DE3443620C2

DE3443620C2 -

Info

Publication number: DE3443620C2
Application number: DE3443620A
Authority: DE
Inventors: Takashi Sato; Tsutomu Ozawa; Toshio Kawasaki Kanagawa Jp Yamada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1990-01-18
Also published as: JPS6159820B2; FR2555922A1; US4719964A; JPS60121049A; DE3443620A1; FR2555922B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von im wesentlichen rundem Draht aus amorphem oder kristallinem Metall oder aus einer Legierung von amorphem oder kristallinem Metall durch rasches Abkühlen und Verfestigen einer Metall- oder Legierungsschmelze auf einem beweglichen Kühlsubstrat, z. B. einem drehbaren Kühlblock oder -rad. Das Metall und die Legierung werden nachstehend zur Vereinfachung jeweils als "Metall" bezeichnet.

Es sind verschiedene Schmelzspinnverfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Draht aus geschmolzenem Metall bekannt. Bei einem derartigen repräsentativen Metallspinnverfahren wird die Schmelze durch die kleine, runde Öffnung einer Düse abgegeben und trifft auf die Oberfläche eines bewegten Kühlsubstrats auf. Der so hergestellte Draht hat einen flachen Querschnitt, d. h. eine größere Breite als Dicke; dies ist für bestimmte Anwendungen des Drahtes unerwünscht.

Die JP-OS 57-1 34 248 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Metalldraht mit rundem Querschnitt durch den Fluß von geschmolzenem Metall zwischen mit Nuten versehenen Rollen. Dieses Verfahren bewirkt jedoch in der Praxis mehrere Probleme, z. B. die genaue Führung der Schmelze zu den Nuten und die Haltbarkeit der mit Nuten versehenen Rollen.

Die JP-OS 57-1 34 248 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines runden Drahtes durch Abgeben einer Schmelze in einen Wasserstrom. Bei diesem Verfahren ist es jedoch schwierig, den runden Draht kontinuierlich aus dem Wasser abzuziehen, und darüber hinaus ergeben sich betriebliche Probleme aufgrund der Benutzung von Wasser.

Das sogenannte Schmelzziehverfahren (JP-OS 50-51 926) und das sogenannte Hängetropfenverfahren (BULLETIN OF THE JAPAN INSTITUTE OF METALS, Vol. 20 (1981), No. 3, Seite 176) sind vorgeschlagen worden zum Herstellen von rundem Draht, sind jedoch hinsichtlich der niedrigen Kühlrate nachteilig. Ferner ist die Form des mit diesem Verfahren hergestellten Produkts noch verbesserungsbedürftig.

Aus der US-PS 39 39 900 ist ein Verfahren zum Herstellen von Draht aus einer Metallschmelze unter Verwendung eines beweglichen, zylindrischen Kühlsubstrates bekannt, bei dem die Metallschmelze in eine zur Bewegungsrichtung des Kühlsubstrates parallele Nut auf der Innenfläche des Kühlsubstrats gegossen wird. Auf diese Weise soll ein Draht mit im wesentlichen rundem Querschnitt hergestellt werden. Zu diesem Zweck sollen die Flanken der Nut derart geneigt sein, daß der Schmelzenstrom nicht aus der Nut herausspritzen kann. Zum Gießen der Schmelze wird eine einzige Düse verwendet. Auf diese Weise läßt sich jedoch kein Draht mit rundem Querschnitt, sondern lediglich mit bogenförmigem Querschnitt herstellen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Draht aus einer Metallschmelze anzugeben, der einen runden Querschnitt aufweist, ohne daß sich die Nachteile der vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren bei der Drahtherstellung ergeben.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Schmelzenströme in eine Nut auf der Oberfläche eines beweglichen Kühlsubstrat abgegeben, die sich in Bewegungsrichtung des Kühlsubstrats erstreckt, und die Schmelzenströme werden nacheinander auf einem in der Nut gebildeten Draht überlagert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Metalldraht kann die folgenden Merkmale aufweisen:
Bereitstellen mindestens eines mit Düsen versehenen Behälters,
Bereitstellen eines beweglichen Kühlsubstrats, z. B. eines drehbaren Kühlblocks oder -rades mit einer mit einer Nut versehenen Oberfläche, die sich in Bewegungsrichtung des Kühlsubstrats erstreckt,
Anordnen des mindestens einen Behälters oberhalb des drehbaren Kühlblocks oder -rades und Ausrichten der Düsen in vorgegebenem Abstand in die vorstehend genannte Richtung,
Bewegen des drehbaren Kühlblocks oder -rades in die vorstehend genannte Richtung, Halten der Metallschmelze in dem mindestens einen Behälter und Abgeben der Metallschmelze durch die Düsen als Schmelzenströme,
Sukzessives Auftragen und Überlagern des Schmelzenstroms der einzelnen Düsen auf den Draht, der sich in der Nut befindet, vor dessen Erstarrung, Abkühlen des Metalls in der Nut, um einen vollständig verfestigten Draht mit rundem oder im wesentlichen runden Querschnitt zu bilden, wobei das Metall während des Kühlens in der Nut gehalten wird.

Beim Durchführen dieser Verfahrensschritte erhält man zunächst einen flachen dünnen Draht in der Nut des Kühlsubstrats; während der Überlagerung der Schmelzenströme von den weiter stromabwärts angeordneten Düsen wird der Draht rund geformt. Dieses Überlagern erfolgt in der Weise, daß das in der Nut befindliche Metall im geschmolzenen Zustand gehalten wird. Dies kann man dadurch erreichen, daß man den Abstand zwischen den Düsen in geeigneter Weise festlegt.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A und 1B eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Fig. 1A und 1B eine Seitenansicht bzw. eine Aufsicht der Schmelzenströme und des Kühlsubstrats zeigen, und

Fig. 2 schematisch die Überlagerung der Schmelzenströme.

Gemäß den Fig. 1A und 1B bewegt sich das Kühlsubstrat 1 eines drehbaren Kühlblocks oder -rades in der durch den Pfeil vorgegebenen Richtung und weist auf seiner Oberfläche eine Nut 2 auf. Der Kühlblock kann eine Ringkühlwalze mit einer Nut 2 auf der äußeren Umfangsrichtung (im Falle eines Einwalzenverfahrens) oder mit einer Nut 2 auf der inneren Umfangsfläche (beim zentrifugalen Abschreckverfahren) sein. Oberhalb des Kühlsubstrats 1 ist ein nicht dargestellter Behälter angeordnet, der die Metallschmelze enthält. Die Düsen 3, 3′, 3″ und 3‴ des Behälters sind in der Richtung des Kühlsubstrats ausgerichtet und weisen zur Nut 2. Wenn die Metallschmelze durch die Düsen 3, 3′, 3″ und 3‴ abgegeben wird, kommt das Metall in der Nut 2 zur Ruhe oder verbleibt dort, so daß Schmelzenvorräte 4, 4′, 4″ und 4‴ (Fig. 2) gebildet werden; aus diesen Schmelzenvorräten werden feine Drähte 5, 5′, 5″ und 5‴ im noch nicht erstarrten Zustand herausgezogen. Die Schmelzenvorräte werden nachstehend als Puddel bezeichnet.

Von den Düsen 3 bis 3‴ ist die erste Düse 3 am weitesten stromaufwärts angeordnet. Das durch die Düse 3 abgegebene geschmolzene Metall trifft auf den Boden der Nut 2 im Kühlsubstrat 1 auf und bildet den ersten Puddel 4 auf dem Nutboden. Der erste von dem ersten Puddel 4 abgezogene feine Draht 5 ist flach ausgeformt, und das geschmolzene Metall von der der ersten Düse (3) am nächsten benachbarten zweiten Düse 3′ wird auf den flachen Draht 5 aufgetragen, während dieser noch im geschmolzenen Zustand ist. Der erste flache Draht 5 wird durch den geschmolzenen Strom von der zweiten Düse 3′ gegen das Kühlsubstrat 1 gedrückt. Gleichzeitig wird der zweite feine Draht 5′, der aus dem zweiten Puddel 4′ abgezogen wird, dem ersten flachen Draht 5 überlagert und einstückig mit dem ersten flachen Draht 5 vereinigt. Der dritte und der nachfolgende Schmelzenstrom können, falls erforderlich, auf die einstückigen feinen Drähte 5, 5′ aufgetragen werden. Beim Auftrag der Schmelzenströme erhöht sich die Querschnittsfläche des Drahtes und der Drahtquerschnitt behält eine Form bei, die identisch zu der der Nut 2 ist, bis die Schmelze die Nut 2 überströmt.

Um einen Draht mit einem runden Querschnitt herzustellen, hat die Nut 2 einen halbkreisförmigen Querschnitt. Wenn die Nut 2 nach dem Einströmen mehrerer Schmelzenströme mit der Schmelze gefüllt ist, erfolgt das Zuströmen der verbleibenden Schmelzenströme derart, daß die Querschnittsform des Drahtes entsprechend der Kontrolle der Puddelform gesteuert wird.

Eine Drahtformsteuerung erhält man nicht durch die Form der Nut 2, sondern durch die Steuerung der Puddel. Die Drahtformsteuerung kann dadurch erfolgen, daß man sukzessive einige Puddel, z. B. die Puddel 4‴ und eine dazu stromabwärts angeordnete Puddel verkleinert oder gegebenenfalls wegläßt. Eine Drahtformsteuerung erhält man ferner durch Steuerung der Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls, um eine runde Oberseite des Drahtes zu bilden, d. h. die Rundung der Drahtoberseite wird bewirkt durch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls. Gemäß den Fig. 2 I bis 2 IV wird der Draht aus der flachen Form (Fig. 2 I) in eine im wesentlichen runde Form (Fig. 2I V) durch Überlagerung der Schmelzenströme umgewandelt. Diese Überlagerung bewirkt eine Steuerung der Oberflächenspannung und/oder Verkleinerung der Puddel 4 bis 4‴.

Das Kühlsubstrat 1 ist eine feste Kühleinrichtung, d. h. keine flüssige Kühleinrichtung wie bei bekannten Verfahren zum Herstellen von runden Drähten. Die Herstellung eines runden Drahtes unter Verwendung des Kühlsubstrats erfolgt durch die vorstehend beschriebene Überlagerung. Diese Überlagerung bewirkt nicht nur eine allmähliche Erhöhung der Drahtdicke, sondern auch eine Erhöhung des thermischen Kontakts zwischen dem Draht und dem Kühlsubstrat, so daß man einen runden Draht erhält. Nachstehend werden bevorzugte Bedingungen bei der Herstellung von Drähten mit rundem oder ovalem Querschnitt erläutert.

Die Schmelzenströme sollten einen runden oder ovalen Querschnitt sowie einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als die Nutbreite. Der Abstand zwischen den Schmelzenströmen sollte ausreichend größer sein als der Wert, bei dem die Puddel, die durch die entsprechenden Schmelzenströme gebildet werden, aufeinander überlagert werden; der genannte Abstand zwischen den Schmelzenströmen sollte ferner ausreichend kleiner sein als der Wert, bei dem die Schmelzenströme auf einen darunterliegenden Draht überlagert werden, in dem die Erstarrung abgeschlossen ist, um einen einstückigen Körper aus den Schmelzenströmen und dem darunterliegenden Draht zu bilden. Der bevorzugte Abstand zwischen den benachbarten Schmelzenströmen hängt unter anderem ab von dem Durchmesser der Öffnung oder des Schlitzes der entsprechenden Düsen, von dem Abstand zwischen der Düsen und dem Kühlsubstrat, von dem Abgabedruck, von der Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlsubstrats sowie der Nutbreite. Wenn der Öffnungsdurchmesser von 0,2 bis 0,8 mm beträgt, so beträgt der Abstand zwischen den benachbarten Schmelzenströmen von 0,3 bis 3 mm. Der Abstand zwischen den Düsen und dem Kühlsubstrat wird optional so bemessen, daß die Schmelzenströme nicht zu Flüssigkeitströpfchen werden, wenn sie über einen derartigen Abstand herabfallen.

Die relative Lage der Düsen und des Kühlsubstrats ist wichtig für die Einstellung der Drahtform. Die relative Lage sollte dabei derart sein, daß die Puddel in den Mittelabschnitt der Nut kommen, d. h., die Schmelzenströme von den Düsen sollten auf den darunterliegenden Draht in dessen Mitte auftreffen. Der Abgabewinkel der Schmelzenströme kann zur Oberfläche des Kühlsubstrats geneigt oder zu dieser senkrecht sein. Der Abgabewinkel und die Lage der Düsenöffnungen werden vorzugsweise so vorgegeben, daß die Schmelzenströme in der Mitte der Nut Puddel oder Lachen bilden.

Ein erfindungsgemäß hergestellter Draht hat im allgemeinen keinen vollständig runden Querschnitt. Ein Draht mit einer Rundheit von 0,5 oder mehr kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die Rundheit des Drahtes kann gegebenenfalls verbessert werden durch Ziehen des gegossenen Drahtes. Durch derartiges Ziehen kann die Abmessungsgenauigkeit ebenfalls verbessert werden. Wenn das Kühlsubstrat eine flache Unterseite aufweist, erhält man einen Draht mit halbkreisförmigem Querschnitt.

Ein runder oder ovaler Draht aus amorphem oder kristallinem Metall kann einen großen Durchmesser von 0,1 bis 1 mm aufweisen und kann für magnetische Anwendunen, als zusammengesetztes Füllmaterial, als Drahtseil und für andere Einsatzarten unter Ausnutzung der Drahtfestigkeit verwendet werden. Wenn bei diesen Anwendungen eine gute Rundheit und/oder Abmessungsgenauigkeit erforderlich ist, kann der runde oder ovale Draht gezogen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wird ein Behälter mit vier Düsen 3 bis 3‴ (Fig. 1) verwendet. Die Öffnungsdurchmesser d₁ und d₂ der ersten beiden Düsen 3, 3′ betragen 0,4 mm (d₁ = d₂ = 0,4 mm), der Öffnungsdurchmesser d₃ der dritten Düse 3″ beträgt 0,3 mm (d₃ = 0,3 mm), und der Öffnungsdurchmesser d₄ der vierten Düse 3‴ beträgt 0,25 mm (d₄ = 0,25 mm). Die Nut 2 mit halbkreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser von 0,5 mm wird auf einer einzigen Walze aus einer Kupferlegierung gebildet.

Ein Draht mit der Zusammensetzung (in Atomprozent) Fe_80,5Si_6,5-B₁₂C₁ wird hergestellt unter Verwendung einer einzigen Walze mit den folgenden Bedingungen:

Abgabedruck: etwa 0,5 bar
Umfangsgeschwindigkeit der Walze: 25 m/sec.

Der hergestellte Draht hat eine ovale Form und einen großen Durchmesser von 0,5 mm und einen kleinen Durchmesser von 0,4 mm. Die Flexibilität des Drahtes ist so groß, daß er beim Aufwickeln auf ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 10 mm nicht bricht.

Beispiel 2

Es wird ein Behälter mit sechs Düsen verwendet. Die Öffnungsdurchmesser d₁, d₂, . . . und d₆ (numeriert in Strömungsrichtung) sind folgendermaßen: d₁ = d₂ = d₃ = 0,5 mm; d₄ = 0,4 mm; d₅ = 0,35 mm und d₆ = 0,30 mm. Der Abstand zwischen den Düsen beträgt 1 mm. Eine Nut mit halbkreisförmigem Querschnitt und 1 mm Durchmesser wird auf einer einzigen Walze aus Eisen ausgebildet.

Ein Edelstahldraht mit der chemischen Zusammensetzung:
16,5% Cr, 0,06% C, 0,6% Si, 0,5% Mn, 0,025% P und 0,005% S wird hergestellt unter Verwendung der einzelnen Walze unter den folgenden Bedingungen:

Abstand zwischen der Walzenoberfläche und der Düsenfläche: 0,3 mm
Abgabewinkel des Schmelzenstroms: senkrecht zur Walzenoberfläche
Abgabedruck: etwa 0,5 bar
Umfangsgeschwindigkeit der Walze: 25 m/sec.

Der erhaltene Draht ist oval und hat einen großen Durchmesser von 1 mm und einen kleinen Durchmesser von 0,7 mm. Der Draht wird mittels Ziehformen mit einem Kaliber von 0,5 mm gezogen, um einen runden Draht von 0,5 mm Durchmesser zu bilden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von im wesentlichen rundem Draht aus einer Metallschmelze unter Verwendung eines beweglichen Kühlsubstrates mit einer zu seiner Bewegungsrichtung parallelen Nut, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Schmelze durch mehrere in vorgegebenem Abstand (l₁, l₂, l₃) angeordnete und jeweils auf die Nut (2) gerichtete Düsen (3, 3′, 3″, 3‴) zur Nut (2) abgegeben wird, wobei
b) zunächst ein Schmelzenstrom durch die in Bewegungsrichtung des Substrats (1) am weitesten stromaufwärts angeordnete erste Düse (3) zur Nut (2) abgegeben wird, so daß ein flacher Draht (5) ausgebildet wird,
c) auf den flachen Draht (5) vor dessen Erstarrung ein Schmelzenstrom durch die der ersten Düse (3) benachbarte zweite Düse (3′) aufgetragen wird, so daß sich der Querschnitt des Drahts (5′) vergrößert, und
d) auf den Draht (5′) vor dessen Erstarrung nacheinander jeweils Schmelzenströme von den weiter stromabwärts angeordneten Düsen (3″, 3‴) derart aufgetragen werden, daß schließlich ein im wesentlichen runder Draht ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (2) einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Auftragen der Schmelzenströme auf den noch nicht erstarrten Draht in der Nut (2) gebildeten Puddel in Bewegungsrichtung des Substrats (1) sukzessive verringert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den benachbarten Düsen (3, 3′, 3″, 3‴) so eingestellt wird, daß getrennte Schmelzenströme gebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schmelzenströme in die Nut (2) abgegeben werden, um einen Draht zu bilden, dessen Dicke etwa gleich der Tiefe der Nut (2) ist, und daß danach mehrere Schmelzenströme auf den Draht abgegeben werden, wobei die Puddel in der Bewegungsrichtung des Substrats (1) verringert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vollständig verfestigte Draht anschließend gezogen wird.