DE2441139A1

DE2441139A1 - Verfahren zum schmelzspinnen von feindraht aus einer stahl-titan- oder stahl-siliziumschmelze

Info

Publication number: DE2441139A1
Application number: DE2441139A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Fredrick Rakestraw
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1974-08-28
Publication date: 1975-03-06
Also published as: NL7311333A; AU477157B2; FR2242162B1; US3884289A; AU476719B2; ATA731373A; FR2242164A1; FR2242162A1; GB1425915A; DE2340381A1; US3878703A; US3946794A; AT329494B; AU5929573A; LU68297A1; JPS5051422A; LU70816A1; AU7274674A; CA1050729A; GB1474220A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR 2441139

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 45

Anwaltsakte 25 309 2 8. AUG. 197%

MONSANTO COMPANY
St. Louis, Missouri, V.St.A.

"Verfahren zum Schmelzspinnen von Feindraht aus einer Stahl-Titan- oder Stahl-Siliziumschmelze"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmelzspinnen von Stahllegierungen zu Feindrähten (unter "Schmelzspinnen" wird hier und im folgenden das Erzeugen eines schmelzflüssigen Materialstrahls und dessen Erstarren zu einem Materialfaden verstanden).

Bis vor kurzer Zeit war es nicht möglich, fadenartige Ge-11-52-O235A GW

S09810/0859

bilde aus Metallen oder Metallegierungen im Schmelzspinnverfahren herzustellen. Dies beruhte darauf, daß eine Schmelze aus solchem Material eine praktisch vernachlässigbar geringe Viskosität hat. D.h. also, daß Schmelzen aus Metallen und Metallegierungen im wesentlichen reibungsfrei sind.

Beim Versuch, eine im wesentlichen reibungsfreie Schmelze zu Fäden oder Feindrähten zu verspinnen, ergibt sich eine Schwierigkeit daraus, daß die Oberflächenspannung des schmelzflüssigen fadenförmigen Strahls beim Austritt aus der Spinndüse in Bezug auf seine Viskosität derart groß ist, daß der Strahl zerfällt, bevor er die zum Erstarren notwendige Wärmemenge abgeben kann.

Für dieses schwer zu bewältigende Problem fand sich eine überraschende Lösung, welche in den US-PSen 3 216 076 und 3 658 979 beschrieben ist. Gemäß dieser Lösung wird der aus der Schmelze gebildete Strahl beim Austritt aus der Spinndüse mit einem Gas in Berührung gebracht, welches mit der Oberfläche des Strahls sofort zu reagieren vermag. Dadurch entsteht eine den Strahl an seiner Oberfläche überziehende dünne Haut, welche in der Lage ist, den Strahl so lange zusammenzuhalten, bis er genügend Wärme abgegeben hat und erstarrt. Zum Schmelzspinnen etwa von Aluminium-Feindrähten wird die Schmelze mit einer geeigneten Geschwindigkeit in eine sauerstoffhaltige Atmosphäre ausgepreßt. Kommt der aus der Spinndüse

509810/0859

austretende heiße Strahl in Berührung mit der sauerstoffhaltigen Atmosphäre, so bildet sich praktisch sofort eine stabile Haut aus in der Schmelze unlöslichem Aluminiumoxid auf der Umfangsflache des Strahls. Praktisch bildet sich also eine Hülle, welche das Zerfallen des fadenförmigen Strahls unter Einwirkung der Oberflächenspannung bis zum Erstarren verhindert.

Aluminiumoxid ist ein in der nicht oxydierten Metallschmelze nicht löslicher Feststoff, wodurch die Bildung einer Schutzhaut durch Reaktion mit Sauerstoff an der Austrittsseite der Spinndüse möglich wird. Demgegenüber ist jedoch im Falle von Eisenmetallen, etwa Stahl, das Eisenoxid in der flüssigen Schmelze löslich. Folglich kann sich beim Austritt eines schmelzflüssigen Strahls in eine oxydierende Atmosphäre keine Schutzhaut bilden.

Eine Lösung für dieses Problem lehrt die US-PS 3 216 076. Gemäß dieser Patentschrift lassen sich fadenförmige Gebildet aus Metallen, deren Oxide in der nicht oxydierten Schmelze des betreffenden Metalls löslich sind, dadurch herstellen, daß man solche Metalle mit einer kleineren Menge eines verträglichen Metalls legiert, dessen Oxid in der nicht oxydierten Schmelze unlöslich ist. Mit "verträglichem" Metall wird hier ein Metall oder Metallverbindungen bezeichnet, mit welchem bzw. welchen sich eine Legierung bilden läßt. Gemäß der angeführten Pa- · tentschrift sind für diesen Zweck geeignete Metalle AIu-

509810/0859

minium, Magnesium, Beryllium, Chrom, Lanthan und Zusammensetzungen davon. Das jeweils gewählte Metall sollte in der Legierung in einer Menge von mehr als 0,5 Gewichtsprozent vorhanden sein. Die obere Begrenzung der vorhandenen Menge eines zur Bildung eines tragfähigen Oxids geeigneten Metalls ist allein durch die von dem fertigen fadenförmigen Erzeugnis geforderten physikalischen Eigenschaften bestimmt. Für das Schmelzspinnen von Stahl wird als oxidhautbildendes Metall mit Vorteil Aluminium verwendet.

Die Erweiterung der Möglichkeit der Herstellung von Metallfäden unmittelbar aus der Metallschmelze wie Stahl stellt einen beträchtlichen Fortschritt dar. Die Durchführung dieses vorteilhaften Verfahrens für die Herstellung von Feindrähten aus Stahl in größerem Stil wurde jedoch bisher dadurch beschränkt, daß es nicht gelang, das Verstopfen der Spinndüse beim Schemlzspinnen zu verhindern. Für das gänzliche oder teilweise Verstopfen der Spinndüse sind vor dem Schmelzspinnen in der Schmelze auftretende Oxydationsreaktionen wesentlich verantwortlich. Erschwerend wirkt sich dabei die vorzeitige Oxydation des zum Stabilisieren des Strahls aus geschmolzenem Stahl verwendeten zweiten Metalls aus. Bei der erwähnten zumeist üblichen Verwendung von Aluminium für diesen Zweck ist es äußerst schwierig, den Sauerstoffgehalt der Schmelze niedrig genug zu halten, um ein vorzeitiges Ausfällen von Aluminiumoxid und die Bildung von

509810/0859

festen Einschlüssen in der Schmelze zu verhindern, welche dann dazu tendieren, sich im Bereich der Spinndüse anzusammeln. Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich auch bei anderen bisher vorgeschlagenen Metallen zum Legieren mit Stahl für das Stabilisieren des Stahlstrahls."

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Schmelzspinnen von Stahllegierungen und sieht vor, daß eine Schmelze von mit Silicium legiertem Stahl verwendet wird, in welcher das Silicium in einer Menge von wenigstens 0,5 Gewichtsprozent der Legierung vorhanden ist, daß über der Schmelze eine Druckgasatmosphäre aus einem inerten Gas und einem sauerstoffhaltigen Gas aufrechterhalten wird, daß das Sauerstoffpotential der Schmelze stromaufwärts von der Spinndüse auf einen Wert eingestellt wird, bei welchem das in der Schmelze vorhandene Siliciumoxid eine Aktivität von 0,3 bis 1 hat, indem man den Teildruck des sauerstoffhaltigen Gases auf einem vorbestimmten Wert hält, daß die Schmelze in Form eines fadenförmigen Schmelzstrahls unmittelbar in ein sauerstoffhaltiges Medium ausgebracht wird, dessen Oxydationskapazität ausreicht, Siliciumoxid auszufällen und dadurch eine stabilisierende Haut auf der Umfangsfläche des Strahls zu bilden, und daß der von der Haut stabilisierte Strahl bis zur Erstarrung abgekühlt wird.

Als "Feindraht" kann ein Draht mit einem Durchmesser vdn weniger als etwa 0,889 mm angesehen werden. Stahl ist

509810/0859

bekanntlich eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Bei für die Herstellung von Draht und dergleichen verwendeten Stählen liegt der Kohlenstoffgehalt im allgemeinen im Bereich zwischen etwa 0,1 und 4,30 Gewichtsprozent der Legierung.

Gemäß der Erfindung werden Stähle der vorstehend genannten Art mit Titan oder Silicium legiert, welches dann als hautbildender Bestandteil beim Schmelzspinnen dient.

Der Titan- oder Siliciumgehalt liegt vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 0,5 und 5,0 Gewichtsprozent der Legierung, obgleich die obere Grenze nicht durch kritische Gegebenheiten des Verfahrens bestimmt ist. Die obere Grenze läßt sich also je nach den vom Fertigprodukt geforderten physikalischen Eigenschaften bestimmen. Zur Bildung einer stabilisierenden Haut mit der notwendigen Festigkeit scheint jedoch ein Anteil des Titans oder Siliciums in der Legierung von wenigstens 0,5 Gewichtsprozent erforderlich zu sein.

Die zum Spinnen der Schmelze angewendeten Temperaturen sind nur insofern kritisch, als sie offensichtlich am oder über dem Schmelzpunkt der Legierung liegen müssen. Es ist zwar nicht unbedingt erforderlich, jedoch vorteilhaft, die Temperatur 10 bis 20⁰C über der Verflüssigungstemperatur der Legierung zu halten, um während des Schmelzspinnens einen Spielraum für gegebenenfalls auftretende Wärmeverluste zu haben. Die angewendeten Spinn-

509810/0859

drücke sind ebenfalls nur insofern kritisch, als sie zu einer für die Bildung eines wirksamen Spinnstrahls ausreichenden Spinngeschwindigkeit führen. Die hierauf bezogenen Parameter sind in der US-PS 3 658 979 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Hautstabilisierung von niedrig viskosen Stahl-Schmelzstrahlen entsteht die viskose Haut durch die Oxydation des speziell zu diesem Zweck dem Stahl zugesetzten Siliciums. Um diese herbeizuführen, wird der schmelzflüssige, siliciumhaltige Strahl direkt in ein oxydierendes Medium extrudiert. Beim Austritt des Spinnstrahls aus der Spinndüse kommt er also sofort in Berührung mit einer oxydierenden Atmosphäre, so daß sich nahezu gleichzeitig eine Haut aus Siliciumoxid bildet.

Bei der Durchführung des Schmelzspinnes unter Anwendung des vorstehend angeführten Verfahrens läßt sich die Bildung von die Spinndüse verstopfenden Einschlüssen erheblich verringern, indem man die Aktivität von Siliciumoxid in der Schmelze oberhalb der Spinndüse im Bereich zwischen 0,3 und 1 hält. Im Hinblick auf die Erfindung ist der einer Aktivität des Siliciumoxids bzw. Titanoxids mit dem Wert 1 entsprechende Normzustand dahingehend bestimmt, daß die Schmelze bei der darin enthaltenen Konzentration von Silicium oder Titan und Sauerstoff und bei der Temperatur der Schmelze mit Silicium- bzw. Titanoxid

509810/0859

gesättigt ist.

Die Aktivität des Siliciumoxid in der Schmelze wird mittels eiies sauerstoff haltigen Gases gesteuert, welches zusammen mit einem inerten Gas in das System eingeführt wird, um den für das Schmelzspinnen erforderlichen Überdruck zu erzeugen. Dabei bietet der Teildruck des sauerstoffhaltigen Gases in dem Gasgemisch ein Mittel für die Steuerung. Der jeweils richtige Teildruck hängt bei einer gegebenen Charge von dem jeweils verwendeten Gas ab, sowie ferner von dem Kohlenstoff- und Siliciumgehalt der Schmelze und der Temperatur derselben. Sofern diese Daten für einen in Aussicht genommenen Arbeitsablauf bekannt sind, lassen sich die zur Erzielung der gewünschten Wirkung notwendigen speziellen Teildrücke ohne Schwierigkeit berechnen.

Für die Verwendung als sauerstoffhaltiges Gas eignen sich etwa Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Sauerstoff und Dampf, wobei Kohlenmonoxid in der Praxis besondere Vorzüge aufweist. Da jedoch das betreffende Gas lediglich als Sauerstoffspender für den Schmelzkomplex dienen soll, ist man in der Wahl des sauerstoffhaltigen Gases praktisch nicht beschränkt. Als zweite Komponente des Druckgasgemisches ist jedes geeignete inerte Gas verwendbar. Beispielsweise werden bevorzugt Argon und/oder Helium verwendet.

Wie vorstehend angeführt, soll der Sauerstoffgehalt der

509810/0859

Schmelze an der Zuströmseite der Spinndüse auf einem Wert liegen, bei welchem die Aktivität von Titanoxid oder Siliciumoxid zwischen 0,3 und 1 liegt; Generell erzielt man die besten Ergebnisse, wenn der Sauerstoffgehalt der Schmelze in Bezug auf den Gehalt an Titanoxid oder Siliciumoxid am oder nahe am Sättigungspunkt liegt und die Aktivität des Titan- bzw. Siliciumoxide zwischen etwa 0,9 und 1 liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Wirksamkeit der Stabilisierung des titan- oder siliciumhaltigen Stahlschmelzstrahls bei seinem Austritt aus der Spinndüse durch die Menge des in der Schmelze gelösten Sauerstoffe bestimmt ist. Daher läßt sich eine in Bezug auf Siliciumoxid mit Sauerstoff gesättigte oder im wesentlichen gesättigte Stahlschmelze als Spinnstrahl sicherer stabilisieren als eine in Bezug auf Silicium- bzw. Titanoxid stark ungesättigte Schmelze.

Bei der Verwendung von Silicium ist ein höherer Sauerstoffgehalt zulässig, da das in Gegenwart des Sauerstoffs entstehende Siliciumoxid (SiO^) relativ gut löslich ist. Die Löslichkeit von Siliciumoxid in der Schmelze ist erheblich größer als die von Aluminiumoxid (Al-O-) oder von Oxiden anderer bisher für die Hautstabilisierung. in Verbindung mit Stahl verwendeten Metalle. Beispielsweise erfordert die Verwendung von Aluminium als zweites Metall in einer Menge von 1,0 Gewichtsprozent, daß der Sauerstoffgehalt der Schmelze bei einem Wert von 4 ppm oder

509810/0859

darunter gehalten wird, um das Ausfällen des Oxids zu vermeiden. Bei Verwendung von Silicium anstelle von Aluminium ist demgegenüber bei gleicher Konzentration ein Sauerstoffgehalt von 40 ppm oder -darüber in der Schmelze zulässig. In der Prxis ist es nahezu unmöglich, die bei Verwendung von Aluminium erforderlichen Bedingungen aufrechtzuerhalten, d.h. also, den Sauerstoffgehalt auf weniger als 4 ppm einzustellen. Bei der Verwendung von Silicium ergibt sich außerdem ein weiterer Vorteil daraus, daß das gegebenenfalls in der Schmelze ausgefällte Oxid desselben nicht zum Verstopfen neigende, zähflüssige Einschlüsse bildet und nicht kristalline Feststoffe, wie sie für Aluminiumoxid und andere ausfallende Metalloxide typisch sind.

Ist das Sauerstoffpotential der Schmelze zu niedrig, so wird diese in Bezug auf Siliciumoxid stark ungesättigt. Dadurch sind dann die chemischen Eigenschaften der Schmelze überwiegend von den Oxiden von Verunreinigungen der Schmelze bestimmt, deren Löslichkeitsgrenze unterhalb der von Siliciumoxid liegt. Diese Oxide sind gewöhnlich harte Feststoffe, welche sich beim Ausfällen im Bereich der Spinndüse ansammeln und diese schließlich verstopfen.

Wie vorstehend bemerkt, wird die Hautstabilisierung dadurch erzielt, daß die titan- oder siliciumhaltige Schmelze unmittelbar in ein gasförmiges Medium extru-

509810/0859

diert wird, dessen Oxadationskapazität ausreicht, Titan- bzw. Siliciumoxid auszufällen, so daß dieses eine den Schmelzstrahl umhüllende Haut bildet. Obgleich hier eine an Kohlenmonoxid reich oxydierende Atmosphäre generell den Vorzug verdient, können auch andere sauerstoffhaltige Gase oder Gasgemische zur Bildung der Titan- oder Siliciumoxidschicht auf dem Schmelzstrahl Verwendung finden. Neben Kohlenmonoxid seien hier als weitere Beispiele geeigneter Gase Kohlendioxid, Sauerstoff, Schwefeldioxid und Dampf genannt. Lediglich zur Anschauung sind im folgenden die chemischen Vorgänge bei der Hautstabilisierung unter Verwendung eines Kohlenmonoxid enthaltenden oxydierenden Mediums beschrieben. Dabei ist zu berücksichtigen, daß andere sauerstoffhaltige Gase in entsprechender Weise verwendbar sind. Der Reaktionsablauf läßt sich in folgender Weise darstellen:

1. Die Absorption von gasförmigem Kohlenmonoxid (CO,- O durch den flüssigen Schmelzstrahl ergibt gelösten Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (0)

2 CO_n ί 2 C + 2 0
und ist gefolgt von

2. der Reaktion von in der Stahlschmelze enthaltenem Titan oder Silicium unter Bildung einer festen Titanoxid

509810/0859

bzw. Siliciumoxid-(SiO_9r O-haut an der Oberfläche des Spinnstrahls 2 O + M = MO₂,. + 2 C

Darin bezeichnet M Titan oder Silicium, so daß sich für die Gesamtreaktion die Summe aus den Reaktionen 1. und 2. ergibt:

3. 2 CO, . + M ^M0 ₂r_s-)

Zur Bildung der stabilisierenden Haut aus festem Titanbzw. Siliciumoxid ist es erforderlich, daß die Löslichkeitsgrenze von Sauerstoff an der Oberfläche des Stahlspinnstrahls in Bezug auf Titan- bzw. Siliciumoxid überschritten wird. Dies geschieht dadurch, daß der Gleichgewichts-Teildruck des Kohlenmonoxids in der oxydierenden Atmosphäre, in welche die Stahlschmelze extrudiert wird, überschritten wird. Der für die Stabilisierung erforderliche Gesamtdruck des Kohlenmonoxids läßt sich folgendermaßen definieren:

ρ = ρ +p
*C0*** CO* CO**

erforderliche CO-Teildruck insgesamt,

ρ
CO* der Gleichgewichts-Teildruck, und

509810/0859

CO** ^zur Bi-!clung einer ausreichend starken Stabilisierungshaut innerhalb des dazu verfügbaren Zeitraums notwendige Teildrucküberschuß ist.

Wie man aus den vorstehenden Erörterungen erkennt, läßt sich das Verstopfen der Spinndüse vermeiden und eine sichere Stabilisierung des extrudierten Spinnstrahls dadurch erzielen, daß der Sauerstoffgehalt der Stahl-Titanbzw. -Siliciumschmelze sowohl an der Zuströmseite als auch an der Austrittsseite der Spinndüse auf den geeigneten Wert eingestellt wird. Vor dem Durchgang der Schmelze durch die Spinndüse wird also die Aktivität von Titanbzw. Siliciumoxid in der Schmelze auf einem Wert von 0,3 bis 1, vorzugsweise zwischen 0,9 und 1, gehalten. Unmittelbar beim Austritt der Schmelze in Form eines fadenförmigen Spinnstrahls aus der Spinndüse wird der Sauerstoffgehalt erhöht, so daß sich eine Haut aus ausgefälltem Silicium- bzw. Titanoxid bildet, bevor der schmelzflüssige Spinnstrahl unter Einfluß seiner Oberflächenspannung zerfallen kann.

Als abschließender Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von Feindraht aus Stahl wird der hautstabilisierte 'Spinnstrahl in ein Kühlmedium gebracht und dort bis zum Erstarren abgekühlt. Zu diesem Zweck eignet sich vorzugsweise ein Gas mit guter Wärmeleitfähigkeit. Dementsprechend lassen sich Gase wie

509810/0859

Helium, 'Wasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoff sowie Gemische derselben mit Vorteil verwenden, wobei insbesondere Wasserstoff und Helium oder Gemische von ' Wasserstoff und Stickstoff den Vorzug verdienen.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen von Peindraht unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur eine schematisierte, teilweise in senkrechtem Schnitt dargestellte Ansicht einer induktionsbeheizten Schmelzspinnvorrichtung zeigt.

Die dargestellte Vorrichtung enthält einen Tiegel 2 mit einem Boden 3» welcher auf einem Sockel 4 sitzt und von einem Isolierzylinder 5 und einem in Verbindung mit einer Induktions-Heizspule 7 verwendeten Kern 6 umgeben ist. Im oberen Teil der Vorrichtung ist eine Kammer 9 gebildet, welcher das für den Betrieb notwendige Druckgas über eine Leitung 8 zugeführt wird. Der Austritt der Druckgase an+Boden 3 des Tiegels vorüber ist durch Dichtringe 10 verhindert. Unter dem in der Kammer 9 herrschenden Gasdruck wird eine in dem Tiegel enthaltene Schmelze 1 durch eine in einer Spinndüsenplatte 12·gebildete öffnung 11. extrudiert und tritt aus dieser in Form eines zylindrischen Spinnstrahls 13 aus. Unmittelbar nach seiner Entstehung durchläuft der Spinnstrahl eine im Sockel 4 gebildete Kammer 14, in welcher eine gasförmige, sauerstoffhaltige Atmosphäre

509*1070859

aufrechterhalten wird. Dazu wird der Kammer 14 ein sauerstoffhaltiges Gas über Leitungen 15 zugeführt.

Die vorstehend beschriebene Schmelzspinnvorrichturig stellt lediglich ein schematisiertes Beispiel einer zumDurchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren Vorrichtung dar. Die dargestellte Ausführungsform kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. So kann das der Druckerzeugung dienende Gasgemisch oder ein Teil des- " selben in der Weise in eine oberhalb der Oberfläche der Schmelze gebildete Kammer eingeführt werden, daß man es mittels geeigneter Einrichtungen durch die Schmelze aufsteigen läßt. Wesentlich ist in jedem Falle, daß das sauerstoffhaltige Gas der Vorrichtung mit dem jeweils richtigen Teildruck zugeführt wird. Anstelle der dargestellten induktionsbeheizten Vorrichtung kann auch eine widerstandsbeheizte Vorrichtung verwendet werden. Zur | weiteren Erläuterung der Erfindung sind nachstehend einige Beispiele angegeben.

Beispiel 1

Eine Stahl legierung aus Elektrolyteisen mit 0,01 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 0,5 Gewichtsprozent Silicium wird in einem Spinntiegel geschmolzen und anschließend auf einer Temperatur von 155O°C gehalten. Unter Einwirkung eines mittels eines Gasgemischs aus Argon und Kohlenmonoxid erzeugten Überdrucks wird die Schmelze durch eine Spinndüse aus Berylliumoxid mit einem Durchmesser von 0,152 mm hindurch in eine ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Helium enthaltende Atmosphäre extrudiert. Während des Extrudierens

509810/0859

wird der Teildruck des Kohlenmonoxids oberhalb der Schmelze auf etwa 12 mm Hg gehalten. Dies entspricht dem Gleichgewicht der Siliciumöxid-Kohlenstoffreaktion in der Schmelze· Beim Austritt des schmelzflüssigen Spinnstrahls aus der Düse wird dieser Gleichgewichtswert durch den gesteigerten Teildruck des Kohlenmonoxids in dem Gasgemisch unmittelbar unterhalb der Düse überschritten. Dies bewirkte das Ausfällen von Siliciumoxid unter Bildung einer den.Spinnstrahl umhüllenden Haut. , Der durch die Haut stabilisierte Spinnstrahl wird dann durch ein gasgefülltes Kühlrohr geleitet und erstarrt dort zu einem Stahldraht kleinen Durchmessers. Auch bei längerem Extrudieren unter den angegebenen Bedingungen tritt ein Verstopfen der Spinndüse nicht ein.

Beispiel 2

Eine Stahllegierung aus Elektrolyteisen mit 0,4-Gewichtsprozent Kohlenstoff und 1,5 Gewichtsprozent Silicium wird in einem Schmelzspinntiegel geschmolzen aund anschließend auf einer Temperatur von 151^c gehalten. Die Schmelze wird entsprechend dem vorstehend im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren durch eine Düse von 0,152 mm hindurch zu einem Feindraht extrudiert, jedoch unter Anwendung eines anderen Teildrucks des Kohlenmonoxids oberhalb der Schmelze. Unter den Bedingungen für dieses Beispiel beträgt der Teildruck des Kohlenmonoxids für das Gleichgewicht der Silieiumoxrid-Kohlenstoffreaktion in der Schneize 230 mm Hg und wird im wesentlichen auf diesem Wert gehalten. Wie im Beispiel 1 traten während des

509810/0859

Extrudierens keine Verstopfungen der Spinndüse auf.

Beispiel 3

Eine Probe eines handelsüblichen Stahls mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 Gewichtsprozent wird mit 1,5 Gewichtsprozent Silicium legiert, in einem Schmelzsiiinntiegel geschmolzen und anschließend auf einer Temperatur von 1525⁰C gehalten. Unter Anwendung des im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens wird die Schmelze durch eine Spinndüse mit 0,152 mm Durchmesser zu einem Peindraht extrudiert. Im Gegensatz zu Beispiel 1 ergibt sich hier aus der Konzentration von Silicium und Kohlenstoff sowie aus der Temperatur der Schmelze für das Gleichgewicht der Siliciumoxid-Kohlenstoffreaktion in der Schmelze ein Teildruck des Kohlenmonoxids von 170 mmHg, Dementsprechend wird also der Teildruck des Kohlenmonoxids oberhalb der Schmelze annähernd auf diesem Wert gehalten. Wiederum machte sich während des Extrudierens kein Verstopfen der Düse bemerkbar.

Beispiel 4

Eine Stahllegierung aus Elektrolyteisen mit 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 1,0 Gewichtsprozent Elektrolyttitan wird bei einer Temperatur von 155O°C geschmolzen, darauf die Temperatur auf 154O°C gesenkt und auf diesem Wert gehalten. Uofcep Einwirkung eines Überdrucks von 0,633 at eines Gasgemisches aus Argon und Kohlenmonoxid wird die Schmelze durch eine Schmelzspinndüse mit 0,254 mm Durchmesser hindurch in eine aus Kohlenmonoxid und Helium ,

809310/0359

- 1

gebildete Atmosphäre extrudiert. Während des Extrudierens wird der Teildruck des Kohlenmonoxids oberhalb der Schmelze auf ungefähr 0,2 at gehalten: Dies entspricht dem Gleichgewichtswert für die Sauerstoff-Titan-Kohlenstoffreaktion in der Schmelze. Beim Austritt des schmelzflüssigen Spinnstrahls aus■der Düse wird dieser Gleichgewichtswert durch.den Teildrupk des Kohlenmonoxids in der Kohlenmonoxid-HeliumatmoSphäre unmittelbar unterhalb der Düse überschritten. Dadurch wird Titanoxid ausgefällt und bildet eine den Spinnstrahl umhüllende Haut. Der mittels der Haut stabilisierte Spinnstrahl wird dann durch ein gasgekühltes Rohr geführt und erstarrt darin zu einem Stahldraht kleinen Durchmessers. Während des Extrudierens traten an der Düse keine Verstopfungs- oder Erosionserscheinungen auf.

Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, schafft die Erfindung ein Verfahren zum Schmelzspinnen einer Stahl- Silicium oder einer Stahl—Titanlegierung zu einem Feindraht ohne die Gefahr des Verstopfens der Spinndüse. Dies geschieht dadurch, daß das Sauerstoffpotential in der Schmelze an der Zuströmseite der Spinndüse auf einem Wert gehalten wird, bei welchem die Aktivität von Siliciumoxid in der Schmelze, im Bereich zwischen 0,3 und 1 liegt. Eine Aktivität mit dem Wert eins entspricht hier einem Zustand, bei welchem die Schmelze bei den gegebenen Konzentrationen von Silicium und Sauerstoff und bei

gegebener Temperatur mit Siliciumoxid gesättigt ist.

509810/085S

Die Erfindung ist vorstehend zwar anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, welche jedoch im Rahmen der Erfindung in verschiedener Weise abwandelbar sind. Die Erfindung erstreckt sich deshalb nicht nur auf die beschriebenen Ausführungen, sondern auch auf verschiedene Abwandlungen derselben.

509810/0859

Claims

2U1139 - w -

-4ο.

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen von Feindraht aus einer Schmelze einer Stahl-Titan oder Siliciumlegierung, bei welchem die Schmelze in Form eines kontinuierlichen Strahls durch eine Düse in eine sauerstoffhaltige Atmosphäre extrudiert wird, in welcher sich eine feste Haut auf der Umfangsflache des Strahls bildet, so daß dieser bis zum Erstarren zusammengehalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze aus einer Legierung aus Stahl und wenigstens 0,2 Gewichtsprozent Titan bzw. 0,5 Gewichtsprozent Silicium hergestellt wird, daß über der Schmelze eine aus einem inerten Gas und einem sauerstoffhaltigen Gas zusammengesetzte Druckgasatmosphäre aufrechterhalten wird, daß das Sauerstoffpotential der Schmelze mittels des sauerstoffhaltigen Gases auf einen Wert eingestellt wird, bei,welchem die Aktivität des Titanbzw. Siliciumoxids in der Schmelze bei 0,3 bis 1 liegt,

daß die Schmelze in Form eines schmelzflüssigen, kontinuierlichen Strahls durch eine Düse hindurch in eine sauerstoffhaltige, gasförmige Atmosphäre extrudiert wird, durch welche das Sauerstoffpotential des schmelzflüssigen Strahls auf einen Wert 509810/0859

- m - ■

-Al ·

gesteigert wird, bei welchem das Titan- bzw. Siliciumoxid unter Bildung der stabilisierenden Haut
auf der Umfangsflache des Strahls ausfällt, wonach der mittels der Haut stabilisierte schmelzflüssige Strahl bis zum Erstarren abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahl-Titan- bzw. Siliciumschmelze etwa
0,01 bis 4,3 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 0,2
bis 5,0 Gewichtsprozent Titan bzw. 0,5 bis 5,0 Gewichtsprozent Silicium enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch über der Schmelze aus einem inerten Gas und einem Gas aus. der Gruppe Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Sauerstoff und Dampf gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Argon verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in Form eines
schmelzflüssigen Strahls in eine gasförmige Atmosphäre aus der Gruppe Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Sauerstoff, Schwefeldioxid und Dampf extrudiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

509810/0859

-oU.

gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas in dem Gasgemisch über der Schmelze Kohlenmonoxid ist und daß die Schmelze in Form eines schmelzflüssigen Strahls in eine gasförmige Atmosphäre aus Kohlenmonoxid extrudiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffpotential der Schmelze auf einem Wert gehalten wird, bei welchem die Aktivität des Titan- bzw. Siliciumoxids bei 0,9 bis 1 liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel zum Abkühlen des mittels der Haut stabilisierten, schmelzflüssigen Strahls bis zum Erstarren Wasserstoff oder Helium verwendet wird.

509810/08 5 9