DE2616402A1 - Zusammengesetzter faden auf der basis von cer und anderen seltenen erden - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath d-62 Wiesbaden ι

Dr. Dieter Weber

Gustiv-rrtytag-StraEe Ϊ5

Dipl.-Phys. Klaus SeifFert 5,^(061iI)f"»

^{r J} Telegrammadresse: WLLPATENT

PATENTANWÄLTE Tel«, i-min

13. April 1976

Serie 2.187
Code-Nr. 423-10

L"Air Liquide, Societe Anonyme pour I¹Etude et I¹Exploitation des Procedes Georges Claude 75, Quai d'Orsay, 75007 Paris / Frankreich

Zusammengesetzter F?»^en auf der Basis von Cer und anderen Seltenen Erden

Priorität: 18. April 1975 in Frankreich, Anm.-Nr. 75 12.060

Die Erfindung betrifft einen zusammengesetzten Faden auf der Basis von Cer und anderen Seltenen Erden, der dazu bestimmt ist, in ein Stahlschmelzenbad derart eingeführt zu werden, daß seine Zusammensetzung bezüglich bestimmter Bestandteile

auf schwachen Gehalt im Hinblick auf die teilweise Abänderung der Metallendeigenschaften verändert wird, und insbe-

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Postsdieck: Frankfurt/Main 67 63-όΟΕ Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden. Konto-Nr. 276807

ORIGINAL

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sondere der Schlagzähigkeitseigenschaften. Man weiß in der Praxis, daß die Beiordnung von Cer und anderen Seltenen Erden die man jetzt auch "Mischmetall" nennt, wodurch ein komplexes Produkt gebildet wird, das auch unter der Bezeichnung "Mischmetall" bekannt ist, in einer Stahlschmelze die Möglichkeit schafft, den Stahl zu desoxidieren und zu entschwefeln und somit die Morphologie oder Formen gewisser nichtmetallischer Einschlüsse zu steuern, namentlich bei der überführung gewisser Mangansulfide in Sulfide Seltener Erden. Selbst bei der großen chemischen Reaktionsfähigkeit des Cer und der Seltenen Erden im allgemeinen ist doch ihre Hinzufügung zu einem Metallschmelzenbad zum Erhalten einer homogenen Verdünnung sehr schwierig. Im Falle eines normalen, d. h. diskontinuierlichen Abstiches hat man tatsächlich schon vorgeschlagen, das Cer in die Abstichpfanne in Form eines Barren einzuführen, aber dieser Cer-Block führt zum Erhalt eines mehr kastenförmigen flüssigen Bades, und der Abstich hieraus wird folglich schwieriger. Ferner hat man vorgeschlagen, das Cer direkt in die Kokillen einzuführen, aber dann wird das Cer in der Masse schlecht verteilt, und es ergeben sich Niveaumängel des Blockfußes und ein wenig fehlerfreies Aussehen der Oberfläche.

Im Falle eines kontinuierlichen Abstiches ruft die Einführung des Cers entweder direkt in die Abstichpfanne oder in den dieser folgenden Abstichverteiler den oben erwähnten Nachteil hervor, daß ein mehr pastenkartiges Metall erhalten wird und ein Abstich entweder auf dem Niveau der Abstichpfanne oder

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des Abstichverteilers oder auf dem Niveau von Abstichausgüssen schwieriger wird.

Wenn man das Cer auf dem Niveau der Kokille des kontinuierlichen Abstiches einführt, ist es notwendig, mit einer dauernden Zufuhr und Dosis von Cer während des ganzen Abstiches fortzufahren. Diese Beschickung läßt sich nicht in Form eines Mischmetallfadens machen, denn es entsteht infolge einer heftigen Reaktion auf dem Niveau der Einführungszone im Kontakt mit dem Stahl eine gewisse Schwierigkeit,die Schlacke zu durchdringen. Um diesen Nachteil zu beschönigen^ ist schon vorgeschlagen worden, diesen Mischmetallfaden in die Kokille einzuführen, indem man ihn ±is Innere eines feuerfesten Rohres gehen läßt, welches in das flüssige Metallbad eintaucht; dementsprechend zeigt die Erfahrung, daß das feuerfeste Rohr sehr schnell verstopft.

Welches auch immer die Einführarten eines Cerfadens sind, man muß unterdessen bemerken , daß sie eine Ger gegenwart im oberen Fließbereich des flüssigen Metallbades ergibt, welcher die wesentlichen Eigenschaften dieses oberen Fließbereiches verändert, der auf der Einfettung und dem Schutz gegen die Oxidation beruht. Wenn andererseits das Mischmetall einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat, in der Größenordnung von 800 ⁰C - 900 ⁰C, schmilzt es, ohne in den Kern der in der Schmelze befindlichen metallischen Masse einzudringen. Seine Vermischung ist also nicht homogen und beschränkt sich im wesentlichen auf eine Zone in der

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- 4 Nachbarschaft der Oberfläche des Metallbades.

Man hat vorgeschlagen i mit der Einführung in ein Bad von in Schmelze befindlichem Metall schmelzbarer oder oxidierbarer Masse, z. B. Aluminium, Magnesium oder Natrium, in Form eines Pulvers fortzufahren, welches in einem Schutzmantel aus Stahl derart angeordnet ist, daß der Schutzmantel nur bis zu einer gewissen Höhe überder Oberfläche des Metallbades durch Schmelzen verschwindet, wodurch ein leichterer Durchgang durch die Schlacke der Oberfläche und Einschmelzen der schmelzbaren oder oxidierbaren Masse im Kern ermöglicht wird und eine homogene Verdünnung somit begünstigt wird.

Ebenfalls hat man vorgeschlagen, in das metallische Bad zur Desoxidation eines flüssigen Stahls einen zusammengesetzten Faden einzuführen, der aus einer Aluminiumseele gebildet ist, die in einem Stahlrohr mit einer Wanddicke von 1 ,5 mm derart ummantelt ist, daß das Aluminium mit einer Stahleinhüllung in einer Zone schmilzt, die über der Auftreffstelle des Abstichstrahls angeordnet ist. Man stellt somit im Falle der Verwendung einer Behandlung flüssigen Stahls durch Aluminium einen zweckmäßigen Verteilungseffekt von Aluminium in der in Schmelze befindlichen metallischen Masse sicher.

Die Effindxmgr bezieht sich auf eine neue Anwendung und Anpas-

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sung einer solchen Ausführung für Cer, die vorrangig ausschließlich für das Einführen von Aluminium in ein metallisches Bad vorgesehen und angepaßt ist.

Die Erfindung betrifft einen zusammengesetzten Faden od«3r Tirät. der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Seele aus einem vorgeformten Faden aus Cer und/oder anderen Seltenen Erden mit

besteht

einem Durchmesser zwischen 1 ,4 und 8,5 mn/, die eng von dieser metallischen Umhüllung eingeschlossen ist, welche eine Dicke von 0,1 bis 1 mm hat. Die praktische Erfahrung, die man gemacht hat, hat in überzeugender Weise gezeigt, daß es sich als leicht erweist, eine solche Stahleinhülsung gewählter Dicke um einen Cerfaden zu bilden, während alle die zuvor gemachten Versuche, um das Schmelzen des in ein Metallschmelzbad eingeführten Cer hinauszuziehen, auf die Verwendung eines Mischmetallpulvers beschränkt waren, welches notwendigerweise mit Silicium oder Aluminium verknüpft ist, um die innere Füllung eines Stahlrohrfadens zu bilden. Diese Versuche haben sich als wenig fruchtbar erwiesen, insbesondere weil der Füllungsgehalt (Verhältnis zwischen dem F üll ungsgevrfcht unc* dem Gesamtgewicht des zusammengesetzten Fadens pro Längeneinheit) daran relativ leicht ist und im allgemeinen 36 % nicht überschreiten kann mit Gehalten an Mischmetall (Verhältnis zwischen Gewicht Mischmetall und Gesamtgewicht des zusammengesetzten Fadens pro Einheitslänge) von 10 bis 27 %, was - im Hinblick auf den Zwang, gewisse Durchmessermaße des Fadens nicht zu überschreiten, um ein leichtes

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Einrollen und Abwickeln sicherzustellen - mit sehr schnellen Faden-Einführgeschwindigkeiten zu verfahren oder stattdessen die gleichzeitige Verwendung mehrerer Einführu-ngen von somit verf üllteni Stahlrohrfaden erfordert.

Im Gegensatz dazu konnte man unter Verwendung nicht mehr von Mischmetall als Pulver sondern eines einzigen vorgefertigten Mischmetallfadens mit der Einhülsungstechnik durch Stahlband einen Füllungsgehalt an Mischmetall und einen Inhalt oder Gehalt an Mischmetall in der Größenordnung von 62 % sicherstellen.

Außerdem gestattet dieser Vorteil die Verwendung eines zuvor gebildeten Mischmetallfadens anstelle eines Pulvers auf der Basis von Mischmetal], die Vermeidung jeglicher merklicher Oxidation von Mischmetall, welches - das weiß man - auf Sauerstoff sehr begierig ist, und folglich das Erhalten einer konstanten Spannung an Mischmetall über die ganze Länae des so ummantelten Fadens, während die von Mischmetallpulver gefüllten Fäden sich auf sehr unterschiedliche Dichten aufgrund ihrer Oxidation beziehen, was zu Bruchrisiken führt wegen des Drahtziehens des zusammengesetzten Fadens oder Drahtes einesteils und einer se'ir veränderlichen Dosierung an aktivem Cer in Stahl im kontinuierlichen Abstich-

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben =ich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

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Fig. 1 die Längsansicht einer Fabrikationsanlage für einen solchen Draht oder Faden, schematisch, und

Fig. 2-6 lotrechte Querschnitte durch den Draht oder Faden an unteischi ed liehen Stellen entlang der Fabrikationsanlaqe: und

Fig. 7 ein Darstellungsdiagraitun.

In den Zeichnungen wird schematisch eine Ausführungsform eines Drahtes auf der Basis von Cer, mit Stahl ummantelt _T qezeigt. Die dargestellte Fabrikationsanlage für den Faden oder Draht auf der Basis von Cer, mit Stahl ummantelt, weist auf der einen Seite ein Stahlbandlager 1 mit einer Banddicke von 0,4 mm und ein Lager für Mischmetalldraht 2 auf. Das'vom Magazin 1 abgewickelte Stahlband 3 in ebener Form, wie in Figur 2 gezeigt ist, wird laufend durch die Formrollen 4 in einer Rinne 3, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, gestaltet. Weil diese Rinne ausreichend gemäß der Darstellung bei 3- in Figur 4 gekrümmt ist, wird ein Draht aus Cer 5 mit 4 mm Durchmesser vom Magazin 2 abgewickelt und durch eine Spule 6 durch den Durchgang 7 eingeführt, der von dem Stahlband in der Rinne 3„ freigelaseen ist, wonach die Formrollen 8 eine mehr und mehr enge Umhüllung des Stahlbandes 3_ sicher stellen, wie in Figur 5 gezeigt ist, bis das Stahlband den Cerdraht 5 vollständig einhüllt, wie in Figur 6 gezeigt ist, wo man übrigens feststellt, daß der Abschluß durch Überlappung

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Rand auf Rand erfolgt. Der zusammengesetzte Faden oder Draht 9 gemäß Fdbgur 6 wird dann in 11 gezogen und auf eine Lagertrommel 10 abgewickelt. Die spätere Benutzung dieses zusammengesetzten Drahtes 9 erfolgt durch übliches Abwickeln und mittels nicht beschriebener Drahtrollen, welche das direkte Einführen des zusammengesetzten Drahtes 9 in das Bad von in Schmelze befindlichem Metall gestatten.

Der zusammengesetzte Draht auf der Basis einer Cerseele, die mit Stahl ummantelt ist, kann mit Maßen von 1,4 bis 8,5 mm für den Durchmesser des Cerdrahtes bewerkstelligt werden sowie einer Einhülsungsdicke zwischen 0,1 und 1 mm, Maße, die sich aus folgenden Ausführungen unter Bezugnahme auf Figur 7 ergeben:

1 . Das Diagramm der Figur 7 stellt in allgemeiner Weise auf der Ordinate der Durchmesser d (ausgedrückt in mm) der Cer drahtseele als Funktion der Einführgeschwindigkeit v, (ausgedrückt in Meter pro Minute m/mn) des zusammengesetzten Drahtes in das flüssige Metall dar.

Aus Gründen gewerblicher Praxis nimmt man an, daß der Cerdraht nicht einen Durchmesser unter 1,4 mm haben kann, denn unter diesem Wert bereitet die Einhüllungstätigkeit erhebliche Schwierigkeiten. Andererseits berücksichtigt man, daß der Cerdraht nicht einen Durchmesser über 8,5 mm haben kann,

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denn oberhalb dieses Durchmessers trifft man Aufwickel- und Abwickelschwierigkeiten an.

In Figur 7 sind diese Grenzen in Form zweier zur Abszisse paralleler Linien bzw. auf der Ordinate 1 ,4 mm (d min) und auf der. Ordinate 8,5 mm (d max) bezogen.

2. Die Einführgeschwindigkeit ν (m/mn) des zusammengesetzten Drahtes in die Metallschmelze muß selbst in gewissen Grenzen eingeschlossen sein. Einerseits ist es unbedingt notwendig, daß die Geschwindigkeit ν größer ist als 3 m/mn, um eine gute Genauigkeit für die pro Tonne behandeltes Metall eingeführte Germenge zu erhalten. Andererseits muß diese Geschwindigkeit ν unter 30 m/mn aus Sicherheitsgründen sein,und aus Gründen eines erfolgreichen Abwickelbetriebes. Diese zwei Grenzen sind durch zwei zur Ordinate parallele Linien bzw. bei der Abszisse 3 m/mn (v min) und auf der Abszisse 30 m/mn (v max) dargestellt.

3. Im Verlaufe von Versuchen hat man experimentell festgestellt, daß die Eindringtiefe (L) mit dem Drahtaufbau zusammenhängt (der Durchmesser d der Cerseele und die Dicke e der Einhüllung) und der Einführgeschwindigkeit ν (m/mn) durch die Gleichung:

L = 1,7 je + 0,35 d | v.

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Wenn man sich auf eine Eindringtiefe festlegt_;merkt man, daß man im Durchmesser der Figur 7 also für jede Eindringtiefe (L) ein Kurvenbündel aufzeichnen kann, welches den Durchmesser d (mm) der Cerseele in Funktion der Einführgeschwindigkeit ν (m/mn) für unterschiedliche Einhüllungsdicken' werte e (mm) übersetzt.

Die Eindringtiefe L soll in jedem Falle über 0,3 m betragen, anderenfalls das Risiko besteht, daß Qer in Berühru-^ng mit der das in Schmelze befindliche Metall bedeckenden Schlacke kommt.

Die Eindringtiefe muß geringer als 1 m sein, anderenfalls man die Genauigkeit bei der Handhabung des Drahtes verfehlt, für den das Risiko besteht, daß er sich an einer erstarrten Wand der Stahlbranne anhakt. Jenseits dieser Tiefe verliert man andererseits an Verteilungshomogenität des Cer, denn ein wesentlicher Teil des Stahls ist schon erstarrt.

In Figur 7 hat man zwei Kurvenbündel "d" in Funktion von "e" gezeigt. Das erste Bündel links im Diagramm entspricht einer minimalen Eindringtiefe L (min) von 0,3 m für Stahlbanddicken e, die nacheinander abklingen e.. = 1 ,25 mm; e, = 1 mm; e = 0,80 mm e. = 0,60 mm, e,- = 0,4 mm, e_ß = 0,25 mm; e₇ = 0,1 mm.

Das zweite Kurvenbündel rechts in dem Diagramm entspricht einer maximalen Eindringtiefe L (max) von 1 m für Stahlbanddicken, die nacheinander abfallen von e' = 1,50 mm; e¹- = 1,25 mm, e¹- = 1,00 mm, e' = 0,80 mm, e' = 0,60 mm; e¹, = 0,40 mm; e' = 0,25 mm.

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Man stellt also nach den vorstehenden Ausführungen fest, daß für jede gegebene Tiefe die Neuerung die einzigen Kurven betrifft, deren Dicke e über 0,1 nun und unter 1 mm ist, wodurch von der Neuerung Kurven wie e* (für L min) , e' und e' (für L max) ausgeschlossen sind.

4. Zweckmäßigerweise hat man noch eine andere Doppelbedingung zu respektieren. Tatsächlich gilt:

- einerseits muß die Dicke e (mm) über 0,04 χ d (mm) denn eine unter diesem Wert liegende Dicke würde zu einem zu brüchigen Draht führen. Mit anderen Worten kann man für jede Dicke e.., e.,... e', e¹-... Durchmess er^maxima für Cerdrähte d.. (max), d₂ (max)... d¹- (max), d*2 (max)... bestimmen, von denen gewisse durch eine ausgezogene, sehr kurze Linie dargestellt sind.

- Auf der anderen Seite muß die Dicke e (mm) unter 0,2 d (mm) sein, anderenfalls man einen zu festen, schwierig herzustellenden, aufzurollenden und abzurollenden Draht hätte. Mit anderen Worten kann man für jede Dicke e*, e e'-jf e'₂··· Minimaidurchmesser für Cerdraht d ' (min), d_ (min) ... d' (min) d' ₂ (min). .. bestimmen > von denen gewisse ebenfalls durch eine sehr kurze gestrichelte Linie dargestellt sind.

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Das Diagramm nach Figur 7 gestattet die Bestimmung des geeigneten Drahtes.

Die Zonen außerhalb des Rechtecks und die schraffierten Zonen sind für die Benutzung verboten.

Eine gegebene Stahlbanddicke e hat zwei repräsentative Kurven, die ein. entspricht der maximalen Eindringtiefe (L max) von 1m, die andere einer minimalen Tiefe (L min) von 0,3 mm. Für jede dieser Kurven begrenzt eine untere Gemarkung d (min), d₂ (r?in) . .. d'.. (min), d' (min) oder eine obere Gemarkung d.. (max) d₂ (max)... d' (max), d' (max) den annehmbaren Durchmesser.

Verwendungsbeispiele:

1. Wenn man eine stahlbanddicke von 0,4 mm festlegt (e^ in der Zeichnung) kann der Durchmesser des Mischmetalldrahtes zwischen 2 mm (untere Gemarkung d,- (min) in dem linken Kurvenbündel) und 8,5 mm (obere Gemarkung d (max) in beiden Kurvenbündeln) .liegen.

Wenn man jetzt in dieser Gabel einen Durchmesser von 4,7 mm festlegt, kann die Einbringgeschwindigkeit zwischen 8,8 m/mn und 28.8 m/mn liegen, wie die rechte als "Beispiel 1" bezeichnete Seite zeigt.

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2. Wenn man eine Einbringgeschwindiqkeit von 15 m/ran und eine Stahlbandbreite von 0,25 min (e^ in der Zeichnung) festlegt, kann der Durchmesser zwischen 2,7 mm, der unteren Markierung entsprechend der minimalen Eindringung L (min).und 6,3 mm liegen, der oberen Markierung entsprechend dem zulässigen Maximaldurchmesser d' (max) für diese Stahlbanddicke: Rechts

in der Figur als "ex. 2" bezeichnet.

3. Wenn man den Durchmesser beispielsweise auf 4,7 mm und die Einbringgeschwindigkeit z. B. auf 15 m/mn (Stelle A in der Figur) festlegt, beträgt die Minimaldicke des Stahlbandes 0,19 mm und die Maximaldicke 0,94 mm, Grenzen, welche der Haltbarkeit und Festigkeit des Drahtes entsprechen.

Wie eingangs erwähnt, ist die Erfindung anwendbar bei Arbeiten mi't Stahlguß und insbesondere kontinuierliche Gußstähle.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   .- Zusammengesetzter Draht mit einer Seele, die Cer und/oder andere Seltene Erden aufweist, im Inneren einer metallischen Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele aus einem vorgefertigten Draht aus Cer und/oder anderen Seltenen Erden mit einem Durchmesser d (mm) gebildet ist, der zwischen 1,4 und 8,5 mm liegt, der eng von dieser metallischen Umhüllungjeingeschlossen ist, die eine Dicke e (mm) aufweist, welche zwischen 0,1 und 1 mm liegt, mit unter anderem der Doppelbedingung, daß e (mm) einerseits über 0,04 d (mm) und andererseits unter 0,2 d (mm) liegt.
2. 2. Zusammengesetzter Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein die Seele einhüllendes Stahlband mit Überlappung der Längsränder des Stahlbandes ist.

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