DE2448434A1 - DUESE FOR EXTRUDING A METAL MOLTEN TO MANUFACTURE FINE WIRE - Google Patents

DUESE FOR EXTRUDING A METAL MOLTEN TO MANUFACTURE FINE WIRE

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DE2448434A1 DE19742448434 DE2448434A DE2448434A1 DE 2448434 A1 DE2448434 A1 DE 2448434A1 DE 19742448434 DE19742448434 DE 19742448434 DE 2448434 A DE2448434 A DE 2448434A DE 2448434 A1 DE2448434 A1 DE 2448434A1
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Description

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

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 458 MUNICH 86, POST BOX 86 02 45

Anualtsakte 25 454 1J Q. OKT. 1974 Anualtsakte 25 454 1 J Q. OCT. 1974

Monsanto Company,
St. Louis, Missouri/USA
Monsanto Company,
St. Louis, Missouri / USA

Düse zum Extrudieren einer Metallschmelze zur Herstellung feiner Drähte.Nozzle for extruding a molten metal to produce fine wires.

Die Erfindung ist allgemein auf die Verbesserung einer Vorrichtung zum Herstellen fadenförmiger Produkte durch kontinuierliches Extrudieren uon Schmelzen sehr geringer Viskosität gerichtet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verbesserung einer Düsenanordnung zum Extrudieren von Metallschmelzen und Schmelzen uon Metallegierungen zur Ausbildung eines Drahtes mit feinem Durchmesser.The invention is generally directed to improving an apparatus for making thread-like products by continuous Extruding directed towards very low viscosity melts. In particular, the invention relates to the improvement of a nozzle arrangement for extruding Metal melts and melts of metal alloys to form a wire with a fine diameter.

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l/erfahren, durch welche Drähte mit feinem Durchmesser durch Schmelzspinnen, d. i. durch Auspressen einer Metallschmelze durch eine Düse als freier fadenförmiger Schmelzstrahl, ausgebildet werden können, sind bekannt und unter anderem in den US-PS'en 3 216 076 und 3 658 979 beschrieben. Bei diesen l/erfahren wird eine Schmelze (z. B. die Schmelze eines Metalls oder einer Metallegierung)mit geringer Viskosität mit einer geeigneten Geschwindigkeit in eine ausgewählte Atmosphäre ausgepreßt. Wenn der heiße Strahl, der aus der Spritzdüse austritt, mit dieser Atmosphäre in Berührung gelangt, findet eine Reaktion statt, welche zur Ausbildung einer Haut rings der Strahloberfläche führt. Diese Haut, die auch als "stabilisierender Film" ("stabilizing film") bezeichnet wird, wirkt als Schutzhülle derart, daß sie den fadenförmigen Strahl vor einem Abreißen aufgrund von Kräften schützt, die v/on der Oberflächenspannung herrühren, bis eine zum Herbeiführen einer Zustandsänderung in den festen Zustand ausreichende Wärmemenge abgegeben werden kann.l / learn through what fine-diameter wires run through Melt spinning, d. i. by pressing a metal melt through a nozzle as a free, thread-like melt jet, are known and described in U.S. Patents 3,216,076 and 3,658,979, among others. at A melt (e.g. the melt of a metal or a metal alloy) with low viscosity is experienced as a result of this squeezed into a selected atmosphere at a suitable rate. When the hot jet that comes out exits the spray nozzle, comes into contact with this atmosphere, a reaction takes place, which leads to the formation a skin around the beam surface leads. This skin also known as "stabilizing film", acts as a protective cover in such a way that they thread-like jet protects against tearing off due to forces originating from surface tension until a a sufficient amount of heat can be given off to bring about a change of state into the solid state.

Die in Durchführung dieser l/erfahren verwendete Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Tiegel, welcher in seinem Boden ein Düsenelement, entweder als Teil des Bodens oder vorzugsweise als Düseneinsatz aufweist. Der Tiegel ist weiter mit Heizeinrichtungen zum Schmelzen der Charge undThe device used in carrying out this procedure consists essentially of a crucible, which in its bottom a nozzle element, either as part of the bottom or preferably has as a nozzle insert. The crucible is further with heating devices for melting the batch and

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zum Aufrechterhalten des Schmelzzustandes v/ersehen. Zusätzlich sind Einrichtungen vorgesehen, durch welche ein positiver Kopfdruck auf die Schmelzcharge aufgebracht werden kann, damit diese durch eine Spritzdüse bei geeigneten Strahlgeschwindigkeiten ausgespritzt werden kann.for maintaining the melting state. Additionally devices are provided through which a positive head pressure is applied to the melt charge so that it can be sprayed out through a spray nozzle at suitable jet speeds.

Von der Art des Verfahrens her ist es deutlich, daß strenge Anforderungen an die Materialien gestellt werden, welche die Düse bilden. Unter anderen Erfordernissen müssen die Materialien hoch widerstandsfähig gegen thermische Stöße sein und eine ausreichend hohe Temperaturfestigkeit haben, damit sie die mechanischen Spannungen, die während des Extrudierens auftreten, aufnehmen können. Außerdem muß für einen erfolgreichen Betrieb das Düsenmaterial chemisch verträglich mit der extrudierten Schmelzcharge sein. Das heißt, das Düsenmaterial sollte korrosions- und erosionsfest gegenüber chemisch reaktiven Schmelzen bei hohen Temperaturen sein, so daß die Düse während der Betriebsvorgänge dimensionsstabil bleibt.From the nature of the procedure it is clear that it is strict Requirements are placed on the materials that form the nozzle. Among other requirements, the materials must be highly resistant to thermal shocks and have a sufficiently high temperature resistance to enable them can absorb the mechanical stresses that occur during extrusion. Also must for a successful In operation, the nozzle material must be chemically compatible with the extruded melt charge. That is, the nozzle material should be corrosion and erosion resistant to chemically reactive melts at high temperatures, so that the nozzle remains dimensionally stable during operations.

Uenngleich in den letzten Dahren die Werkstoffkunde sich in großem Tempo entwickelt hat, sind Informationen und Daten noch nicht verfügbar, welche auf ein Material mit derartigen eigenschaften hinweisen könnte, welche voll den strengen An-In the past few years, materials science has moved into has developed at a rapid pace, information and data are not yet available on a material with such could indicate properties that fully meet the strict requirements

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forderungen im oben angeführten Sinne genügen könnten. Somit wurden ein beträchtlicher Zeitaufwand und beträchtliche Anstrengungen zur Aufdeckung eines geeigneten Materials unternommen. Materialien, uie Aluminiumoxid, Saphir, Zirconia Uo a. keramische Materialien, die in metallurgischen Verfahren erfolgreich zur Aufnahme von Metallschmelzen, uie Stahl, verwendet wurden, wurden untersucht, versagten aber im Betrieb als die Düsenöffnung bildende Glieder, durGh welche Metallschmelzen als Fadenstrahlen mit feinem Durchmesser ausgepreßt werden können. Der Grund für ein derartiges Versagen besteht verschiedentlich in einer unzureichenden Festigkeit, einer geringen Uiderstandsfähxgkeit gegen thermischen Bruch und einer chemischen Unverträglichkeit mit der Charge unter den Temperatur- und Druckbedingungen, die für das Ausspritzen von Metallschmelzen durch Düsenöffnungen mit Durchmessern unterhalb 0,9 mm erforderlich sind. Fehler treten insbesondere verstärkt auf, wenn die hochkorrosiven Schmelzen verschiedener Eisenlegierungen verarbeitet werden, bei denen l/er— fahrenstemperaturen oberhalb 1SQO0C oft erforderlich sind.requirements in the above sense could be sufficient. Thus, a considerable amount of time and effort has been devoted to discovering a suitable material. Materials including alumina, sapphire, zirconia, etc. Ceramic materials that have been successfully used in metallurgical processes to contain molten metals, such as steel, have been investigated but have failed to operate as the nozzle opening forming members by which molten metals can be extruded as fine diameter filament jets. The reason for such failure is variously inadequate strength, poor resistance to thermal breakage and chemical incompatibility with the charge under the temperature and pressure conditions required for ejecting molten metal through nozzle openings with diameters below 0.9 mm . Errors occur particularly enhanced when the highly corrosive melts of different iron alloys are processed, where l / ER drive 1SQO temperatures above 0 C are often required.

In einer verhältnismäßig kurze. Zeit zurückliegenden Entwicklung werden, uie aus der US-PS 3 584 678 ersichtlich, Düsen aus hochdichter Beryllerde in ainer Vorrichtung zum Extrudieren von Metallschmelzen zur Ausbildung von Draht mitIn a relatively short one. Developments in the past, as can be seen from US Pat. No. 3,584,678, Nozzles made of high-density beryl alumina in a device for extruding molten metal to form wire with

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feinem Durchmesser verwendet. Wenngleich diese Entwicklung einen klaren Fortschritt gegenüber dem sonstigen Stand der Technik darstellt, uurde gefunden, daß Dimensionsänderungen der Düsenöffnung, uelche annehmbare Grenzen überschreiten, beim l/erarbeiten von gewissen Metallschmelzen, wie verschiedenen Stahllegierungen auftreten, wenn derartige Düsen aus Beryllerde dabei angewendet werden.fine diameter used. Although this development is a clear advance compared to the rest of the state of the Technique, it has been found that dimensional changes in the nozzle opening exceed some acceptable limits, in the l / elaboration of certain molten metals, such as various steel alloys occur when such nozzles made of beryl alumina can be used.

Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß eine Extrusionsvorrichtung zur Ausbildung v/on Draht feinen Durchmessers aus einer Metallschmelze vorteilhaft eine Düsenstruktur aufweist, die aus polykristallinem Thoriumoxid (ThO2) mit einer Dichte von 9,5 bis 10,0 g/cm und einer Reinheit von wenigstens 99,5 % aufgebaut ist. Die Thorerde kann in der vollständig reinen Form vorliegen oder bis zu 0,5 Gewichtsprozent eines Sintermittels enthalten. Wenngleich nicht wesentlich notwendig, kann es jedoch vorteilhaft sein, das verwendete Sintermittel oder die Verdichtungshilfe als eine unter vielen Verbindungen auszuwählen, die zur Durchführung einer solchen Wirkung bekannt sind. Als erläuternde Beispiele können Kalziumoxid, Ytteroxid, Ammoniumchlorid, Ceroxid und Magnesiumoxid u. a, angegeben werden.According to the invention it has now been found that an extrusion device for forming wire of fine diameter from a metal melt advantageously has a nozzle structure made of polycrystalline thorium oxide (ThO2) with a density of 9.5 to 10.0 g / cm and a purity of at least 99.5 % is built up. The gate earth can be in the completely pure form or contain up to 0.5 percent by weight of a sintering agent. However, while not essential, it may be advantageous to select the sintering agent or densification aid used as one of many compounds known to perform such an action. As illustrative examples, calcium oxide, ytter oxide, ammonium chloride, cerium oxide and magnesium oxide, among others, can be given.

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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Extrusionsuorrichtung für Retallschmelzen dargestellt. In the drawing is a preferred embodiment shown for an extrusion device for retall melts.

Die Figur der Zeichnung stellt einen schematischen Längsschnitt eines typischen Extrusionsapparates dar, mit welchem Metallschmelzen in Form uon fadenförmigen Strahlen zur Ausbildung v/on Draht mit feinem Durchmesser extrudiert uerden. Die Metallschmelzencharge ist im Tiegel 2 aufgenommeni welcher eine Bodenplatte 3 aufweist, wobei der Tiegel und die Bodenplatte von einem Ständer 4 abgestützt sind. Ein Isolierzylinder 5 und ein Susceptor 6 umhüllen den Tiegel 2 und ihre Grundplatte 3. Die zur Führung des Verfahrens erforderliche Uärme wird durch Induktionsheizspulen 7 erzeugt. Ein Kopfdruck für die Extrusion wird durch ein unter Druck gesetztes inertes Gas (Gasquelle nicht gezeigt) erzeugt, welches über die Gasleitung 8 zugeführt wird, die mit dem Inneren der Einheit über den Einheitenkopf 9 in Verbindung steht. Dichtringe 10 dienen dazu, den Druck innerhalb der Umhüllung aufrechtzuerhalten und eine Leckage über die Grundplatte 3 zu vermeiden. Die Metallschmelze 1 wird durch die Düse 11 in der Düsenplatte 12 durch den aufgebrachten Kopfdruck zur Ausbildung eines fadenförmigen Schmelzstrahls gepreßt. Beim Austritt aus der Düse 11 durchläuft der entstehende Strahl eine hautbildende Atmosphäre, die innerhalbThe figure of the drawing represents a schematic longitudinal section of a typical extrusion apparatus with which Melting metal in the form of thread-like rays for training v / on fine diameter wire extruded. The molten metal charge is accommodated in the crucible 2 which has a base plate 3, the crucible and the base plate are supported by a stand 4. An insulating cylinder 5 and a susceptor 6 surround the crucible 2 and its base plate 3. The heat required to carry out the process is generated by induction heating coils 7. Head pressure for extrusion is created by a pressurized inert gas (gas source not shown), which is supplied via the gas line 8, which communicates with the interior of the unit via the unit head 9 stands. Sealing rings 10 are used to maintain the pressure within the envelope and prevent leakage through the Avoid base plate 3. The molten metal 1 is applied through the nozzle 11 in the nozzle plate 12 by the Head pressure to form a thread-like melt jet pressed. When emerging from the nozzle 11, the resulting jet passes through a skin-forming atmosphere, which is inside

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des Hohlraumes 14 des Ständers 4 enthalten ist. Der durch die Haut stabilisierte Schmelzstrahl durchläuft dann eine Kühlsäule (nicht gezeigt), in welcher für eine Umwandlung in den festen Zustand ausreichende Wärme entfernt wird.of the cavity 14 of the stand 4 is included. The one through the Skin-stabilized melt stream then passes through a cooling column (not shown) in which it is converted into the solid state sufficient heat is removed.

Uie oben angegeben, sind Düsenstrukturen nach der Erfindung aus einem polykristallinen Thoroxid-Material aufgebaut, uel-As indicated above, nozzle structures are in accordance with the invention made of a polycrystalline thoroxide material, uel-

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ches eine Dichte von 9,5 g/cm bis 10,9 g/cm und eine Reinheit von wenigstens 99,5 % hat. Gegenwärtig sind eine Anzahl won Verfahren bekannt, durch welche Thorerde auf Uerte verdichtet werden kann, die für die praktische Ausführung der Erfindung erforderlich sind. Ein derartiges Verfahren, welches üblicherweise als^Heißpressen" bezeichnet wird, ist vollständig auf den Seiten 183-230 des Buches "High Temperature Oxides", verfaßt durch Allen M. Alper und herausgegeben durch die Academic Press von New York und London, beschrieben. Kurz gesagt, werden pulverartige Teilchen der Keramik zusammengepreßt und bei hohen Drücken und Temperaturen verdichtet. Die im Normalfall verwendeten Drücke liegen in der Größenordnung von 71 bis 704 kg/cm2 bei Temperaturen, die im allgemeinen im Bereich von 1500 bis 2000°C liegen. Ein anderes geeignetes Verfahren ist in der US-PS 3 574 645 beschrieben. Entsprechend wird eine Menge von feinkörnigem Thoroxid mit einer Teilchengröße von etwa 0,05 bis 2,0 Mikron zuerst im Gesenk verpreßt bei etwa 704 kg/cm , umches has a density of 9.5 g / cm to 10.9 g / cm and a purity of at least 99.5 % . A number of methods are presently known by which pore earth can be compacted to the values necessary for the practice of the invention. One such process, commonly referred to as "hot pressing", is fully described on pages 183-230 of the book "High Temperature Oxides" written by Allen M. Alper and published by the Academic Press of New York and London. Briefly said, powder-like particles of the ceramic are compressed and compacted at high pressures and temperatures, the pressures normally used being of the order of 71 to 704 kg / cm 2 at temperatures generally in the range of 1500 to 2000 ° C. A Another suitable method is described in U.S. Patent 3,574,645, Similarly, an amount of fine grain thoroxide having a particle size of about 0.05 to 2.0 microns is first die pressed at about 704 kg / cm

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einen verdichteten "grünen" Formling zu erhalten mit einer Dichte von etwa 40 bis 50 % der theoretisch möglichen Dichte, Der Vorformling wird dann im wesentlichen auf die theoretische Dichte bei einer Temperatur von wenigstens etua 20000C in einer Uasserstoff-Uasserdampf-Atmosphäre gesintert, die einen Taupunkt zwischen etua -250C bis +250C hat. Der Sintervorgang wird über einen Zeitraum von etwa 7 Stunden hin durchgeführt.a compacted "green" molded article to obtain a density of about 40 to 50% of the theoretically possible density, The preform is then sintered Uasserdampf atmosphere Uasserstoff-substantially to the theoretical density at a temperature of at least etua 2000 0 C in a, which has a dew point between etua -25 0 C to +25 0 C. The sintering process is carried out over a period of about 7 hours.

Uie angegeben, kann die Thorerdedüse aus 10G /S reiner Thorerde oder einer Zusammensetzung gebildet sein, die aus Thorerde und bis zu 0,5 Gewichtsprozent eines Sintermittels besteht, beispielsweise Kalziumoxid (CaO). Uenn das Verdichtungshilfsmittel wahlweise angewendet wird, kann es mit den Thorerdeteilchen vor dem Verdichtungsvorgang vermischt werdenoAs stated, the Thorerded nozzle can be made of 10G / S pure Thorerde or a composition consisting of torch earth and up to 0.5 percent by weight of a sintering agent, for example calcium oxide (CaO). Uenn the compression aid optionally used, it can be mixed with the Thorerde particles prior to the densification process be o

Platten oder Scheiben aus hochdichter polykristalliner Thorerde können leicht bis auf die gewünschte Form und Größe mit Hilfe von bekannten Verfahren bearbeitet werden'. Düsenöffnungen mit feinem Durchmesser werden üblicherweise hergestellt durch Ausarbeiten einer Versenkung in der Zuführfläche der Düsenplatte mit sich anschließendem Bohren und Polieren einer Düsenöffnung des gewünschten Durchmessers undPlates or disks made of high-density polycrystalline Torde earth can easily be cut to the desired shape and size processed using known methods'. Fine diameter nozzle orifices are commonly made by working out a countersink in the feed surface of the nozzle plate with subsequent drilling and Polishing a nozzle opening of the desired diameter and

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konzentrisch mit der Ansenkung. Die Düsenöffnung kann, falls erwünscht, auch ausgerundat werdenoln einer gegebenen Platte oder Scheibe können mehr als eine Düsenöffnung vorhanden sein.concentric with the countersink. The nozzle opening may, if desired, be ausgerundat o In a given plate or disc may be present as a nozzle opening more.

Uie oben angegeben, können die die Düse bildenden Glieder auch als Grundplatte für den Tiegel dienen. Grundsätzlich uird es jedoch vorgezogen, Düsenplatteneinsätze in der Grundplatte des Tiegels zu verwenden, uie in der Figur gezeigte Der Düsenplatteneinsatz hat im allgemeinen eine kreisscheibenförmige Gestalt und kann, falls gewünscht, in der Grundplatte durch Verwendung einer Klemme oder eines Niederhalteringes festgelegt werden. Mehrfachdüsen-Einsatzscheiben können in der Grundplatte des Tiegels ebenfalls verwendet werden. Die Düsenöffnung soll ein Aspektverhältnis zwischen 1 und 2G, vorzugsweise kleiner als 10, von der Ansenkung aus haben.As indicated above, the members forming the nozzle can also serve as a base plate for the crucible. In principle, however, it is preferred to have nozzle plate inserts in the base plate of the crucible, as shown in the figure. The nozzle plate insert is generally circular in shape and can pass through the base plate if desired Use a clamp or a hold-down ring. Multiple nozzle insert disks can be used in the Base plate of the crucible can also be used. The nozzle opening should have an aspect ratio between 1 and 2G, preferably less than 10, from the countersink.

Die folgenden Beispiele illustrieren die beträchtliche Überlegenheit von Düsenelementen gemäß Erfindung zur Verwendung in einem Apparat zum Extrudieren von Metallschmelzen unter erschwerten Umgebungsbedingungen.The following examples illustrate the considerable superiority of nozzle elements according to the invention for use in an apparatus for extruding molten metal under difficult environmental conditions.

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Beispiel IExample I.

Ein Extrusionsapparat der in der Figur dargestellten Art wurde mit einer Düseneinsatzscheibe ausgestattet, die eine Zusammensetzung aus polykristallinem Tharoxid und 0,125 Gewichtsprozent Kalziumoxid als Verdichtungshilfe hatte. Der kapillare Düseneintritt war konisch mit einem Scheitelwinkel von etwa 30 .An extrusion apparatus of the type shown in the figure was equipped with a nozzle insert disc which has a composition of polycrystalline tharoxide and 0.125 percent by weight Had calcium oxide as a compaction aid. The capillary nozzle inlet was conical with an apex angle from about 30.

Zum Ausfindigßiachen der Betriebscharakteristika der vorstehend beschriebenen Düsenstruktur wurde eine Versuchsreihe unter erschwerten Umgebungsbedingungen durchgeführt, die sich aus der Herstellung von Draht mit feinem Durchmesser aus einer hochkorresiven Stahl-Siliziumlegierungscharge ergaben. Zusätzlich zum Stahl und zu 1 bis 2 Gewichtsprozent Silizium enthielt die verwendete Charge noch von etwa 0,25 bis 0,75 Gewichtsprozent Mangan.To find out the operating characteristics of the above described nozzle structure, a series of tests was carried out under difficult environmental conditions resulted from the manufacture of fine diameter wire from a highly corrosive steel-silicon alloy batch. Additionally to the steel and 1 to 2 percent by weight silicon, the batch used still contained from about 0.25 to 0.75 Weight percent manganese.

Zur Einleitung des Versuchsverfahrens wurde ein fester Block der Stahllegierung zuerst in den Tiegel der Vorrichtung eingebracht, bevor das Aufheizen eingeleitet wurde. Der Tiegel der Vorrichtung wurde dann auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1510 bis 155O0C aufgeheizt. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein zweiter Stahllegierungsblock langsam in den aufgeheizten Tiegel durch eine Q-Ringdichtung zugeführt, die im KopfteilTo initiate the experimental procedure, a solid block of the steel alloy was first placed in the crucible of the device before heating was initiated. The crucible of the apparatus was then heated to a temperature in the range of about 1510 to 155o C 0. At this point, a second steel alloy ingot was slowly fed into the heated crucible through a Q-ring seal in the head

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der Druckkammer angeordnet wurde (d. h., der Block schmolz am unteren Ende und die Tropfen wurden in den Tiegel gerichtet). placed in the pressure chamber (i.e., the block melted at the bottom and the drops were directed into the crucible).

Nachdem der Tiegel mit der Netallschmelzcharge gefüllt war~, wurde die Kammer unter einen Druck von etwa 2,4 kg/cm gesetzt. Hieraus folgte ein Druckgradient über den Thorerde-Düseneinsatz, durch welchen die Stahllegierungsschmelze durch die kapillare Düsenöffnung hindurchgepreßt wurde. In^dem dieser Druckunterschied, sowie eine kontinuierliche Ergänzung der Charge durch Eintropfen won Metallschmelze in den Tiegel von der zugeführten Stange aufrechterhalten wurde, blieb die Vorrichtung über einen Zeitraum von 91 Stunden hin in Betrieb. Dies stellt eine außergewöhnlich lange Spritzbetriebsdauer dar, ohne daß unter derartigen erschwerten Bedingungen Düsenfehler festgestellt werden konnten. After the crucible was filled with the molten metal charge ~, the chamber was pressurized to about 2.4 kg / cm. This resulted in a pressure gradient across the Thorerde nozzle insert through which the steel alloy melted the capillary nozzle opening was pressed through. In ^ which this pressure difference, as well as a continuous replenishment the batch was maintained by dropping molten metal into the crucible from the rod supplied Device in operation for 91 hours. This provides an exceptionally long spray life without it being possible to detect nozzle errors under such difficult conditions.

Nach dem Abschluß des Versuchslaufs wurde die Vorrichtung heruntergekühlt und der Thoroxid-Düseneinsatz wurde zur mikroskopischen Untersuchung seiner Makrostruktur und zur Untersuchung des Ausmaßes von Abmessungsänderungen in der Düsenkapillare herausgenommen. Keine Risse oder andere Beweise struktureller Mangel aufgrund mechanischer Spannungen wurden festgestellt. Außerdem wurde gefunden, daß der Durch-After the completion of the run, the device was cooled down and the thoroxide nozzle insert was used for microscopic examination of its macrostructure and for Examination of the extent of dimensional changes in the nozzle capillary taken out. No cracks or other evidence structural defects due to mechanical stresses were found. It was also found that the passage

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messer der Düsenkapillaren sich lediglich um 0,0178 mm über diese lange Spinndauer hin unter extremen Umgebungsbedingungen vergrößerte. Dies zeigte eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegen die Hochkorrosivuirkungen von Stahl legierungsschmelzen, wie auch die Uiderstandsfähigkeit gegen Erosion, herrührend von der Strömung dieser Materialien, auf.The diameter of the nozzle capillaries is only 0.0178 mm over this long spinning time increased under extreme environmental conditions. This showed an exceptional resilience against the highly corrosive effects of steel alloy melts, as well as the resistance to erosion resulting from the flow of these materials.

Beispiel IIExample II

Eine Reihe von verschiedenen Thorerde-Düseneinsätzen wurden in demselben Apparat und in derselben Weise uie in Beispiel I getestet. Die Zusammensetzung dieser Einsätze für die Versuchsläufe waren: (1) reines Thoroxid und (2) eine Zusammensetzung aus Thoraxid und 0,25 Gewichtsprozent Kalziumoxid und (3) eine Zusammensetzung aus Thoroxid und 0,50 Gewichtsprozent Kalziumoxid. Die Dichten der Versuchsdüsenscheiben lagen im Bereich zwischen 9,90 bis 9,97 g/cm . Der Durchmesser der Düsenkapillaren betrug in allen Fällen 0,25 mm.A number of different torrent nozzle inserts were made in the same apparatus and manner as in Example I. tested. The compositions of these inserts for the trial runs were: (1) pure thoroxide and (2) a composition thoraxide and 0.25 weight percent calcium oxide; and (3) a composition of thoraxide and 0.50 weight percent Calcium oxide. The densities of the test nozzle disks ranged between 9.90 and 9.97 g / cm. The diameter the nozzle capillaries were 0.25 mm in all cases.

Eine Stahllegierungs-Schmelzcharge, wie in Beispiel I, wurde unter den in Beispiel,I angegebenen Bedingungen durch die Düsen gepreßt für Zeiträume im Bereich zwischen 50 und 70 Stunden. Im Anschluß an die Uersuchsläufe wurden Messungen des Ausmaßes der Durchmesseränderung der DüsenkapillarenA steel alloy melt charge as in Example I was prepared under the conditions given in Example I by the Nozzles pressed for periods ranging between 50 and 70 hours. Measurements were made following the test runs the extent of the change in diameter of the nozzle capillaries

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durchgeführt. Es wurde festgestellt, daß die Zunahmen des Durchmessers auf den Bereich von 0,0127 bis 0,0762 mm beschränkt uaren. Bei mikroskopischer Untersuchung uurde kein Hinueis auf Strukturmängel als Ergebnis mechanischer Spannungen festgestellt.carried out. It was found that the increases in Diameter limited to the range of 0.0127 to 0.0762 mm uaren. On microscopic examination there was no indication of structural defects as a result of mechanical stresses established.

Beispiel IIIExample III

Der Zweck dieses Beispiels ist es, Testergebnisse zu schaffen, uelche mit einem bekannten Düseneinsatz erhalten wurden, um die hochdichten Thorerdeeinsätze gemäß Erfindung entsprechend den Beispielen I und II damit zu vergleichen«The purpose of this example is to provide test results obtained with a known nozzle insert to compare the high-density gate earth inserts according to the invention according to Examples I and II with it «

Ein Düseneinsatz aus hochdichtem Berylliumoxid (BeO) uurde in die Tiegelplatte desselben Extrusionsapparates eingepaßt, welcher in den Beispielen I und II verwendet wurde«, Eine Schmelzcharge aus einer Stahllegierung mit einer Zusammensetzung, wie sie in den vorstehenden Beispielen beschrieben ist, uurde dann durch die Düsenöffnung über einen Zeitraum von 3 Stunden hin unter Extrusionsbedingungen gepreßt, die denjenigen entsprachen, die in den Beispielen I und II beschrieben sind. Im Anschluß an den Uersuchslauf wurde eine Messung der Durchmesseränderungen der Düsenkapillaren durchgeführt. Es wurde gefunden, daß der Durchmesser von ursprüng-A nozzle insert made of high-density beryllium oxide (BeO) was fitted into the crucible plate of the same extrusion apparatus, which was used in Examples I and II «, A melt charge of a steel alloy with a composition as described in the previous examples, then through the nozzle opening over a period of time pressed for 3 hours under extrusion conditions corresponding to those described in Examples I and II are. Following the test run, the changes in diameter of the nozzle capillaries were measured. It was found that the diameter of the original

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lieh 0,152 mm auf 0,279 mm vergrößert uar. Dies entspricht einer Korrosionsrate der Düse von 0,0381 mm pro Betriebsstunde im Vergleich zu einer Rate uon 0,000254 mm bis 0,00254 mm pro Stunde für die hochdichten Thorerdedüsen, die unter denselben Bedingungen gemäß den Beispielen I und II getestet wurden. Somit ist ersichtlich, daß zwischen den Düsenstrukturen nach der Erfindung und denen aus hochdichtem Berylliumoxid ein Unterschied vom 15-bis 150-fachen der Korrosionsrate vorhanden ist.borrowed 0.152 mm to 0.279 mm enlarged uar. This matches with a corrosion rate of the nozzle of 0.0381 mm per operating hour compared to a rate of 0.000254 mm to 0.00254 mm per hour for the high-density Thorerded nozzles, which under the same conditions according to Examples I and II have been tested. Thus it can be seen that between the nozzle structures according to the invention and those of high density Beryllium oxide a difference of 15 to 150 times that Corrosion rate is present.

Um die relative chemische Verträglichkeit hochdichter'Thorerde mit hochkorrosiver Stahllegierungsschmelze im Vergleich mit einer großen Anzahl anderer feuerfester Keramikmaterialien festzustellen, wurde eine Serie von Prüfmeßbanksversuchen durchgeführt. Das verwendete Verfahren bestand im Einschneiden eines kleinen Schlitzes bekannter Abmessungen in die Seite einer Scheibe aus dem Versuchsmaterial. Die Scheibe uurde dann in ein aufgeheiztes Bad einer Stahllegierungsschmelze eingetaucht. Die Badtemperaturen lagen zwischen 1500 und 1600 C. Nach 6 bis 100 Stunden Kontaktberührung der Scheiben mit der heißen Stahlschmelzenzusammensetzung wurden die Scheiben herausgenommen und die Dimensionsänderung des Schlitzes aufgezeichnet. Das Ausmaß der festgestellten Korrosion der Keramik wurde durch ein Anwachsen der Schlitzabmessungen angezeigt.To the relative chemical compatibility of high density'Thorerde with highly corrosive steel alloy melt compared to a large number of other refractory ceramic materials a series of bench tests was carried out. The method used was incision a small slot of known dimensions in the side of a disc of the test material. The disc became then immersed in a heated bath of molten steel alloy. The bath temperatures were between 1500 and 1600 C. After 6 to 100 hours of contact of the disks with the hot melt steel composition, the disks were removed and the dimensional change of the slot is recorded. The extent to which the ceramic was corroded was indicated by an increase in the slot dimensions.

- 15 -- 15 -

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Zusätzlich zu der hochdichten Thorerde wurden Proben aus hochdichten Keramiken der folgenden Zusammensetzungen den oben umrissenen l/ersuchsbedingungen ausgesetzt: AI2O3 (Einzelkristall und polykristallin);BeO; MgO; ZrO2; 2Al2O3. SiQ2; ZrO2. SiO2; Y2O3;. CeS; MoSi2 und BN.In addition to the high-density thora, samples of high-density ceramics of the following compositions were exposed to the test conditions outlined above: Al2O3 (single crystal and polycrystalline); BeO; MgO; ZrO 2 ; 2Al 2 O 3 . SiQ 2 ; ZrO 2 . SiO 2 ; Y 2 O 3 ; CeS; MoSi 2 and BN.

Die Versuchsergebnisse demonstrierten, daß dia Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion für Thorerdekeramiken mit Dichten im Bereich von 9,5 bis 10,0 g/cm3 derjenigen irgendeines anderen getesteten feuerfesten Materials ueit überlegen uar. Dias uar insbesondere augenscheinlich, uenn Silizium und Mangan als Legierungszusätze enthaltende Stahlschmelzen als korrosives Medium verwendet wurden. Selbst Einzelkristall'-materialien, wie Saphir (Al2O3) wurden durch diese korrosiven Schmelzen ernsthaft angegriffen. Die Schlitzweiten des in die Thorerdescheiben-l/ersuchsproben eingeschnittenen Schlitzes zeigten Abmassungsänderungen von weniger als 0,0254 mm unter sämtlichen angewendeten l/ersuchsbedingungen und Zeitläufen. Sämtliche anderen feuerfesten Materialien zeigten Abmessungsänderungen der Schlitze im Bereich von 0,0508 mm nach 6 Stunden bis zu einer vollständigen Auflösung des Scheibenmaterials in weniger als 6 Stunden.The test results demonstrated that the corrosion resistance for earthenware ceramics with densities in the range of 9.5 to 10.0 g / cm 3 was far superior to any other refractory material tested. This is particularly evident when molten steel containing silicon and manganese as alloy additives were used as the corrosive medium. Even single crystal materials such as sapphire (Al 2 O 3 ) were seriously attacked by these corrosive melts. The slot widths of the slot cut in the Torch earth disk test samples showed dimensional changes of less than 0.0254 mm under all test conditions and times. All other refractory materials showed dimensional changes in the slots ranging from 0.0508 mm after 6 hours to complete dissolution of the disc material in less than 6 hours.

- Ansprüche -- Expectations -

509817/0284 - 16 -509817/0284 - 16 -

Claims (2)

Ansprüche :Expectations : 1. Gegen Abnutzung widerstandsfähige Düse zum Extrudieren einer Schmelze aus Metall und Metallegierungen unter Druck und bei Temperaturen oberhalb von 1500 C, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung aus polykristallinem Thoroxid mit einer Dichte won 9,5 bis 10,Q g/cm , einer Reinheit von wenigstens 99,5 % Thoroxid und durch Abmessungesänderungen von u.eniger als 0,025 mm nach 100 Stunden im Kontakt mit der Metallschmelze bei 1500 C.1. Abrasion-resistant nozzle for extruding a melt of metal and metal alloys under pressure and at temperatures above 1500 C, characterized by a composition of polycrystalline thoroxide with a density of 9.5 to 10, Q g / cm, a purity of at least 99.5 % thoroxide and due to dimensional changes of less than 0.025 mm after 100 hours in contact with the molten metal at 1500 C. 2. Gegen Abnutzung beständige Düse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil von big zu 0,5 Ceuichtsprozent eines Sintermittels.2. Against wear-resistant nozzle according to claim 1, characterized by a share of big to 0.5 percent a sintering agent. 5098 17/02845098 17/0284
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