DE2462878C2

DE2462878C2 - Verfahren und Vorrichtung zum diskontinuierlichen Stranggießen von Draht- oder Faden-Abschnitten aus einer Schmelze

Info

Publication number: DE2462878C2
Application number: DE2462878A
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Worthington Ohio Maringer; Carrol Edward Columbus Ohio Mobley
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1973-04-23
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1983-01-05
Also published as: NO139253B; CA1039465A; SE392827B; NL174021C; AU474024B2; DE2462386B2; NO139253C; JPS5222898B2; IL44651A0; IT1009975B; DE2462386A1; IE39452L; FR2226232B1; ATA323974A; DK142106C; BE813902A; IL44651A; GB1470103A; LU69900A1; IE39452B1

Description

Die Erfindung bezieht vieh auf ein Verfahren zum diskontinuierlichen Stranggießen von Draht- oder i"> fadenabschnitten aus einer Schmelze aus Metall, aus einer Metallegierung oder aus einer Verbindung, deren Eigenschaften im Schmelzzustand denen einer Metallschmelze ähnlich sind, bei dem ein schmaler Rand einer rotierenden, mit Einkerbungen versehenen Scheibe in ίο die Schmelze diskontinuierlich eintaucht und Schmelze am Rand verfestigt wird.

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 die US-PS 28 25 108. wonach die Schmelze (ein Metall) durch eine Düse gedruckt wird, um einen 5J 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 '5 dur.:h kleine Mündungen zu bringen. Die Mündungen muster, aus außergewöhnlich widerstandsfähigem Ma terial hergestellt sein, wenn die Schmelze einen relativ hohen Schmelzpunkt hat. wie dies praktisch bei allen Metallen der Fall ist. und die Mündungen haben ^6η dennoch eine Tendenz /um Erodieren oder Verstopfen.

Eine erfolgreiche Lösung des Problems der Mündungen isl in der I)E-OS 22 23 684 beschrieben, wonach beim Stranggießen eine warmeableilcndc Scheibe einen Ladenstrang bildet, indem Schmelze am '\ul!enr,m<i einer Scheibe verfestigt wild, wahrend diese 11 Berührung mit der Schmelze rotiert. Auf diese Wjiv einer Mündung gebildet. Verwendet man eine Scheibe nut an ihrem Rand angeordneten Einkerbungen, ergib', sich bei rotierender Berührung mit der Schmelze ein diskontinuierliches Stranggießen, wodurch Draht- oder Fadenabschnitte gebildet werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch die Verwendung einer in einem wannenartigen Behälter gelagerte Schmelze. Dabei ist es notwendig, erhebliche Mengen des Ai_sgangsm;tterials zu schmelzen und schmelzflüssig zu hauen. 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 Schmeh oberfläche Oxydation auftreten kann oder flüchtige Materialien entweichen können.

Aus der DE-OS 15 83 577 sind weiterhin ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Stranggießen bekannt, wobei eine sich in horizontaler Richtung erstreckende Düse mit einer Schmelze in Verbindung steht. Die aus der Düse austretende Schmelze wird auf eine im Bereich der Düsenöffnung umlaufende Trommel aufgebracht, so daß sie auf der ebenen Mantelfläche der Trommel in Form eines Drahtes oder Bandes erstarrt. Die Lehre des Vorerfinders geht dahin, daß ein konvexer Meniskts an der Düsenöffnung aus der Schmelze gebildet werden muß. der sodann von der umlaufenden Trommel kontakten wird. Dabei wird der Druck in der Schmelze an der Düsenöffnung auf einem Wert gehalten, der dem zur Bildung eines aus der Mündungsöffnung hervorspringenden konvexen Meniskus erforderlichen statischen Gleichgewicht entspricht. Es hat sich gezeigt, daß die Bereitstellung eines Meniskus relativ schwierig und zeitaufwendig ist und eines vergleichsweise großen Aufwands an Steuereinrichtungen bedarf. Ein weiterer entscheidender Nachteil der vorbekannten Vorrichtung besieht aber darin, daß auch sie eine genau bemessene Dü£ aufweisen muß. da vom Düsenquerschnitt sowie von der Ausbildung der Dijsenmündung die Abmessungen des letztlich erzeugten Stranges abhängen. Naturgemäß treten bei dieser Düse ebenfalls die oben beschriebenen Probleme der Erosion, des Zufrierens und Verstopfens auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem durch Stranggießen Draht- und Fadenabschnitte direkt aus der Schmelze ohne Zuhilfenahme einer den Fadenqiicrschniii bestimmenden Düse gegossen werden können.

Zur Losung wird bei dem eingangs genannten Verfahren mit der Schmelze ein hangender Tropfen gebildet. Da zur Tropfenbildung nur eine sehr geringe Oberfläche der Schmelze freigelegt werden muü. wird auch das Problem der Oxydation und Matenalverfluih (igung praktisch ausgeschaltet. Durch du; Möglichkeit, nur ein geringes Quantum an zu verarbeitenden Material aufzuschmelzen, wird der bisherige f.ni.-t^ie verbrauch wesentlich verringert. Durih die diskontir 1 ierliche Kontaktierung des Tropfens kommt es zu d< ' gewünschten Bildung von Draht- oder F adenabsihni; ion. Der .Strangquerst hriitt wird im wesentlicher allen von der Ausbildung der Kante der iimla'ifendcn S, heih-· und deren l.mt.iuditiefe in den hangenden ir'.piVr. bestimmt; Dusenoffnung oder Diis.j!.(|-i'."'S( hi-.-- ■ ■>■<, '. dabei ohne lii.-l.ing.

I Jas fiber ras·, hcnde Moment der Lr! \ ':·)■ .: .·· .l.i- ··

Randes der rotierend"'! 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 Kanu π der Scheibe kommt. Dies gilt ganz besonders in; Hinblick auf die intermittierende Kontaktierung des Tropfens, welche erwartungsgemäß trigcntüch zi·*· Zerstörung desselben und zur Produktionsunterbrechung führen müßte.

Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dta erfindungsgemäßen Verfahrens genchsi.·- ri:csc Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Mündungsöffnung zur Tropfenbildung an einem Schmelzenbehälter vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie durchaus mit einem an einer Mündungsöffnung austretenden Tropfen arbeiten kann, wobei die oben beschriebenen Änderungen der Mündungsöffnung durch Erosion tolerierbar sind, da, wie erwähnt, der Querschnitt des gebildeten Stranges praktisch ausschließlich von den Parametern der Scheibe abhang«.

Aufgrund der möglichen vergleichsweise geringen Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sie mit besonderem Vorteil zur Herstellung von Draht- und Fadenabschnitten in geschützter Atmosphäre in einer Vakuumkammer angeordnet werden.

Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl beim Stranggießen von Draht-oder Fadenabschnitten aus Eisen-, Aluminium-. Kupfer-oder Nickellegierungen als auch Chrom-, Titan-, Niob-, Tantal-, Zirkonium-, Molybdän- oder Magnesiur.ilegierungen und auch zum Stranggießen von Fädenabschnitten aus AIjOj verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich bei der Bildung von Endprodukten aus Werkstoffen, die mechanisch schwer zu formen sind. Die Einführung faserverstärkter Verbundkörper hat einen Bedarf für Draht- und Fadenabschnitte aus hochschmel/enden 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 Draht- und Fadenabschnitte liefert, die bisher nur durch teure und schwierige mechanische Bildung erhältlich waren, wird durch sie dei mögliche Anwendungsbereich von faserverstärkten Materialien stark. ; weiter).

Die Erfindung ist anhand ücr iulg^i^n be:rhreibung j ·,, — ie der Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt

Fig. I eine in einem an einer Mündung hängenden Τ-λπΓρπ m'i ihrem Rand umlaufende, wärmeablcikiiüe Scheibe im Querschnitt und

F i g. 2 eine Seitenansicht des Gegenstands der Fig.!.

in Gemäß F i g. 1 befindet sich an einer Mündung 1 eines Schmelzenbehälters 2 ein Tropfen 3 einer Schmelze 4, die im Schmelzenbehälter 2 angeordnet ist.

Die Fig.2 zeigt eine Seitenansicht des Gegenstands der Fig. 1. Die Kante 5 der Scheibe 30 ist mit

is Einkerbungen 7 versehen, die in der dargestellten Weise den Kontakt mit dem Tropfen 3 beim Umlauf der Scheibe jeweils unterbrechen. Auf diese Weise werden Draht-oder Fadenabschnitte 6 wie Stapelfasern erzeugt.

Überraschenderweise ist die Obenlächenspannung der Schmelze im Bereich des Tropfens 3 hinreichend groß, um seine Stabilität aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Rand 5 der Scheibe 30 ;i den Tropfen eindringt und dort eine Scherströmung cc/.· ugt.

Bei den meisten Ausführungsformen der Erfindung dringt der Rand 5 weniger als 0,25 mm in den TroDfen ein. Die Umfanggeschwindigkeiten der Scheibe beim diskontinuierlichen Stranggießen liegen zwischen 0,9 und 30 m/sec. üblicherweise in der Größenordnung von 14 bis 19 m/sec. Es wurden hiermit Fadenstücke mit einer Länge entsprechend den Abständen der Einkerbungen 7 zueinander bei einem effektivem Durchmesser zwischen 0,025 und 0,25 mm erzeugt. Insgesamt gesehen kann die Erfindung zur Erzeugung von Strängen mit einem effektivem Durchmesser im Bereich von 0,001 bis 0,075 cm herangezogen werden, wobei mit effektivem Durchmesser der Durchmesser eines nicht kreisrunden Draht- oder Fadenabschnittes bezeichnet wird, der dem Durchmesser eines kreisrunden Querschnitts gleicher Querschnittsfläche entspricht.

Bei der Durchführung der Erfindung wurden /.. B. Scheiben aus Kupfer und Stahl mit einem Durchmesser von etwa 20 cm und einer Dicke von etwa 1.25 cm eingesetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum diskontinuierlichen Stranggießen von Draht- oder Fadenabschnitten aus einer Schmelze aus Metall, aus einer Metallegierung oder "> aus einer Verbindung, deren Eigenschaften im Schmelzzustand denen einer Metallschmelze ähnlich sind, bei dem ein schmaler Rand einer rotierenden, mit Einkerbungen versehenen Scheibe in die Schmelze diskontinuierlich eingetaucht und Schmel- to ze am Rand verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Schmelze ein hängender Tropfen gebildet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine öffnung (1) zur Tropfenbildung an einem Schmelzenbehälter (2) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Vakuumkammer voigesehen ist.

4 Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf das Gießen von Fäden aus Eisen-, Aluminium-, Kupfer- oder Nickellegierungen.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf das Gießen von Fäden aus Chrom-, Titan, N:ob-, Tantal-, Zirkonium-, Molybdän- oder Magnesiumlegierungen.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf das Gießen von Fäden aus AbOi.

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