugesetzt werden kann. Zu diesem Zweck scheint Wasser, das eine hohe Verdampfungswärrae und eine hohe Wärmekapazität besitzt, bei Verwendung in Form eines Nebels besonders günstig.

Ee- genügt jedoch nicht die Verwendung eines wirksamen Kühlmittels. Vielmehr muß noch die Erstarrung unverzüglich in Gang kommen

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und insbesondere müssen Oberflächenerscheinungen bekämpft werden, ein Problem, das bis zur vorliegenden Erfindung keine zufriedenstellende Lösung erfahren, hat. Die Erfin-. dung gibt genau an, wie die Erstarrung des Strahls unmittelbar bei seinem Eintritt in das Kühlmedium in Gang gesetzt wird, damit diese Erstarrung soweit fortschreiten kann, daß der Strahl in seiner zylindrischen Form fixiert wird, bevor sich diese wieder auflösen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines endlosen, feinen Stahldrahts durch Erstarrung oder Verfestigung eines in ein Kühlmedium ausgespritzten Strahls aus KLüssigstahl kennzeichnet sich dadurch, daß man die Erstarrung durch Anwesenheit von Sauerstoff und Silioium in Gang setzt und beschleunigt, wobei der Gehalt an Silicium ausreicht, daß unter Berücksichtigung des eventuell vorhandenen Mangangehalts das sich zuerst bildende Oxidationsprodukt Siliciumdioxid ist.

Somit besteht die Erfindung darin, daß man in oxidierendem Milieu arbeitet und daß man die Gehalte an Silicium und Mangan in dem Stahl so wählt, daß die Ausfällung von festem Siliciumoxid und nicht die Bildung von löslichen komplexen Silikaten begünstigt wird; man bedient sich zu diesem Zweck des Gleichgewichtsdiagramms Pe-Si-Mn-O.

Bezeichnet man mit χ und y die jeweiligen Gehalte an Mangan und Silicium in dem Stahl, ausgedrückt in Prozent bezogen auf das Eisen, so kann die Gleichgewichtskurve, welche die Bildungsbereiche von Siliciumoxid und Silikat begrenzt, durch die Gleichung definiert werden:

y = 0,55 x² - 0,18 χ + 0,1 (1)

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und zwar bei einer Temperatur von etwa 155O⁰O und in dem Bereich

0,5 # ^ χ * 1,5 # und 0,2 0 *S y £ 1,5 9ε.

Gemäß der Erfindung muß für jeden Wert von χ y einen höheren Wert aufweisen wie er durch die Gleichung (1) gegeben ist, um die Bildung von in dem Stahl unlöslichem Siliciumdioxid zu begünstigen.

Vorzugsweise verwendet man einen beträchtlichen Überschuß an Silicium und wählt y zwischen 0,5 und 3 $, wobei χ zwischen praktisch. O und 1,5 ^ "und y höher ist als der durch die Gleichung (1) gegebene Wert. Es folgen verschiedene beispielsweise Stahlzusammensetzungen, die sich sehr gut eignen:

y (# Si)	χ (% Mn)
0,7	0,7
1,2	1,1
1.5	1,2
2,4	1,4

Der Sauerstoff muß zur·Ingangsetzung und Beschleunigung der Erstarrung zugegen sein. Während jedoch das Silicium und das Mangan in dem Stahl enthalten sind, wird der Sauerstoff durch das Kühlmedium geliefert. Man kann Sauerstoff in Mischung mit dem Kühlmedium, entweder in Form von reinem Sauerstoff oder in Form von Luft verwenden, wobei dann stets als Kühlmedium ein inertes Gas (Helium, Stickstoff) verwendet wird. Vorzugsweise verwendet man jedoch eine oxidierende Verbindung, welche bei hoher Temperatur in Kontakt mit dem heißen Metallstrahl aktiven Sauerstoff erzeugen kann oder direkt eine Oxidationsreaktion bewirkt. Geeignete oxidierende Verbindungen sind beispielsweise Wasser oder

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Natürlich muß der Gehalt an Sauerstoff oder an oxidierender Verbindung in dem Kühlmedium so sein, daß der mit dem flüssigen Stahl in Berührung kommende Sauerstoff nur in Spuren vorhanden ist: Es handelt sich nämlich nicht um eine Oxidation des Stahls und noch viel weniger um seine Verbrennung, sondern darum, die Bildung von Mikroausscheidungen von SiOp zu bewirken, die dann ebensoviele Erstarrungskeime bilden.

Die nachstehende Tabelle gibt verschiedene gewichtsmäßige Zusammensetzungen von Stahl an, wovon die einen den vorstehend angegebenen Bedingungen genügen und einen fortlaufenden Draht ergaben und wovon die anderen den vorstehend angegebenen Bedingungen nicht genügen und deshalb unter den gleichen Verfahrensbedingungen keinen endlosen Draht ergaben. In beiden Fällen verwendete man als Kühlmedium mit einem Wassernebel versetzten Wasserstoff.

% 0	f> Si	% Mn	Bildung eines Drahts	Stahlzusammensetzung,
0,25	0,37	0,40	Da
Il	0,35	0,85	■ nein
Il	0,33	1,10	nein
0,30	0,73	1,10	da
•II	0,75	1,38	nein
Il	1,20	1,70	nein
0,60	0,30	0,40	3a
Il	0,30	0,90	nein
0,65	0,80	1,00	da
Il	0,80	1,34	nein
Il	1,22	1,26	ja
Il	1,20	1,90	nein
0,30	2,50	0,03	ja
Die vorstehenden	Versuche zeigen	eindeutig den Einfluß
der Gehalte an Silicium	und Mangan. Es genügt manchmal
eine sehr geringe	Änderung in der

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damit die Bildung eines Drahts möglich oder unmöglich wird. In Abwesenheit von Wassernebel oder einer anderen Säuerstoffquelle erhält man keinen Draht.

Wie bereits gesagt, scheint es, daß je nach den relativen Anteilen an Silicium und Mangan in dem Stahl, das sich bevorzugt bildende Oxidationsprodukt entweder bei der in Präge stehenden Temperatur festes SiOp oder ein komplexes Silikat von Mangan und Eisen ist, das bei der gleichen Temperatur flüssig ist. In der klassischen Metallurgie wählt man die Gehalte an Silicium und an Mangan so, daß Einschlüsse von festem SiOp in dem Metall vermieden und die Bildung von Silikaten begünstigt wird. Die Erfindung bevorzugt im Gegensatz dazu die Wahl von Silicium- und Mangangehalten, welche die Bildung und die Ausfällung von SiO^ entweder in der Masse oder an der Oberfläche des Flüssigstahlstrahls begünstigen. Die Anwesenheit von Siliciumoxid unterstützt und beschleunigt die Erstarrung des Stahls. Das erfordert die Anwesenheit von Sauerstoff oder einer oxidierenden Verbindung oder eines oxidierenden Gemischs, die in Berührung mit dem Silicium enthaltenden flüssigen Stahl Sauerstoff liefern können. Das so gebildete Siliciumdioxid spielt die Rolle eines Initiators und Beschleunigers für die Verfestigung.

Die Verwendung von Silicium und Mangan in den angegebenen Mengen besitzt im übrigen den Vorteil, den Stahldrähten gute mechanische Eigenschaften zu verleihen, sie zur Verarbeitung als Verstärkungselemente geeignet zu machen, die dann zur Herstellung von Luftreifen und anderen verstärkten Kautschukgegenständen Verwendung finden können.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die für den Wirkungsmechanismus des SiOp gegebenen Erklärungen beschrankt

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Unabhängig von dein Reaktionsmechanismus besteht das Wesen der Erfindung in der Bildung von SiOp, das unter oxidierenden Bedingungen bei hohen Temperaturen und bei der geeigneten Stahlzusaminensetzung gebildet wird.

-te,_n-. 209848/0824

Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines endlosen, feinen Stahldrahts durch Verfestigung eines in ein Kühlmedium ausgespritzten Strahls aus Flüssigstahl, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erstarrung durch die Anwesenheit von Sauerstoff und Silicium in Gang setzt und beschleunigt, wobei der Gehalt an Silicium ausreicht, daß unter Berücksichtigung des eventuellen Mangangehalts das sich zuerst bildende Oxidationsprodukt SiOp ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehalte χ und y an Mangan bzw. Silicium, auogedrUokt in Gew.-$, bezogen auf Eisen, den Gleichungen ontsjjreohen:

y ^ 0,55 x² - 0,18 χ + 0,1 (1) 0,5 £ y * 3

x ^ 1,5

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen beträchtlichen Siliciumüberschuß gegenüber dem durch die Gleichung (1) angegebenen Mindestwert verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium entweder- Sauerstoff oder eine Sauerstoffverbindung oder ein oxidierendes Gemisch enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4,. dadurch gekennzeichnet, daß

. man als dem Kühlmedium zugemischte oxidierende Verbindung Wasser oder C0_? verwendet.

6. Endloser Stahldraht mit einem Durchmesser zwischen 30 und 40On, dadurch gekennzeichnet, daß er Gehalte an Mangan und

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Silicium, χ, y, ausgedrückt in Grew.-#, entsprechend den Gleichungen

y 3s 0,55 x² - 0,18 χ + 0,1 0,5 * y '

χ ^ 1,5

aufweist.

7. "Verwendung der Drähte gemäß Anspruch 6 zur Verstärkung von Luftreifen.

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