DE2462386C3 - Vorrichtung zum Stranggießen von Drähten oder Fäden aus einer Schmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Stranggießen von Drähten und Fäden, mit einem unterhalb einer Öffnung für den Austritt einer Schmelze angeordneten Drehkörper.

Es ist bereits eine Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung fadenförmigen Materials direkt aus geschmolzenem Material bekannt. Die meisten dieser Methoden sind auf Metallprodukte beschränkt und verwenden formende Mündungen, um den Querschnitt des Fadenmaterials zu steuern. Typisch hierfür ist US-PS 28 25 108 (Pond), wonach die Schmelze (ein Metall) durch eine Düse gedrückt wird, um einen freistehenden Strom geschmolzenen Materials zu bilden, der sich auf einem wärmeableitenden rotierenden Bauteil in Fadenform verfestigt.

Verfahren dieser Art haben den Nachteil, daß es durchaus nicht einfach ist, geschmolzenes Material durch kleine Mündungen zu bringen. Die Mündungen müssen aus außergewöhnlich widerstandsfähigem Material hergestellt sein, wenn die Schmelze einen relativ hohen Schmelzpunkt hat, wie dies praktisch bei allen Metallen der Fall ist, und die Mündungen haben dennoch eine Tendenz zum Erodieren oder Verstopfen. Eine erfolgreiche Lösung des Problems der Mündungen ist in der US-PS 38 38 185 (Maringer et al) beschrieben, wonach eine wärmeableitende Scheibe das Fadenmaterial bildet, indem Schmelzenmaterial am Außenrand der Scheibe verfestigt wird, während diese in Berührung mit einer Schmelze rotiert. Auf diese Weise wird ein Faden ohne die Verwendung einer Mündung gebildet. Dieses Verfahren erfordert jedoch die Verwendung einer in einem wannenartigen Behälter gelagerten Schmelze. Dabei ist es notwendig, erhebliche Mengen des Ausgangsmaterials zu schmelzen und schmelzflüssig zu halten. Dies bedeutet einen erhöhten Energieaufwand, da die Schmelze auf ihrer hohen Temperatur gehalten werden muß. Hinzu kommt noch die Wechselwirkung der Schmelze mit der Atmosphäre, wodurch es erschwert wird, eine konstante chemische Zusammensetzung der Schmelze aufrechtzuerhalten, da an der Schmelzenoberfläche Oxydation auftreten kann oder flüchtige Materialien entweichen können.

Schließlich ist aus der DE-OS 15 83 577 (King) ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung kontinuierlicher Erzeugnisse bekannt, wobei eine sich in horizontaler Richtung erstreckende Düse mit einem Schmelzenvorrat in Verbindung steht Das aus der Düse austretende Metall wird auf eine im Bereich der Düsenöffnung umlaufende Trommel aufgebracht, so daß es auf der ebenen Mantelfläche der Trommel in Form eines Bandes erstarrt Die Lehre des Vorerfinders geht dahin, daß zu Beginn des Produktionsvorganges ein Meniskus an der Düsenöffnung aus dem zu verarbeitenden schmelzflüssigen Material gebildet werden muß, der sodann von der umlaufenden Trommel kontaktiert wird. Ist dies erfolgt so kann davon ausgegangen werden, daß die Schmelze auf die unmittelbar vor der Düsenöffnung angeordnete Trommel aufströmt Nach Aufnahme des Produktionsvorganges kommt dem Meniskus praktisch keine Bedeutung mehr zu — er ist in der Tat nicht mehr existent Nichtsdestoweniger ist die Meniskusbildung im Zuge der Aufnahme der Produktion jedoch von entscheidender Wichtigkeit und es hat sich gezeigt daß die Bereitstellung eines Meniskus relativ schwierig und zeitaufwendig ist und eines vergleichsweise großen Aufwands an Steuerungseinrichtungen bedarf. Ein weiterer entscheidender Nachteil der vorbekannten Vorrichtung besteht aber darin, daß auch sie eine genau bemessene Düse aufweisen muß, da vom Düsenquerschnitt sowie von der Ausbildung der Düsenmündung die Abmessung des letztlich erzeugten kontinuierlichen Materials abhängen. Naturgemäß treten bei dieser Düse ebenfalls die oben beschriebenen Probleme der Erosion, des Zufrierens und Verstopfens auf.

JO Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher Fäden direkt aus der Schmelze ohne die Zuhilfenahme einer den Fadenquerschnitt bestimmenden Düse gegossen werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Drehkörper als Scheibe mit V-förmigem Rand ausgebildet und derart unter der öffnung angeordnet ist, daß der Rand in den Bereich der tropfenförmig aus der öffnung austretenden Schmelze reicht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Fadenquerschnitt im wesentlichen allein von der Ausbildung der Kante der umlaufenden Scheibe und deren Eintauchtiefe in den hängenden Tropfen bestimmt; Düsenöffnungen oder Düsenquerschnitte sind dabei ohne Belang. Da zur Tropfenbildung nur eine sehr geringe Oberfläche der Schmelze freigelegt werden muß, wird auch das Problem der Oxydation und Materialverflüchtigung praktisch ausgeschaltet. Durch die Möglichkeit nur ein geringes Quantum an zu verarbeitendem Material aufzuschmelzen, wird der bisherige Energieverbrauch wesentlich verringert.

Das überraschende Moment der Erfindung liegt darin begründet, daß es möglich ist, trotz des Umlaufs des Randes der rotierenden Scheibe im Tropfen, diesen aufrechtzuerhalten und ihn in seiner Stabilität also nur unwesentlich zu stören, so daß es nicht zu einem ungehinderten Abfließen der Schmelze über die Kanten der Scheibe kommt.

Gemäß der Erfindung empfiehlt es sich, die Öffnung an einem Schmelzenbehälter vorzusehen. Hierdurch wird eine Vorrichtung vergleichsweise geringen Aufwandes erhalten.

Der V-förmige Rand der Scheibe weist erfindungsge-

(> maß einen Krümmungsradius an der Spitze des V von 0,0012 bis 0,25 cm auf. Diese Abmessung ergibt im Verein mit der Scheibendrehzahl, der Eintauchtiefe des Randes der Scheibe in den Tropfen und der normaler-

weise vorliegenden Viskosität der Schmelze des Tropfens Stränge des gewünschten Querschnitts.

Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl beim Stranggießen von Fäden aus Eisen-, Aluminium-, Kupfer- oder Nickellegierungen als auch Chrom-, Titan-, Niob-, Tantal-, Zirkon-, Molybdänoder Magnesiumlegierungen und auch zum Stranggießen von Fäden aus Al₂O₃ verwendet werden.

Die vortragende Erfindung ist besonders nützlich bei der Bildung von fadenförmigen Endprodukten aus Materialien, die mechanisch schwer zu formen sind. Die Einführung faserverstärkter Verbundkörper hat einen Bedarf für fadenförmiges Material aus hochschmelzenden Metallen und Legierungen geschaffen, doch sind diese mechanisch extrem schwierig in Fadenform zu bringen. Die vorliegende Erfindung hingegen kann solche Materialien in Größen bis hinunter zu 15 Mikron effektivem Durchmesser liefern. Da die Erfindung also fadenförmige Materialien liefen, die bisher nur durch teure und schwierige mechanische Bildung erhältlich wurden, wird durch sie der mögliche Anwendungsbereich von faserverstärkten Materialien stark erweitert.

Die Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung sowie der Zeichnung näher erläutert, in der eine in einem an einer Mündung hängenden Tropfen mit ihrem Rand umlaufende, wärmeableitende Scheibe im Querschnitt gezeigt ist.

Gemäß der Zeichnung befindet sich an einer Mündung 1 eines Schmelzenbehälters 2 ein Tropfen 3 einer Schmelze 4, die im Schmelzenbehälter 2 angeordnet ist. Der hängende Tropfen muß keinen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sondern er kann auch länglich ausgebildet sein und zwar infolge Bildung an einer länglichen Öffnung. Eine solche Ausbildung ermöglicht es, eine Vielzahl von fadenbildenden Rändern durch den hängenden Tropfen 3 zu führen.

Erstreckt sich die Ausbildung der Kante 5 der Scheibe 30 in der gezeigten Weise um die gesamte Scheibe 30 herum, so kommt es zur Bildung eines kontinuierlichen

Fadens, der in Drehrichtung der Scheibe 30 aus dem Bereich des Tropfens abgeführt wird, nachdem sich ein Anteil der Schmelze 4 des Tropfens 3 an der Kante 5 verfestigt hat Ein solcher verfestigter Faden ist in der Zeichnung mit 6 bezeichnet

Überraschenderweise ist die Oberflächenspannung der Schmelze im Bereich des Tropfens 3 hinreichend groß, um seine Stabilität aufrecht zu erhalten, selbst wenn der Rand 5 der Scheibe 30 in den Tropfen eindringt und dort eine Scherströmung erzeugt

Bei den meisten Ausführungsformen der Erfindung dringt der Rand 5 weniger als 0,25 mm in den Tropfen ein. Bevorzugte Umfangsgeschwindigkeiten der Scheibe beim Stranggießen liegen in der Größenordnung von 1,5 bis 18 m/sec. Es wurden hiermit Fadenstücke mit einer Länge von 0,45 bis 61 cm bei einem effektiven Durchmesser zwischen 0,025 und 0,25 mm erzeugt. Insgesamt gesehen kann die Erfindung zur Erzeugung von Strängen mit einem effektiven Durchmesser im Bereich von 0,001 bis 0,075 cm herangezogen werden, wobei mit effektivem Durchmesser der Durchmesser eines nicht kreisrunden Fadens bezeichnet wird, der dem Durchmesser eines Fadens kreisrunden Querschnitts gleicher Querschnittsfläche entspricht.

Die Erfindung ist anwendbar, wenn die Lineargeschwindigkeit des Randes 5 der wärmeableitenden Scheibe 30 im Bereich von 0,9 bis 30 m/sec liegt, wobei jedoch die obere Geschwindigkeitsgrenze lediglich durch die dann eintretende hohe Beanspruchung der verwendeten Einrichtung bedingt ist. Bei der Durchführung der Erfindung wurden insbesondere Scheiben aus Kupfer und Stahl mit einem Durchmesser von etwa 20 cm und einer Dicke von etwa 1,25 cm eingesetzt.

Falls die Ausbildung des Schmelzenbehälters 2 so gewählt ist, daß sich seine Öffnung 1 auf einer Temperatur befindet, die wesentlich geringer als die Temperatur der eigentlichen Schmelze 4 ist, dann kann der Tropfen 3 an der Öffnung 1 zusätzlich erwärmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Stranggießen von Drähten und Fäden, mit einem unterhalb einer öffnung für den Austritt einer Schmelze angeordneten Drehkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper als Scheibe (30) mit V-förmigem Rand (5) ausgebildet und derart unter der Öffnung (1) angeordnet ist, daß der Rand (5) in den Bereich der tropfenförmig aus der öffnung (1) austretenden Schmelze (4) reicht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die öffnung (1) an einem Schmelzenbehälter vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Krümmungsradius an der Spitze des V-förmigen Randes (5) 0,0012 bis 0,25 cm beträgt