DE3686892T2

DE3686892T2 - Giessen unter einer exothermen reduzierenden flammenatmosphaere.

Info

Publication number: DE3686892T2
Application number: DE8686902712T
Authority: DE
Inventors: Horst Liebermann
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Metglas Inc
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2006-04-12
Also published as: CN85104024A; BR8607354A; DE3686892D1; US4588015A; NO875098L; KR880701147A; NO170137B; EP0300996B1; NO875098D0; JPH0741378B2; CA1224324A; WO1987006166A1; EP0300996A4; JPH01501924A; EP0300996A1; CN1007217B; KR940011764B1; NO170137C

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt das Gießen eines Metallstreifens direkt aus einer Schmelze und insbesondere das rasche Erstarren von Metall in einer Flammenatmosphäre gleich aus dieser Schmelze,um im wesentlichen einen kontinuierlichen Metallstreifen zu erzeugen. Methoden, die verwendet wurden, um einen kontinuierlichen Metallstreifen zu erzeugen, werden zum Beispiel in EP-A-0124688 beschrieben, auf welcher die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 basieren. Jedoch konnten diese Methoden die Oberflächendefekte, die in gegossenen Metallstreifen durch den Einschluß von Luftlöchern zustande kommen, nicht ausreichend beseitigen. Gießverfahren unter Vakuum haben einen gewissen Erfolg gezeigt, aber die Anwendung von Vakuumgießen hat, infolge von übermäßigem Anschweißen des Metallstreifens an der Abschreckoberfläche und der Schwierigkeit, den Metallstreifen vom Saugraum abzutrennen, zu geringeren Ausbeuten und erhöhten Produktionskosten geführt. Infolgedessen waren diese Methoden nicht in der Lage, ein kommerziell brauchbares Verfahren, das einen glatten Streifen in rationeller Weise mit beständiger Qualität und gleichmäßigem Durchmesser herstellt, bereitzustellen.
EP-A-124688 versucht die Luftlochbildung zu verhindern und stellt eine Vorrichtung zum Gießen von Metallstreifen zur Verfügung, bestehend aus:
a. einem beweglichen Abkühlungskörper mit einer sich darauf befindenden Abschreckoberfläche;
b. einer Düseneinrichtung zur Erzeugung des erwähnten Streifens, die einen Strom von geschmolzenem Metall auf ein Abschreckgebiet der erwähnten Oberfläche absetzt;
c. einer Gasversorgungseinrichtung zur Bereitstellung eines reduzierenden Gases, das Kohlenmonoxyd enthält;
d. einer Zündeinrichtung, um das erwähnte reduzierende Gas zu entzünden zur Erzeugung einer reduzierenden Flammenatmosphäre niederer Dichte in einem Verarmungsgebiet, welches sich im wesentlichen unmittelbar am und stromaufwärts vom erwähnten Abschreckgebiet befindet; und
e. einer Steuereinrichtung, um weitgehend den Niederschlag von kondensierten oder erstarrten Bestandteilen aus der erwähnten Atmosphäre auf das erwähnte Verarmungsgebiet zu verhindern.
Die hier beschriebene Erfindung liefert eine Vorrichtung zum Gießen von Metallstreifen bestehend aus:
a. einem beweglichem Abkühlungskörper mit einer sich darauf befindenden Abschreckoberfläche;
b. einer Düseneinrichtung zur Erzeugung des erwähnten Streifens, die einen Strom von geschmolzenem Metall auf ein Abschreckgebiet der erwähnten Oberfläche absetzt;
c. einer Gasversorgungseinrichtung zur Erzeugung eines reduzierenden Gases, das Kohlenmonoxyd enthält;
d. einer Zündeinrichtung um das erwähnte reduzierende Gas zu entzünden zur Erzeugung einer reduzierenden Flammenatmosphäre niederer Dichte in einem Verarmungsgebiet, welches sich im wesentlichen unmittelbar am und stromaufwärts vom erwähnten Abschreckgebiet befindet; und
e. einer Steuereinrichtung, um weitgehend den Niederschlag von kondensierten oder erstarrten Bestandteilen aus der erwähnten Atmosphäre auf das erwähnte Verarmungsgebiet zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Gasversorgungseinrichtung das erwähnte reduzierende Gas erzeugt, und zwar als Ausgangsgasgemisch, welches Kohlenmonoxyd- und Sauerstoffgase enthält, wobei die erwähnte Steuereinrichtung das erwähnte Ausgangsgasgemisch kontrolliert, um eine eingestellte reduzierende Flammenatmosphäre zu erzeugen mit einer Verbrennungsgaszusammensetzung, welche weitgehend keinen freien Sauerstoff enthält, und wobei die erwähnte Steuereinrichtung aus:
(i) einer Temperaturmesseinrichtung zu Messung der Flammentemperatur; und (ii) einer Einstelleinrichtung zur Einstellung der erwähnten Steuereinrichtung besteht, um eine Gießfunktionsweise zu schaffen, bei welcher eine relative Zunahme in Volumenprozenten des im erwähnten Gasgemisches mitgeführten Kohlenmonoxyds eine entsprechende relative Senkung der erwähnten Flammentemperatur ergibt.
Die Erfindung liefert ebenfalls ein Verfahren um Metallstreifen zu gießen, welche aus nächstfolgenden Schritten besteht:
a. Bewegung eines Abkühlkörpers mit einer darauf sich befindenden Abschreckoberfläche;
b. Absetzung eines Stromes von geschmolzenem Metall auf ein Abschreckgebiet der erwähnten Oberfläche, damit der erwähnte Streifen erzeugt wird;
c. Zuführung eines reduzierenden Gases, das Kohlenmonoxyd enthält;
d. Entzündung des erwähnten reduzierenden Gases zur Erzeugung einer reduzierenden Flammenatmosphäre niederer Dichte in einem Verarmungsgebiet, welches sich im wesentlichen unmittelbar am und stromaufwärts vom erwähnten Abschreckgebiet befindet; und
e. Kontrolle des erwähnten reduzierenden Gases, um eine eingestellte reduzierende Flammenatmosphäre an dem erwähnten Verarmungsgebiet zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Gas als ein Ausgangsgasgemisch, das Kohlenmonoxydund Sauerstoffgase enthält, geliefert wird und daß das Verfahren auch den Schritt der Kontrolle des Ausgangsgasgemisches enthält, um eine eingestellte, reduzierende Flammenatmosphäre, welche im wesentlichen keinen freien Sauerstoff besitzt, zu produzieren, wobei der erwähnte Kontrollschritt aus den folgenden Schritten besteht:
(i) Temperaturmessung der erwähnten Flamme, und
(ii) Einstellung der Zusammensetzung des erwähnten Gasgemisches, um eine Betriebsfunktionsweise zu erzeugen, bei welcher eine relative Zunahme in Volumenprozent des im erwähnten Gasgemisches vorhandenen Kohlenmonoxyds eine entsprechende relative Senkung der erwähnten Flammentemperatur bewirkt.
Die exotherme Reaktion des Ausgangsgasgemisches im Verarmungsgebiet erzeugt eine bessere und gleichmäßigere Abkühlung und Abschreckung des geschmolzenen Metalls. Hitze, welche aus dem exotherm reagierenden Gas entsteht, bewirkt eine reduzierende Atmosphäre niederer Dichte, die die Bildung von Luftlöchern, welche den Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall und der Abschreckoberfläche verringern, verhindert. Dies bewirkt eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des gegossenen Streifens, speziell eine Verringerung der Oberflächendefekte an der Streifenseite, die der Oberflächenabschreckung ausgesetzt wurde.
Mit Bezugnahme zur folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsart dieser Erfindung, und anhand der begleitenden Zeichnungen wird die Erfindung besser verstanden werden und es werden auch weitere Vorteile erkennbar, wobei :
Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, die ein drehbares Gießrad verwendet;
Fig. 2 eine graphische Darstellung ist, welche die Verbrennungsgaszusammensetzung und die maximale Flammentemperatur (berechnet und gemessen) in Abhängigkeit der Volumenprozente an CO im Ausgangsgasgemisch, aus CO und Sauerstoff zusammengesetzt, repräsentativ darstellt;
Fig. 3. eine graphische Darstellung ist, welche die Verbrennungsgaszusammensetzung und die maximale Flammentemperatur (berechnet und gemessen) in Abhängigkeit des Volumenprozentes an CO im Ausgangsgasgemisch, aus CO und Raumluft zusammengesetzt, repräsentativ darstellt.
Zum Zweck der vorliegenden Erfindung, und wie in der Beschreibung und den Ansprüchen aufgeführt, ist ein Streifen ein schlanker Körper, dessen Querabmessungen kleiner sind als dessen Länge. So kann ein Streifen Draht, Band, Blech und dergleichen mit regelmäßigen oder unregelmäßigem Querschnitt einschließen.
Die Erfindung eignet sich zum Gießen von Metallstreifen, aus kristallinem und amorphem Metall bestehend, und eignet sich besonders zur Herstellung von Metallstreifen, welche rasch erstarren und bei einer Mindestgeschwindigkeit von 10&sup4; ºC/Sek aus einer Schmelze von geschmolzenem Metall abgeschreckt werden. Ein solcher, rasch erstarrter Streifen besitzt verbesserte physikalische Eigenschaften, wie zum Beispiel verbesserte Zugfestigkeit, Duktilität und magnetische Eigenschaften.
Eingeschlossene Luftlöcher sind unerwünscht, da sie Oberflächendefekte am Streifen erzeugen, welche die Glätte der Oberfläche beeinträchtigen. Dadurch daß sie die Luftlocheinschlüsse reduziert, stellt diese Erfindung hochwertige Metallstreifen her mit verbessertem Oberflächenfinish und verbesserten physikalischen Eigenschaften. EP-A-124688 beschreibt, wie die Bereitstellung einer reduzierenden Flammenatmosphäre niederer Dichte in einem Verarmungsgebiet, welches sich weitgehend unmittelbar am und stromaufwärts vom Abschreckungsgebiet befindet, den Einschluß von Luftlöchern verringert.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das reduzierende Gas entzündet und verbrannt werden kann zur Bildung einer reduzierenden Flammenatmosphäre. Düse 4 setzt geschmolzenes Metall auf Abschreckzone 5 des rotierenden Gießrades 1 ab, (wie in Fig. 2 und 3 von EP-A-124688 dargestellt, kann ein endloses Förderband benützt werden) um Streifen 6 zu bilden. Das Verarmungsverfahren in dieser Ausführungsart besteht aus Gasversorgung 12, Gasdüse 8 und Zündungsmethode 30. Ventil 16 reguliert das Volumen und die Geschwindigkeit des durch Düse 8 ausgestossenen Gases, und eine Wischerbürste 42 konditioniert das Abschreckgebiet 5, um zu helfen, die sich darauf bildende Oxydation zu reduzieren. Nachdem Gas 24 sich mit genügend Sauerstoff vermischt hat, zündet Zündungsmethode 30 das Gas, um eine erhitzte, reduzierende Flammenatmosphäre niederer Dichte um die Verarmungszone 13 und die Abschreckoberflächenzone 14, wo sich geschmolzenes Metall absetzt, zu bilden. Geeignete Zündungsmethoden umfassen Funkenzündung, Heißfilament, Heißplatten und dergleichen mehr. Zum Beispiel dient die Heißgußdüse, wie sie in Ausführungsform von Fig 1. gezeigt wird, als geeignete Zündeinrichtung, welche das reduzierende Gas automatisch bei Kontakt zündet.
Die resultierende Flammenatmosphäre bildet eine Flammenfahne 28, welche stromaufwärts der Abschreckzone 14 startet und von dort aus Sauerstoff verbraucht. Zusätzlich reagiert unverbranntes reduzierendes Gas innerhalb der Fahne in solcher Weise, daß es die Oxyde an der Abschreckoberfläche 5, Düse 4 und dem Streifen 6 reduziert. Die Sichtbarkeit der Flamme 28 ermöglicht eine leichte Optimierung und Kontrolle des Gasstromes, und Fahne 28 wird durch die Raddrehung effektvoll um die Randlinie von Rad 1 gezogen, wobei eine erweiterte reduzierende Flammenatmosphäre erzeugt wird. Infolgedessen befindet sich eine heiße reduzierende Atmosphäre rund um die Abschreckoberfläche 14 und in gewisser Distanz danach. Die erweiterte Flammenfahne erzeugt in günstiger Art und Weise eine nicht oxydierende, schützende Atmosphäre um den Streifen 6 herum, während er abkühlt. Fakultativ können zusätzliche Gasdüsen 32 und Zündeinrichtungen 34 zur Erzeugung zusätzlicher Flammenfahnen 36 entlang ausgewählter Streifenabschnitte 6 verwendet werden, um den Streifen zusätzlich vor Oxydation zu schützen. Ein weiterer Vorteil, der durch die heiße reduzierende Flammenfahne herbeigebracht wird, besteht darin, daß die Glätte der freien Oberflächenseite des Streifens (der Seite, die nicht in Kontakt mit der Abschreckoberfläche ist) wesentlich verbessert wird. Versuche haben gezeigt, daß die Durchschnittsrauheit des schnell erstarrten Metallstreifens, wie an Hand von Standardmethoden, zum Beispiel dem Füllfaktor, gemessen, wesentlich verringert wird, wenn der Streifen in der reduzierenden Flammenfahne dieser Erfindung hergestellt wird.
Eine richtige Wahl des reduzierenden Gases ist wichtig. Die Verbrennungsprodukte des Verbrennungsgases sollten keine Flüssig- oder Festkörper, welche sich auf die Abschreckzone 5 oder die Düse 4 absetzen könnten, erzeugen. Wasserstoffgas war zum Beispiel unter normalen Bedingungen nicht zufriedenstellend, da das Verbrennungsprodukt Wasser ist, das auf der Abschreckoberfläche 5 kondensieren kann. Infolgedessen kann eine Wasserstoffflammenfahne die Bildung von Luftlöchern auf der Abschreckseite des Streifens 6 nicht ausreichend verringern.
Deshalb ist das reduzierende Gas 24 vorzugsweise ein Gas, das nicht nur brennt und Sauerstoff in einer stark exothermen Reaktion verbraucht, sondern ebenfalls Verbrennungsprodukte, welche bei den Gießbedingungen im Gaszustand verbleiben, erzeugt. Kohlenmonoxyd (CO) Gas ist das bevorzugte Gas, das den oben genannten Kriterien entspricht und ebenfalls eine wünschenswerte, wasserfreie reduzierende Atmosphäre erzeugt.
Eine reduzierende Flammenatmosphäre ist ein rationelles Mittel, um die Atmosphäre, die sich in der Nähe der Schmelzpfütze 18 befindet, auf sehr hohe Temperaturen, in der Größenordnung von 1300-1500 K, zu erhitzen. Solche Temperaturen bewirken sehr niedrige Gasdichten um die Schmelzpfütze 18 herum. Die hohen Temperaturen steigern ebenfalls die Kinetik der Reduktionsreaktion, wobei die Oxydierung der Abschreckoberfläche 5, der Düse 4 und des Streifens 6 zusätzlich herabgesetzt wird. Die Gegenwart einer heißen reduzierenden Flamme an der Düse 4 verringert darin ebenfalls das Temperaturgefälle, das zu Düsenrissen führen könnte.
So wird die Ausführungsform dieser Erfindung, welche eine reduzierende Flammenatmosphäre wirkungsvoller ausnützt, eine erhitzte, reduzierende Flammenatmosphäre niederer Dichte rundum der Abschreckzone 5 erzeugen, was die Glätte des gegossenen Streifens auf beiden Seiten verbessert und die Oxydierung der Abschreckzone 5, des Streifens 6 und der Gießdüse 4 wirkungsvoller verhindert.
Entsprechend eines besonderen Aspekts in dieser Erfindung erzeugt die Gasversorgungseinrichtung 12 vor der Zündung ein Ausgangsgasgemisch, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd-und Sauerstoffgasen besteht. Wie repräsentativ in Fig. 1 dargestellt, erzündet die Zündeinrichtung 30 das Gas, um eine exotherme Reaktion zu schaffen. Diese Reaktion erzeugt hohe Temperaturen und entwickelt eine thermisch erzeugte, reduzierende Flammenatmosphäre niederer Dichte im Verarmungsgebiet 13, welches sich im wesentlichen unmittelbar am und stromaufwärts vom Abschreckgebiet 14 an der Oberfläche des bewegbaren, durch das Gießrad gebildeten Abkühlungskörpers befindet. Eine Steuereinrichtung, wie zum Beispiel die Kombination des Temperaturmeßgerätes 50 und des Regelgerätes 52 an Ventil 16 angeschlossen, kontrolliert das Ausgangsgasgemisch, um eine eingestellte reduzierende Flammenatmosphäre in der Verarmungszone 13 und der Abschreckzone 14 zu erzeugen. Diese eingestellte reduzierende Flammenatmosphäre hat eine Verbrennungsgas Zusammensetzung, welche weitgehend keinen freien Sauerstoff enthält; das Verbrennungsgas in Flamme 28 ist weitgehend frei von unreagiertem, ungebundenem Sauerstoff.
Ein Ausgangsgasgemisch, das aus Kohlenmonoxyd und Sauerstoff zusammengesetzt ist, kann eine Flammentemperatur über 2600ºC erzeugen und kann deshalb an der Verarmungszone 23 und der Gießzone 14 eine sehr niedrige Gasdichte erzeugen. Diese hohen Flammentemperaturen können jedoch eine Aufspaltung von molekularem O&sub2; in ionisches O, welches äußerst reaktiv ist, auslösen. Infolgedessen ist das Ausgangsgasgemisch vorzugsweise aus Kohlenmonoxyd und Sauerstoff zusammengesetzt, und das Volumenprozentgehalt an Kohlenmonoxyd beträgt mindestens 4 mal denjenigen von Sauerstoff.
Entsprechend eines weiteren Aspekts dieser Erfindung erzeugt die Gasversorgungseinrichtung 12 ein Ausgangsgasgemisch, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd, Sauerstoff und nicht reaktiven Verdünnungsgasen, zum Beispiel Stickstoff, zusammengesetzt ist. Zum Beispiel kann die Gasversorgungseinrichtung 12 eine ausgewählte Volumenstromgeschwindigkeit von CO Gas aus der Verteilungseinrichtung 8 einstellen, das sich mit der Raumluft vermischt, um ein Ausgangsgasgemisch, das im wesentlichen aus CO, O&sub2; und N&sub2; besteht, zu ergeben. Die Anwesenheit der Verdünnungsgase verringert vorteilhaft die Flammentemperatur und reduziert die Spaltung von molekularem O&sub2; in das hochreaktive O- Ion. Infolgedessen kann der Volumenprozentanteil (Vol.%) von Kohlenmonoxyd im Vergleich zum Volumenprozentanteil von Sauerstoff verringert werden, um sich dem stöchiometrischen 2 zu 1 Verhältnis anzunähern, wodurch die erwünschte Chemie in der reduzierenden Flammenatmosphäre um den gegossenen Streifen trotzdem erhalten wird. Vorzugsweise beträgt der Vol.% Anteil CO im Ausgangsgasgemisch zumindest 2.5 mal denjenigen von O&sub2;.
Wie vorher erwähnt, ist das Abmischen von CO mit Raumluft, um eine Mischzusammensetzung, hauptsächlich aus CO, O&sub2;, und N&sub2; bestehend, zu realisieren, eine sehr praktische Methode, um das erwünschte Ausgangsgasgemisch zu erzeugen. Vorzugsweise besteht das Ausgangsgasgemisch hauptsächlich aus 38-70 Vol.% Kohlenmonoxyd in einem Gemisch mit Raumluft. Die untere Grenze des Bereiches gewährleistet, daß die resultierende Flammenatmosphäre einen optimal reduzierenden Charakter hat und im wesentlichen keinen freien Sauerstoff enthält. Die obere Grenze des Bereiches gewährleistet, daß die Flammenatmosphäre nicht erlischt.
Da die Gaschemie in der Flammenatmosphäre zur Optimierung der Qualität des gegossenen Streifens wichtig ist, ist es notwendig die Flammenchemie genau zu überwachen. Eine direkte Messung der Flammenzusammensetzung kann sich jedoch als schwierig erweisen.
Die gegenwärtige Erfindung schafft eine wirksame Steuereinrichtung, um die Flammenchemie effektvoll zu kontrollieren, die ein Temperaturmeßgerät einschließt, wie zum Beispiel das Thermoelement 50, das in Fig. 1 repräsentiv dargestellt ist. Die Steuereinrichtung umfaßt ebenfalls eine Einstelleinrichtung 52, welche zum Beispiel das Ventil 16 so einstellt, daß, wie erwünscht, eine Zu- oder Abnahme des CO Stroms aus der Gasversorgung 12 erfolgt. Es kann, indem die Veränderung der Flammentemperatur in Abhängigkeit der im Ausgangsgasgemisch zugeführten CO Menge überwacht wird, eine erwünschte Gießfunktionsweise realisiert werden. Thermoelement 50 mißt und überwacht insbesondere die Flammentemperatur, um eine CO Stromgeschwindigkeit zu bestimmen, bei welcher eine Erhöhung der ins Ausgangsgemisch zugeführten Kohlenmonoxydkonzentration in Vol.% eine entsprechende Abnahme der Flammentemperatur erzeugt. Bei Auftreten solcher Bedingungen kann man auf die Bildung der erwünschten Gießfunktionsweise zuverlässig schließen; eine Funktionsweise, bei welcher die Heißflammenatmosphäre weitgehend frei von unreagiertem Sauerstoff ist.
Rasches Abschrecken unter Bedingungen wie oben beschrieben kann zu metastabilen, homogenen, duktilen Materialien führen. Das metastabile Material kann glasartig sein, in welchem Fall keine Ordnung im hohen Längenbereich existiert. Röntgenbeugungsdiagramme von glasartigen Metall Legierungen zeigen nur einen sich zerstreuenden Ring, ähnlich denen, welche für anorganische Oxydgläser beobachtet wurden. Solche glasartige Legierungen müssen mindestens zu 50% glasartig sein, um für eine nachträgliche Bearbeitung genügend duktil zu sein, wie zum Beispiel für das Ausstanzen von komplexen Formen aus Legierungsbändern. Vorzugsweise müssen die glasartigen Metallegierungen zumindest zu 80% glasartig, und meist bevorzugt weitgehend (oder vollkommen) glasartig sein, damit eine hervorragende Duktilität erzielt werden kann.
Die metastabile Phase kann ebenfalls eine Festphasenlösung der Grundbestanteile sein. Für die Legierungen dieser Erfindung werden solche metastabile Festphasenlösungen üblicherweise bei den gängigen Verarbeitungsmethoden, die in der Herstellungstechnik von kristallinen Legierungen zur Anwendung gelangen, nicht hergestellt. Röntgenbeugungsdiagramme der Festphasenlegierungslösungen zeigen die scharfen Beugungslinien von kristallinen Legierungen mit einer gewissen Verbreitung dieser Linien, welche auf die erwünschte feinkörnige Kristallitgröße zurückzuführen ist. Solche metastabile Materialien sind, wenn sie unter den wie oben beschriebenen Bedingungen hergestellt werden, ebenfalls duktil.
Ein unter den vorher beschriebenen Bedingungen rasches Abschrecken kann ebenfalls zu einer ausgeglichenen mikrokristallinen Legierung führen. Die Bezeichnung mikrokristalline Legierung, wie hier verwendet, bedeutet eine Legierung, welche, bei raschem Erstarren, eine Korngröße von weniger als 10 Mikrometer (0,004 in.) besitzt. Vorzugsweise hat eine solche Legierung eine Korngröße, welche sich in einem Bereich von zirka 100 Nanometer (0,000004 in.) bis 10 Mikrometer (0,0004 in.) bewegt und meist bevorzugt in einem Bereich von zirka 1 Mikrometer (0,00004 in.) bis 5 Mikrometer (0,0002). Mikrokristalline Legierungen werden durch Abkühlen einer Schmelze der erwünschten Zusammensetzung bei einer Geschwindigkeit von mindestens zirka 10³ º/Sek, und vorzugsweise mindestens zirka 10&sup5; ºC/Sek, gebildet. Es stehen eine Vielfalt von schnellen, in der mikrokristallinen Legierungstechnik wohl bekannten Abschreckmethoden, zur Herstellung von mikrokristallinen Pulvern, Drähten, Bändern und Blechen, zur Verfügung. Charakteristisch wird eine besondere Zusammensetzung ausgewählt, Pulver oder Körner der erforderlichen Elemente in den gewünschten Anteilen geschmolzen und homogenisiert, und die geschmolzene Legierung wird auf einer Abkühlungsfläche, wie zum Beispiel einem schnell rotierenden Zylinder oder in einem passenden flüssigen Element, wie z. B. Wasser, rasch abgeschreckt.
Das Produkt dieser Erfindung wird vorteilhaft in Blech- (oder Band-) Form hergestellt und kann in Produktanwendungen als Gußform verwendet werden, sei es daß das Material glasartig oder eine Festphasenlösung ist. Alternativ können die Bleche aus glasartigen Metall Legierungen getempert werden, um eine kristalline Phase, welche vorzugsweise feinkörnig ist, zu erzeugen, so daß beim Stanzen von komplexen Formen eine Verlängerung der Stempellebensdauer begünstigt wird.
Die Erfindung kann fakultativ ein flexibles Klemmband, wie in Fig. 5 von EP-A-124688 dargestellt, aufweisen, welches einen Streifen gegen die Abschreckoberfläche drückt, um den Kühlungskontakt damit zu verlängern. Der verlängerte Kontakt verbessert das Abschrecken des Streifens, indem er eine regelmäßigere und verlängerte Kühlungsperiode für den Streifen ergibt.
Erhebliche Bemühungen wurden aufgewendet, um Vorrichtungen und Verfahren zu entwickeln, um stärkere Streifen aus rasch erstartem Metall herzustellen, da ein solcher Streifen leichter als direktes Substitutionsmittel für Materialien, die heutzutage in existierenden kommerziellen Anwendungen verwendet werden, eingesetzt werden kann. Da die gegenwärtige Erfindung den Kontakt zwischen geschmolzenem Metallstrom und gekühlter Metalloberfläche wesentlich verbessert, wird der Hitzetransport aus dem geschmolzenem Metall weg verbessert. Der verbesserte Hitzetransport bewirkt seinerseits ein gleichmäßigeres und schnelleres Erstarren des geschmolzenen Metalls, um einen höherwertigen, dicken Streifen zu erzeugen, d. h. einen Streifen mit einer Stärke, welche sich in einem Bereich von zirka 15 Mikrometer bis hinauf zu zirka 70 Mikrometer und darüber bewegt.
In ähnlicher Weise wurden beträchtliche Bemühungen aufgewendet, um dünnere Streifen aus rasch erstartem Metall zu erzeugen. Ein sehr dünner Metallstreifen von weniger als 15 Mikron und vorzugsweise von zirka 8 Mikron Stärke, ist in verschiedenen kommerziellen Anwendungen äußerst erstrebenswert. Zum Beisspiel haben in Hartlötanwendungen Füllmetalle, die in gelöteten Nahtstellen verwendet werden, im Vergleich zu den Basismetallen, geringere mechanische Eigenschaften. Um die mechanischen Eigenschaften einer gelöteten Einheit zu optimieren, wird die gelötete Nahtstelle sehr dünn hergestellt. Deshalb, wenn das Blechform Füllmaterial vor der Lötarbeit direkt auf die Lötfläche gebracht wird, kann die Nahtstelle, weil sehr dünnes Lötblech verwendet wird, optimiert werden.
In magnetischen Anwendungen in der Hochfrequenzelektronik (über 10 KHz), sind Leistungsverluste in den magnetischen Geräten zur Stärke (t) der magnetischen Materialien proportional. In anderen magnetischen Anwendungen, wie zum Beispiel Sättigungsreaktoren, sind Leistungsverluste, wenn diese Material sich schnell absättigt, im Quadrat (t²) zur Stärkeabmessung des magnetischen Materials proportional. Deshalb kann dünnes Band die Leistungsverluste in den Reaktoren verringern. Zusätzlich braucht dünnes Band weniger Zeit zur Sättigung; infolgedessen können kürzere und schärfere Ausgangsimpulse vom Reaktor erhalten werden. Dünnes Band verringert ebenfalls die induzierte Spannung pro Schichtstoff und benötigt deshalb weniger Isolierung zwischen den Laminierschichten.
In Induktoren für lineare Induktionsbeschleuniger stehen die Verluste ebenfalls im Zusammenhang mit t², und dünneres Band wird Leistungsverluste verringern. Dünnes Band sättigt ebenfalls leichter und schneller und kann zur Herstellung von Beschleunigern mit kürzeren Impulsen verwendet werden. Zusätzlich benötigt dünneres Band weniger Isolierung zwischen den Laminierschichten.
Ein weiterer Vorteil von dünnen Streifen ist, daß der Streifen, wenn er zu einem gegebenem Durchmesser aufgewickelt wird, geringere Biegebelastungen erleidet. Übermäßige Biegebelastungen werden durch das Phänomen von Magnetorestriktion die magnetischen Eigenschaften verschlechtern.
Die Vorrichtung und Methode dieser Erfindung sind besonders zur Formung von sehr dünnen Metallstreifen geeignet. Da diese Erfindung die Größe und Tiefe der Luftlochfehlstellen wesentlich verringert, besteht weniger Gefahr, daß eine Fehlstelle eine genügende Größe annehmen wird, um den gegossenen Streifen zu perforieren. Infolgedessen kann ein sehr dünner Streifen gegossen werden, da weniger Gefahr besteht, daß eine Fehlstelle mit genügender Größe sich entwickeln kann, um den Streifen zu perforieren. So kann die Erfindung zum Gießen von sehr dünnem Metallstreifen, der in gegossenem Zustand weniger als zirka 15 Mikrometer stark ist, angepaßt werden. Vorzugsweise hat der gegossene Streifen eine Stärke von 12 Mikrometer oder darunter. Die Stärke des gegossenen Streifens bewegt sich meist bevorzugt zwischen 7 und 12 Mikrometer. Zusätzlich hat der dünne Metallstreifen eine Breiteabmessung von mindestens zirka 1.5 Millimeter, und vorzugsweise mißt er mindestens zirka 10 Millimeter.
Die folgenden Beispiele werden vorgelegt, um ein vollständigeres Verständnis der Erfindung zu gestatten. Legierungschemie wird in nominellen Zusammensetzungen ausgedrückt mit Indices in Atomprozent.

BEISPIEL 1

Adiabatische (maximale) Flammentemperaturen wurden berechnet und mit begrenzten experimentellen Messungen verglichen. Sauerstoffmolekül- und Ionenkonzentrationen wurden auf Grund der chemisch aktiven Natur dieser Gastypen berechnet.
Vorbestimmte CO-O&sub2; und CO-Luft Zusammensetzungen wurden mittels Durchströmung von Gasen handelsüblicher Reinheit durch den Mischkopf einer Schweißbrenneinheit erzeugt. Jedes der vorgemischten Gase wurde in ein 12 mm Innendurchmesser durchsichtiges Verbrennungsrohr aus geschmolzenem Quartz unter 35 kPA (5psi) Druck und bis zu 500 cc/Sek. Stromgeschwindigkeit hineingeführt. Ein bewegliches Pt/Pt-13Rh (R Type) Thermoelement, aus Draht von 0,5 mm Durchmesser hergestellt, wurde in Verbindung mit einem Fluke 2160A Digitalthermometer mit Analogausgang verwendet, um die Flammentemperatur zu messen. Die höchste erreichte Flammentemperatur jeder vorgemischten Gaszusammensetzung wurde durch sorgfältiges Abtasten mit dem Thermoelement der Gasreaktionszone innerhalb des Verbrennungsrohres gemessen und aufgezeichnet. Hitzeverlustherde, wie zum Beispiel Hitzeaustrahlung, Hitzeleitung durch die Thermoelementleitungen, usw., wurden nicht berücksichtigt. In einer anderen Messungsform durchquerte das Thermoelement mit zirka 4 cm/Sek. Geschwindigkeit den Durchmesser einer natürlichen CO Flamme in Luft. Die resultierenden thermischen Profile wurden, zusätzlich daß sie die Flammentemperatur bestimmten, zur Berechnung der lokalen Flammenchemie verwendet.
Fig. 2 stellt eine schematische Darstellung einer berechneten CO- O&sub2; Flamme, Verbrennungsgas Thermochemie in Abhängigkeit des relativen CO Anteils in der Ausgangsgasgemisch Zusammensetzung dar. "M" bezeichnet experimentell gemessene, maximale Flammentemperatur Datenpunkte. Wie repräsentativ in Fig. 2 dargestellt, enthält die Verbrennungsgas Zusammensetzung in der Flamme einen zirka Nullanteil an freiem, unreagiertem Sauerstoff (02,0), wenn das Ausgangsgasgemisch aus zumindest 80 Vol.% CO zusammengesetzt ist. Um jedoch eine brennende Flamme aufrechtzuerhalten, sollte die CO Menge im Ausgangsgemisch weniger als zirka 95 Vol.% betragen, und vorzugsweise weniger als zirka 92 Vol.%. Fig. 2 zeigt ebenfalls in repräsentativer Weise, daß die Bedingung zu einem im Verbrennungsgas weitgehenden Nullanteil an freiem Sauerstoff in etwa< der Funktionsweise entspricht, bei welcher eine geringe Zunahme des Vol.% im Ausgangsgasgemisch eine entsprechend geringe Abnahme der Flammentemperatur bewirkt.
Die graphische Darstellung in Fig .3 ist eine schematische Darstellung der berechneten, CO-Luft Flamme, Verbrennungsgas Thermochemie in Abhängigkeit des relativen Anteils an CO in der Ausgangsgasgemisch Zusammensetzung. "M" bezeichnet wieder die experimentell gemessenen Datenpunkte der maximalen Flammentemperatur. Mit der CO-Luft Flamme enthält die Verbrennungsgas Zusammensetzung der Flamme einen weitgehend Null Anteil an freiem Sauerstoff, wenn das Ausgangsgasgemisch aus zirka 38-70 Vol.% CO zusammengesetzt ist. Oberhalb etwa 70 Vol.% CO im Ausgangsgasgemisch erlischt die Flamme. Die Bedingung eines weitgehend Null Anteils an ungebundenem Sauerstoff im Verbrennungsgas entspricht hier wieder in etwa der Funktionsweise, bei welcher eine geringe Zunahme des Volumenprozentes an CO im Ausgangsgasgemisch eine entsprechende geringe Abnahme der Flammentemperatur bewirkt.

BEISPIEL 2

Eine Fe&sub7;&sub8;B&sub1;&sub3;Si&sub9; Legierung wurde zu einer amorphen Streifenform auf ein 38 cm Beryllium-Kupfer Abkühlungsrad gegossen, welches rotierte, um eine Abschreckoberflächen Geschwindigkeit von zirka 20 m/Sek zu erzeugen. Die Temperatur der Schmelze betrug ungefähr 1623 K und der Gießdruck etwa 19 kPa. Die Gießdüse hat einen Düsenschlitz, dessen Breite 0,38 mm und Länge etwa 5 cm betrug. Die Düse war vom oberen toten Zentrum des Kühlungsrades ungefähr 1,6 mm stromabwärts abgesetzt und war entsprechend plaziert um einen Gießspalt zwischen dem Düsenaustritt und der Abschreckoberfläche von etwa 0,15 mm zu ergeben.
Experimentelle Versuche, welche zwei verschiedene CO-Flammen Chemie verwendeten, wurden durchgeführt. Eine CO-Flamme (CO Stromgeschwindigkeit von 22 cc/Sek.) enthielt einen Überschuß an freiem Sauerstoff (Kolonne 1), und die andere CO-Flamme (CO Stromgeschwindigkeit von 38 cc/sek.) enthielt im wesentlichen keinen freiem Sauerstoff (Kolonne 2). Repräsentative Leistungsverlust und Erregungsleistungsdaten für zwei resultierende gegossene Streifen wurden in Tabelle< 2 dargestellt. Vom Vergleich dieser Daten wird es ohne weiteres sichtbar, daß die optimierte CO-Flamme, welche in der Verbrennungsgaschemie keinen freien Sauerstoff enthält, den Leistungsverlust und die Erregungsleistung wesentlich verringert. TABELLE 2 Leistungsverlust (W/kg) Erregungsleistung (VA/kg)

BEISPIEL 3

Eine Fe-B-Si-C Legierung wurde rasch zu einem amorphen Streifen auf einem 38 cm Durchmesser Beryllium-Kupfer Abkühlungsrad, welches in Rotation versetzt wurde, um eine peripherische Abschreckoberflächengeschwindigkeit von zirka 18 m/Sek zu erzielen, erstarrt. Die Temperatur der Schmelze betrug zirka 1623 K und der Gießdruck zirka 24 kPa. Die Gießdüse hatte einen Düsenschlitz dessen Breite etwa 0,38 cm und dessen Länge zirka 5 cm betrug. Die Düse war vom oberen toten Zentrum des Kühlungsrades stromabwärts ungefähr 3,2 mm abgesetzt und die Gießöffnung betrug ungefähr 0,13 mm.
In experimentellen Versuchen wurden Streifen gegossen, indem drei verschiedene Einstellungen von Bedingungen verwendet wurden. In einer ersten Einstellung von Bedingungen wurde die Legierung bei tiefer Raumlufttemperatur ohne Flammenverwendung gegossen (Kolonne 1). In einer zweiten Einstellung von Bedingungen wurde die Legierung in einer brennenden CO-Flamme, welche weitgehend einen Null Anteil an freiem Sauerstoff im Verbrennungsgas enthielt, gegossen (Kolonne 2). In einer dritten Einstellung von Bedingungen wurde die Legierung in einer sehr heißen CO-Flamme, welche überschüssigen Sauerstoff enthielt, gegossen (Kolonne 3). Einige Eigenschaften der resultierenden gegossenen Streifen werden in Tabelle 3 zusammengefaßt.
Vom Vergleich der Daten wird es sichtbar, daß bei den sehr hohen Temperaturen, welche bei einer CO-Flamme entstehen, die überschüssigen Sauerstoff enthält, die magnetischen Eigenschaften des gegossenen Streifens verschlechtert sind. Die besten magnetischen Eigenschaften wurden erhalten ,wenn der gegossene Streifen in einer CO-Flamme, die keinen freien Sauerstoff enthielt, hergestellt wurde. TABELLE 3 (Luft) (CO) (CO + überschüss. O2) Füllfaktor Leistungsverlust (w/kg) 1.4 T Erregungsleistung (VA/kg) 1.4 T Durchschn. Stärke (Mikrometer)

Claims

1. Vorrichtung zum Gießen von Metallstreifen (6) bestehend aus:

a. einem beweglichem Abkühlungskörper (1) mit einer sich darauf befindenden Abschreckoberfläche (5);

b. einer Düseneinrichtung (4), um einen Strom von geschmolzenem Metall auf ein Abschreckgebiet (14) der erwähnten Oberfläche (5) abzusetzen, um den erwähnten Streifen (6) zu erzeugen;

c. einer Gasversorgungseinrichtung (8, 12) zur Erzeugung eines reduzierenden Gases, das Kohlenmonoxyd enthält;

d. einer Zündeinrichtung (30), um das erwähnte reduzierende Gas zu entzünden zur Erzeugung einer reduzierenden Flammenatmosphäre niederer Dichte in einem Verarmungsgebiet (13), welches im wesentlichen unmittelbar am und stromaufwärts vom erwähnten Abschreckgebiet (14) sich befindet; und

e. einer Steuereinrichtung (16), um weitgehend den Niederschlag von kondensierten oder erstarrten Bestandteilen aus der erwähnten Atmosphäre auf das erwähnte Verarmungsgebiet (13) zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Gasversorgungseinrichtung das erwähnte reduzierende Gas als Ausgangsgasgemisch bereitstellt, welches Kohlenmonoxyd- und Sauerstoffgase enthält, wobei die erwähnte Steuereinrichtung (16) das erwähnte Ausgangsgasgemisch kontrolliert, um eine geregelte reduzierende Flammenatmosphäre zu erzeugen mit einer Verbrennungsgaszusammensetzung, welche im wesentlichen keinen freien Sauerstoff enthält, und wobei die erwähnte Steuereinrichtung (16) eine:

(i) Temperaturmesseinrichtung (50) zur Messung der Flammentemperatur; und

(ii) eine Einstelleinrichtung (52) zur Einstellung der erwähnten Steuereinrichtung (16) aufweist, um eine Gießfunktionsweise zu ergeben, bei welcher eine relative Zunahme in Volumenprozenten des im erwähnten Gasgemisch mitgeführten Kohlenmonoxyds eine entsprechende, relative Senkung der erwähnten Flammentemperatur bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der das Ausgangsgemisch aus Kohlenmonoxyd und Sauerstoff besteht und der volumenprozentige Anteil an Kohlenmonoxyd mindestens 4 mal größer ist als derjenige von Sauerstoff.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der das Ausgangsgasgemisch hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd, Sauerstoff und einem oder mehreren nicht reaktiven Verdünnungsgasen besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, in der das erwähnte, nicht reaktive Gas, Stickstoffgas ist.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 oder 4, in der der volumenprozentige Anteil an Kohlenmonoxyd im Ausgangsgasgemisch mindestens 2,5 mal größer als derjenige von Sauerstoff ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, in der die Gasversorgungseinrichtung ein Ausgangsgasgemisch, das hauptsächlich aus 38-70 Vol.% Kohlenmonoxyd in einem Gemisch mit Raumluft besteht, erzeugt.

7. Verfahren zum Gießen von Metallstreifen (6), das aus folgenden Schritten besteht:

a. Bewegung eines Abkühlköpers (1) mit einer sich darauf befindenden Abschreckoberfläche (5);

b. Absetzung eines Stromes von geschmolzenem Metall auf ein Abschreckgebiet (14) der erwähnten Oberfläche (5), damit der erwähnte Streifen (6) erzeugt wird;

c. Zulieferung eines reduzierenden Gases, das Kohlenmonoxyd enthält; und

d. Entzündung des erwähnten, reduzierenden Gases zur Erzeugung einer reduzierenden Flammenatmosphäre niederer Dichte in einem Verarmungsgebiet (13), welches sich im wesentlichen unmittelbar am und stromaufwärts vom erwähnten Abschreckgebiet (14) befindet; und

e. Steuerung des erwähnten reduzierenden Gases, um eine eingestellte reduzierende Flammenatmosphäre an dem erwähnten Verarmungsgebiet (13) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Gas als ein Ausgangsgasgemisch, das Kohlenmonoxyd- und Sauerstoffgase enthält, geliefert wird, und daß das Verfahren ebenfalls den Schritt der Steuerung des Ausgangsgasgemisches enthält, um eine eingestellte reduzierende Flammenatmosphäre, welche im wesentlichen keinen freien Sauerstoff besitzt, zu produzieren, wobei der erwähnte Steuerschritt aus den folgenden Schritten besteht:

(i) Temperaturmessung der erwähnten Flamme, und

(ii) Regulierung der Zusammensetzung des erwähnten Gasgemisches, um eine Betriebsfunktionsweise zu ergeben, bei welcher eine relative Zunahme in Volumenprozenten des im erwähnten Gasgemisches mitgeführten Kohlenmonoxyds eine entsprechende relative Senkung der erwähnten Flammentemperatur bewirkt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in dem das Ausgangsgasgemisch hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd, Sauerstoff und nicht reaktiven Verdünnungsgasen besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, in dem das erwähnte Ausgangsgasgemisch hauptsächlich aus 38-70 Vol.% Kohlenmonoxyd, mit Raumluft abgemischt, besteht.