DE4237643A1

DE4237643A1 -

Info

Publication number: DE4237643A1
Application number: DE19924237643
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof. Dr. Behr; Peter Dr.-Ing. Schueler; Hans-Walter Ing.(Grad.) 4150 Krefeld De Erckes; Volker Dipl.-Phys. 4600 Dortmund De Kraemer
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1992-11-07
Publication date: 1993-06-09
Also published as: EP0545097A2; EP0545097A3; CZ355492A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Drahtgießen.The invention relates to a method and device for rapid Wire casting.

Für das direkte Gießen von Draht aus Stahl und Nichteisenmetallen ist das vertikale und horizontale Verfahren mit stationärer Kokille nach der go and stop- bzw. Pilgerschritt-Methode betrieblich eingeführt. Neuerdings wird beim Horizontal-Strangguß in ähnlicher Weise wie beim Vertikal-Strangguß auch mit oszillierender Kokille und konstanter Strangabzugsgeschwindigkeit gearbeitet. Beiden Verfahrensprinzipien haften jedoch zwei wesentliche Nachteile an:For the direct casting of wire from steel and non-ferrous metals is the vertical and horizontal process with a stationary mold operationally introduced according to the go and stop or pilgrimage method. Recently, horizontal continuous casting is used in a similar way as with vertical continuous casting, also with an oscillating mold and constant strand withdrawal speed worked. Both procedural principles however, there are two major disadvantages:

- Formation of structural inhomogeneities on the inevitable Knots with the risk of hot cracks and Cold welding, which is further processed, for example Drawing or rolling or the direct use of the cast product prevent.
- The casting speed is because of the large specific surface and the associated unfavorable friction conditions between strand and mold limited to about 8 m / min. This limits the achievable casting performance to technical-economical unsatisfactory values when the production diameter should be reduced to <3 mm.

Schwer umformbare Werkstoffe, wie Hartschweißlegierungen im Durchmesserbereich von 8 bis 3 mm ⌀ werden im Horizontalstrangguß hergestellt.Materials that are difficult to form, such as hard welding alloys in the diameter range of 8 to 3 mm ⌀ are produced in horizontal continuous casting.

Die für moderne automatisierte Schweißverfahren benötigten Schweißelektroden werden in Form von aufgespultem Draht mit einem Durchmesser <2 mm erzeugt. In den Fällen, in denen ein Ziehen von dickeren Abmessungen an die Endabmessungen nicht möglich ist, stehen hier nur aufwendig hergestellte Fülldrähte zur Verfügung. Bei ferritischen Heizleiterlegierungen auf Eisen-Chrom-Aluminium-Basis ist ein langwieriger und kostenintensiver Ziehprozeß erforderlich, um Draht in den Einsatzabmessungen <1 mm ⌀ herzustellen. Die mit steigendem Aluminium-Gehalt ansteigenden Schwierigkeiten bei der Umformung begrenzen zudem die anwendbaren Aluminium-Gehalte auf 5 bis 6%, obgleich bekannt ist, daß die Zunderbeständigkeit bei weiter erhöhten Aluminium-Gehalten weiter verbessert werden kann.The welding electrodes required for modern automated welding processes are in the form of wound wire with a diameter <2 mm generated. In cases where pulling thicker Dimensions to the final dimensions is not possible here only complex cored wires available. With ferritic Iron-chrome-aluminum-based heating conductor alloys is a lengthy and costly drawing process required to wire to be manufactured in the application dimensions <1 mm ⌀. The one with increasing Aluminum content increasing difficulty in forming limit the applicable aluminum content to 5 to 6%, although it is known that scale resistance increases further Aluminum levels can be further improved.

Es ist auch ein Gießverfahren für Metalldrähte bekanntgeworden, bei dem eine metallische Schmelze in einem Freistrahl in eine rotierende Kühlflüssigkeit einfließt und frei in einem kreisförmigen Querschnitt erstarrt. Hierbei gelingt es bisher nicht, den Durchmesser der Drähte auf Werte <1 mm zu steigern. Zur Erzielung hoher Gießgeschwindigkeiten ist es erforderlich, mitlaufende Kokillen einzusetzen. Dies kann in Form von rotierenden Walzen und/oder umlaufenden Bändern geschehen. Für das Gießen von Folien genügt es, flüssige Schmelze aus einer Auslaufdüse auf eine Gießwalze aufzubringen und in einseitigem Kontakt mit dieser erstarren zu lassen. Wichtiges Merkmal dieser Verfahrensweise ist der sich zwischen Düse und Gießwalze ausbildende Schmelzsumpf. Die Herstellung von dickeren Querschnitten erfordert die Verwendung von geschlossenen Gießhohlräumen, wie sie mit Hilfe zweier Gießwalzen oder auch einer profilierten Gießwalze und eines dagegenlaufenden Bandes geschaffen werden können. Das letztere Verfahren wird für das Gießen von dickeren Profilen von z. B. Nichteisenmetallen eingesetzt (Properzi- Gießrad).A metal wire casting method has also become known, where a metallic melt in a free jet into a rotating coolant flows in and freely in a circular Cross section freezes. So far, the diameter has not been successful to increase the wires to values <1 mm. To achieve high casting speeds it is necessary to use co-rotating molds. This can take the form of rotating rollers and / or rotating Tapes happen. For the casting of foils it is sufficient to use liquid Applying melt from an outlet nozzle to a casting roll and solidify in one-sided contact with it. Important The characteristic of this procedure is that between the nozzle and Casting roll forming melting sump. The production of thicker ones Cross sections require the use of closed casting cavities, like with the help of two casting rolls or a profiled one Casting roller and an opposing belt created can be. The latter method is used for casting thicker profiles from z. B. non-ferrous metals used (Properzi- Casting wheel).

Alle Verfahren mit mitlaufender Kokille vermeiden den Nachteil der Knotenstellenbildung, wie sie beim Horizontal-Drahtstrangguß verfahrensbedingt unvermeidlich ist, und gestatten hohe Gießgeschwindigkeiten von mehr als 10 m/min. Für das Gießen von Draht mit einem Durchmesser von <3 mm sind sie jedoch ungeeignet. All processes with a moving mold avoid the disadvantage of Nodal formation, as is required for horizontal wire strand casting is inevitable and allow high casting speeds of more than 10 m / min. For casting wire with one However, diameters of <3 mm are unsuitable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Draht mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm zu schaffen, mit dem ein homogener Draht in tech nisch-wirtschaftlich zufriedenstellender Weise erzeugt werden kann.The object of the present invention is a method and a device for casting wire with a diameter of to create less than 3 mm, with which a homogeneous wire in tech nisch-economically satisfactory can.

Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile des Horizontal-Drahtstranggusses wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein durch ein elektromagnetisches Feld eingeformter Schmelzenstrahl im freien Fall auf eine profilierte Gießscheibe herabfließt und auf ihr unter dem Einfluß der Grenzflächenspannung zu einem Draht erstarrt.To avoid the disadvantages of horizontal wire casting described It is proposed according to the invention that an electromagnetic Field molded melt jet in free fall a profiled casting disc flows down and on it under the Influence of the interfacial tension solidifies into a wire.

Die Zufuhr der metallischen Schmelze zur Gießscheibe erfolgt mittig über der Drehachse der Gießscheibe oder zur Verringerung des Abknickwinkels des Metallstranges in geeigneter Weise seitlich in Drehrichtung versetzt. Der Schmelzenstrahl wird dabei bevorzugt auf einen mittleren Drahtdurchmesser von 0,1 bis 3 mm eingeformt.The metal melt is fed to the casting disc in the center above the axis of rotation of the casting disc or to reduce the bending angle the metal strand in a suitable manner laterally in the direction of rotation transferred. The melt jet is preferably applied to one Average wire diameter from 0.1 to 3 mm molded.

Neben dem Einsatz von flüssigem Metall, das nach Ausfließen aus einer feuerfesten Düse einen stabilen Freistrahl formt, ist das Abschmelzen von stab- oder blockförmigem festen Vormaterial besonders vorteilhaft. Hierbei kommen bevorzugt induktives, konduktives als auch Aufschmelzen im Elektronen- oder Laserstrahl in Betracht. In diesen Fällen macht die einfache Regelung der Schmelzleistung eine sichere Führung des Gießprozesses möglich.In addition to the use of liquid metal that flows out after forms a stable free jet of a refractory nozzle, that is Melting of rod-like or block-shaped solid material in particular advantageous. Here, preferably inductive, conductive come as melting in the electron or laser beam is also considered. In In these cases, the simple control of the melting capacity makes one safe management of the casting process possible.

Bei einer induktiven Beheizung besteht der weitere Vorteil, daß durch die Kraftwirkung des elektromagnetischen Wechselfeldes der flüssige Metallstrahl geformt und zentriert werden kann, wodurch auch bei einem großen Querschnitt des Abschmelzstabes eine Düse zur Ausbildung des abfließenden Metallstrahls überflüssig wird. Das Durchmesserverhältnis von Abschmelzstab und Gießstrang kann so leicht auf 100 : 1 und mehr gesteigert werden. With inductive heating, there is the further advantage that due to the force of the electromagnetic alternating field liquid metal jet can be shaped and centered, thereby even with a large cross section of the melting rod Formation of the flowing metal jet is unnecessary. The Diameter ratio of the melting rod and casting strand can so can easily be increased to 100: 1 and more.

Zur Vermeidung der Bildung von oxidischen Zunderpartikeln, die das gleichmäßige Abfließen des aufgeschmolzenen Metalls behindern und die Reinheit des Gießprodukts beeinträchtigen, kann es zweckmäßig sein, den Prozeß unter einer Schutzgasatmosphäre, bestehend aus Argon, Helium, Stickstoff, gegebenenfalls unter Zusatz von Anteilen an Wasserstoff oder auch im Vakuum ablaufen zu lassen. Hierzu ist dann eine entsprechende Einhausung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlich. Gleichzeitig wird damit auch die Abreicherung von z. B. Seltenen Erden und anderen reaktiven Begleitelementen, wie sie beispielsweise bei Heizleiterlegierungen und Dentallegierungen üblich sind, unterbunden.To avoid the formation of oxidic scale particles that the hinder even flow of the molten metal and affect the purity of the cast product, it can be useful be the process under a protective gas atmosphere consisting of Argon, helium, nitrogen, optionally with the addition of proportions to run on hydrogen or in a vacuum. This is then a corresponding housing of the device according to the invention required. At the same time, the depletion of e.g. B. rare earths and other reactive accompanying elements such as for example with heat conductor alloys and dental alloys are prevented.

Die Dicke des erzeugten Drahtes ist abhängig von der Aufschmelzleistung bzw. der Zufuhrgeschwindigkeit des flüssigen Metalls und der Geschwindigkeit im Auftreffpunkt auf der sich mit mindestens gleicher Bahngeschwindigkeit bewegenden Gießscheibe. Die Auftreffgeschwindigkeit kann durch vertikale Abstandsveränderung der Gießscheibe und damit Veränderung der freien Fallhöhe des Metallstrahls leicht verändert werden, so daß in zweierlei Hinsicht der gewünschte Durchmesser des Drahtes eingestellt werden kann. So ist es auch möglich, im gleichen Profil der Gießscheibe eine größere Durchmesserspanne zu erzeugen. Es hängt lediglich von der jeweils erforderlichen Rundheit des Drahtes ab, wie genau in jedem Einzelfalle die Anpassung des kreisrunden oder auch elliptischen o. ä. Gießprofils erfolgen muß.The thickness of the wire produced depends on the melting capacity or the feed rate of the liquid metal and the speed at the point of impact on the at least Casting disc moving at the same path speed. The impact speed can be done by changing the vertical distance of the casting disc and thus change in the free fall height of the metal beam can be easily changed so that the desired in two ways Diameter of the wire can be adjusted. So it is possible, a larger diameter range in the same profile of the casting disc to create. It just depends on what is required Roundness of the wire, as in every individual case, the adjustment circular or elliptical or similar casting profile got to.

Es bestehen auch keine Schwierigkeiten, mehrere Gießprofile gleicher oder unterschiedlicher Abmessungen parallel nebeneinander auf der Gießscheibe anzuordnen.There are also no difficulties, multiple cast profiles of the same or different dimensions in parallel next to each other on the Arrange pouring disc.

Eventuell kann auch durch einen nachfolgenden Umformprozeß durch leichtes Nachziehen oder Walzen eine Korrektur des Gießquerschnitts des erzeugten Drahtes erfolgen. Das durch die rasche Erstarrung des Drahts im direkten Kontakt mit der Gießscheibe entstandene feinkörnige und homogene Gefüge erleichtert hierbei in bekannter und erwünschter Weise den Umformvorgang oder macht ihn überhaupt erst möglich.Possibly also through a subsequent forming process slight tightening or rolling to correct the casting cross-section of the wire produced. The rapid solidification of the Wires in direct contact with the casting disc and homogeneous structure makes it easier in known and desirable the forming process or makes it in the first place possible.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum direkten Gießen von Draht aus metallischen Werkstoffen mit einem Gießrad, welches mindestens eine dem Durchmesser des Drahtes angepaßte Umfangsnut aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Gießrades eine ein trichterförmiges elektromagnetisches Feld erzeugende Induktionsspulenanordnung aus einer oder mehreren Spulenschleifen angeordnet ist (elektromagnetische Düse).The inventive device for direct casting of wire metallic materials with a casting wheel, which at least one has the circumferential groove adapted to the diameter of the wire characterized in that a funnel-shaped one above the casting wheel Induction coil arrangement generating electromagnetic field is arranged from one or more coil loops (electromagnetic Jet).

Die elektromagnetische Düse entspricht einer Schwebeschmelze mit einem Loch im elektromagnetischen Feld zum kontinuierlichen Abfließen der Schmelze unter ständiger Zufuhr von Vormaterial.The electromagnetic nozzle corresponds to a floating melt a hole in the electromagnetic field for continuous drainage the melt with constant supply of primary material.

Die Kraftwirkung eines elektromagnetischen Feldes gemäß der Erfindung ermöglicht durch die getrennte Einstellbarkeit von Heizleistung und Kraftwirkung den Kontakt Schmelze/Feuerfest zumindest im engsten Düsenquerschnitt, bevorzugt aber in der gesamten Düse, zu vermeiden.The force effect of an electromagnetic field according to the invention made possible by the separate adjustability of heating power and Force effect the melt / refractory contact at least in the narrowest Avoid nozzle cross-section, but preferably in the entire nozzle.

Der innere Flankenwinkel beeinflußt den Feldlinienverlauf in der Düse. Je nach Vormaterialgeometrie, gewünschter Gießgeschwindigkeit und Halbzeugabmessungen sind Flankenwinkel von 0 . . . 90° günstig. Der bevorzugte Flankenwinkelbereich von 10 bis 30° ist günstig für das Vergießen von Stählen mit Vormaterialdurchmesser von 50 mm rund auf ca. 3 mm rund. Der aufgeschmolzene Bereich des Vormaterials hat dabei nur eine geringe, kegelförmige Ausbildung (Kegelgrundkreisradius 25 mm, Kegelhöhe ca. 15 mm) und verursacht nur eine geringe Wärmeabstrahlung von ca. 3 kW. Die notwendige Heizleistung beträgt bei 2,4 mm/s Vormaterialzufuhrgeschwindigkeit 44 kW. Die Gießgeschwindigkeit des Drahthalbzeuges liegt bei 0,7 m/s. The inner flank angle influences the field line in the Jet. Depending on the raw material geometry, desired casting speed and semi-finished product dimensions are flank angles of 0. . . 90 ° cheap. The preferred flank angle range from 10 to 30 ° is favorable for the casting of steel with a raw material diameter of 50 mm round to about 3 mm round. The melted area of the primary material has only a small, conical shape (cone base circle radius 25 mm, cone height approx. 15 mm) and causes only a small one Heat radiation of approx. 3 kW. The heating power required is at 2.4 mm / s raw material feed speed 44 kW. The casting speed of the wire semi-finished product is 0.7 m / s.

Der Verlauf der Feldlinien kann durch das Verschieben eines Kurzschlußrings verändert werden.The course of the field lines can be moved by moving a short-circuit ring to be changed.

Die Frequenz des Wechselstromes in der erfindungsgemäßen Induktionsspulenanordnung stellt sich als Resonanzfrequenz des Parallel- bzw. Reihenschwingkreises mit oder ohne Übertrager ein. Die Frequenzwahl beeinflußt das Verhältnis von Heizleistung zu Kraftwirkung. Tiefere Frequenzen ergeben im Prinzip eine größere Kraftwirkung auf die Schmelze und ermöglichen einen größeren Abstand zwischen der Spulenanordnung und der Schmelze. Eine nennenswerte Kraftwirkung auf den Gießstrahl erfolgt nur, solange die Gießstrahlabmessungen größer sind als die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes. Die restliche Querschnittsabnahme erfolgt aufgrund der Fallbeschleunigung. Der zum Guß von z. B. 1 mm ⌀ Draht aus festem 50 mm ⌀ Vormaterial, aus z. B. der Qualität 1.4841 oder auch 1.4767 mit 5 bis 10% Aluminium und 0,02 Cer oder 0,1 Titan und Zirkonium, bevorzugter Frequenzbereich liegt bei 100 bis 200 kHz.The frequency of the alternating current in the induction coil arrangement according to the invention is the resonance frequency of the parallel or Series resonant circuit with or without transformer. The frequency choice affects the ratio of heating power to force. Deeper In principle, frequencies result in a greater force effect on the Melt and allow a greater distance between the coil assembly and the melt. A significant force effect on the Pouring jet only takes place as long as the pouring jet dimensions are larger are as the penetration depth of the electromagnetic field. The the remaining cross-sectional decrease is due to the acceleration of gravity. The cast of z. B. 1 mm ⌀ wire made of solid 50 mm ⌀ material, from z. B. the quality 1.4841 or 1.4767 with 5 to 10% aluminum and 0.02 cerium or 0.1 titanium and zirconium, preferred frequency range is 100 to 200 kHz.

Die Frequenzregelung in einem Schwingkreis erfolgt erfindungsgemäß über die Veränderung der Kapazität und/oder Induktivität, wobei auch Streuinduktivitäten ausgenutzt werden können. Besonders einfach ist die Veränderung der Induktivität in Schwingkreisen ohne Übertrager. Der Induktorstrom wird gemäß Fig. 1 in den Zuleitungen über einen mit einer verschiebbaren Kurzschlußbrücke verstellbaren Umweg geführt, der eine zusätzliche Induktivität darstellt. Hat die zusätzliche Induktivität den dreifachen Wert der restlichen Induktivität als Maximalwert, so kann die Mittelfrequenz um ±33% durch das Verschieben der Kurzschlußbrücke verändert werden. Die schnelle Veränderung der Frequenz ermöglicht das Verhältnis von Heizleistung zu Kraftwirkung schnell zu verändern, was Voraussetzung dafür ist, ein Halbzeug mit konstanten Querschnittsabmessungen herzustellen und definierte Schmelzüberhitzungen einzustellen. The frequency control in a resonant circuit is carried out according to the invention by changing the capacitance and / or inductance, leakage inductances also being able to be used. It is particularly easy to change the inductance in resonant circuits without a transformer. According to FIG. 1, the inductor current is conducted in the feed lines via a detour which can be adjusted with a displaceable short-circuit bridge and which represents an additional inductance. If the additional inductance has three times the value of the remaining inductance as the maximum value, the center frequency can be changed by ± 33% by moving the short-circuit bridge. The rapid change in frequency enables the ratio of heating power to force to be changed quickly, which is a prerequisite for producing a semi-finished product with constant cross-sectional dimensions and setting defined melt overheating.

Der die elektromagnetische Düse verlassende Schmelzstrahl soll über die gesamte Gießdauer eine vorgegebene Temperatur und einen konstanten Querschnitt haben. Um dies zu erreichen, werden die unabhängigen Größen "Spannung" (beim Reihenschwingkreis "Strom") und "Frequenz" im Schwingkreis sowie die Vormaterialzufuhr geregelt. Die notwendige Heizleistung stellt sich gemäß der eingestellten Spannung, Frequenz und Vormaterialzufuhr als abhängige Größe ein. Die Regelung kann z. B. nach dem folgenden Schema durchgeführt werden:The melt jet leaving the electromagnetic nozzle is said to be over the entire casting time a predetermined temperature and a constant Cross section. To achieve this, the independent Variables "voltage" (in the series resonant circuit "current") and "frequency" regulated in the resonant circuit as well as the feed material. The necessary Heating power is set according to the set voltage, frequency and input stock as a dependent size. The scheme can e.g. B. can be carried out according to the following scheme:

Zur Messung der Strahldicke kommt bevorzugt eine Thermokamera mit Diodenzeilenauswertung oder ein Laserscanner und zur Messung der Schmelztemperatur ein Pyrometer in Frage.A thermal camera is preferably used to measure the beam thickness Diode line evaluation or a laser scanner and for measuring the Melting temperature a pyrometer in question.

Die Drahtherstellung kann mit der elektromagnetischen Düse sowohl mit flüssigem als auch mit festem Vormaterial durchgeführt werden. Beim festen Vormaterial liefert die elektromagnetische Düse auch die notwendige Heizleistung für das Abschmelzen des Vormaterialstabes, wobei zur Vergleichmäßigung des Abschmelzens das Vormaterial in der Regel gedreht wird. Die Vormaterialzufuhrgeschwindigkeit sollte so groß gewählt werden, daß sich die Temperatur des Vormaterials beim Eintritt in den Düsenbereich nicht mit der Betriebsdauer erhöht. Je nach zu vergießendem Werkstoff und Abmessungen ergeben sich Vormaterialgeschwindigkeiten von 0,1 bis 100 mm/s. Die die Düse umgebende Atmosphäre ist einstellbar (Luft, Schutzgas oder Vakuum), weil die Ausbildung des Schmelzstrahls von den Eigenschaften der Schmelzenoberfläche wie Oberflächenspannung, Oxidschichten und Wärmeübergang abhängt.Wire production can be done with both the electromagnetic nozzle can be carried out with both liquid and solid primary material. The electromagnetic nozzle also delivers solid material the heating power required to melt the raw material rod, where the starting material in the Rule is rotated. The stock feed speed should be like this be chosen large that the temperature of the primary material at Entry into the nozzle area does not increase with the operating time. Each prematerial speeds depend on the material to be cast and the dimensions from 0.1 to 100 mm / s. The one surrounding the nozzle The atmosphere is adjustable (air, protective gas or vacuum) because the Formation of the melt jet from the properties of the melt surface such as surface tension, oxide layers and heat transfer depends.

In der elektromagnetischen Düse erfolgt die erfindungsgemäße Umformung der Schmelze auf Endkonturnähe. Zur ausreichenden Ankopplung des elektromagnetischen Feldes an das Vormaterial ist der Eingangsbereich der Induktionsspulenanordnung geometrisch ähnlich dem Vormaterialquerschnitt ausgebildet. Zur konkreten Formgebung der Schmelze ist der Ausgangsbereich der Düse dem Halbzeugquerschnitt geometrisch ähnlich ausgebildet. Bei vorgegebener Düsengeometrie bestimmt die Anzahl und das Querschnittsprofil der Spulenschleifen die Abstimmung des Schwingkreises (bei Übertragerschwingkreisen: Anpassung an den Schwingkreis) und die Ankopplung an das Vormaterial. Das Verhältnis von Kraftwirkung zu Heizleistung der Induktionsspulenanordnung wird mit steigender Windungszahl zugunsten der Kraftwirkung verschoben und ermöglicht so stärkere Querschnittabnahmen. Die für dieses Verfahren günstigen Windungszahlen liegen im Bereich 1 bis 10.The shaping according to the invention takes place in the electromagnetic nozzle the melt close to the final contour. For sufficient coupling of the electromagnetic field to the primary material is the entrance area the induction coil arrangement geometrically similar to that Material cross-section formed. On the concrete shape of the Melt is the exit area of the die cross section geometrically similar. With a given nozzle geometry determines the number and cross-sectional profile of the coil loops the tuning of the resonant circuit (for transformer resonant circuits: Adaptation to the resonant circuit) and the coupling to the primary material. The ratio of force effect to heating power of the induction coil arrangement becomes with increasing number of turns in favor of the force effect shifted and thus enables stronger cross-sectional decreases. The for this process favorable number of turns are in the range 1 until 10.

Die induktive Kraftwirkung im elektromagnetischen Feld ist immer senkrecht zu den Feldlinien gerichtet. Der trichterförmige Feldlinienverlauf bewirkt, daß gleichzeitig tragende und einschnürende Kraftkomponenten vorhanden sind und stellt damit den Düsencharakter der Induktionsspulenanordnung sicher.The inductive force in the electromagnetic field is always directed perpendicular to the field lines. The funnel-shaped field line causes both supporting and constricting Power components are present and thus represents the character of the nozzle the induction coil arrangement safely.

Die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der zwischen der Induktionsspulenanordnung und dem Schmelzstrahl eine Abschirmung aus Feuerfestmaterial oder wassergekühlten Kupferelementen als Schutz gegen Wärmestrahlung und Spritzern angeordnet ist, verhindert, daß die Schmelze, Spritzer oder Tropfen die Induktionsspule erreichen und zu einem Abschalten der elektrischen Anlage führen. Sie vermindert weiterhin eine übermäßige Wärmeabfuhr durch die wassergekühlten Spulenschleifen. Zum Abfangen der Schmelze und als Spritzer- oder Tropfenschutz können auch wassergekühlte Kupfersegmente zwischen Induktionsspulenanordnung und Schmelze eingefügt werden, die gleichzeitig analog dem kalten Schmelztiegel eine formende Wirkung auf die Schmelze ausüben.The execution of the device according to the invention, in which between shielding the induction coil arrangement and the melt jet made of refractory material or water-cooled copper elements as Protection against heat radiation and splashes is arranged, prevents that the melt, splashes or drops of the induction coil reach and switch off the electrical system. It further reduces excessive heat dissipation through the water-cooled coil loops. To trap the melt and as Splash or drop protection can also be used for water-cooled copper segments inserted between the induction coil arrangement and the melt, which at the same time, like the cold crucible, has a shaping effect Have an effect on the melt.

Eine zweite Induktionsspule gemäß Anspruch 9 kann dazu benutzt werden, den Schmelzstrahlenquerschnitt weiter zu reduzieren und/oder aufzuheizen. Es werden dabei in der Regel höhere Frequenzen als in der Düse benutzt (200 bis 1000 kHz). Zusätzlich wirkt ein elektromagnetisches Feld stabilisierend auf eine fallende Metallschmelze und erhöht dadurch die Abreißlänge. Zusätzlich zur stabilisierenden Wirkung läßt sich mit einem DC- oder Permanentmagnetfeld auch eine Beruhigung des Schmelzstrahls erreichen. Die Erhöhung der Abreißlänge ermöglicht, schneller und dünner zu gießen. Die Beruhigung des Schmelzstrahls erhöht die Oberflächenqualität des Halbzeugs.A second induction coil according to claim 9 can be used for this are to further reduce the melt beam cross-section and / or to heat up. As a rule, higher frequencies than in the nozzle (200 to 1000 kHz). In addition, an electromagnetic one works Stabilizing field on a falling molten metal and this increases the tear-off length. In addition to the stabilizing An effect can also be achieved with a DC or permanent magnetic field Achieve calming of the melt stream. The increase in the tear-off length allows to pour faster and thinner. The reassurance of the Melt jet increases the surface quality of the semi-finished product.

Die Ausführung gemäß Anspruch 10 bewirkt, daß der sonst beim Ein- Walzen-Verfahren auftretende Schmelz-"puddle" unterdrückt wird und das entstehende Halbzeug gleichmäßigere Querschnittsabmessungen aufweist.The embodiment according to claim 10 has the effect that the otherwise Rolling process occurring melting "puddle" is suppressed and the resulting semi-finished product has more uniform cross-sectional dimensions having.

Die Ausführung gemäß Anspruch 11 ermöglicht, Kräfte in Laufrichtung der kühlenden Unterlage in der flüssigen Schmelze zu erzeugen.The embodiment according to claim 11 enables forces in the direction of travel to produce the cooling base in a liquid melt.

Die Ausführung gemäß Anspruch 12 ermöglicht, die Gießgeschwindigkeit und Halbzeugabmessung während des Gießvorgangs definiert zu verändern.The embodiment according to claim 12 enables the casting speed and to change the size of the semi-finished product during the casting process.

Die Ausführung gemäß Anspruch 13 stellt sicher, daß die Schmelze aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Kupfers oder der Kupferbasislegierung während der Kontaktzeit mit der Kokille ausreichend durcherstarrt. The embodiment according to claim 13 ensures that the melt due to the high thermal conductivity of copper or copper-based alloy sufficient during the contact time with the mold stiff.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt den bereits erwähnten Anschluß einer Kurzschlußbrücke, Fig. 1 shows the already mentioned connection of a jumper,

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Gießvorrichtung, Fig. 2 shows a side view of the casting apparatus,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt der Gießscheibe, Fig. 3 is a partial cross section of the casting wheel,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Gießscheibe mit dauermagnetischer Strahlablenkung und Fig. 4 is a side view of the casting disc with permanent magnetic beam deflection and

Fig. 5 zeigt den Querschnitt einer anderen dauermagnetischen Strahlablenkung, Fig. 5 shows the cross-section of another permanently magnetic beam deflection,

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführung einer Gießvorrichtung in Seitenansicht, Fig. 6 shows another embodiment of a casting apparatus in side view,

Fig. 7 zeigt eine elektromagnetische Düse zum Abscheiden eines Schmelzstrahls von einem Vormaterialstab, Fig. 7 shows an electromagnetic nozzle for depositing a molten jet by a Vormaterialstab,

Fig. 8 zeigt eine elektromagnetische Düsenanordnung mit permanent- magnetischer Beruhigung des Strahls in teilweise geschnittener Ansicht. Fig. 8 shows an electromagnetic nozzle assembly with permanent-magnetic calming of the beam in a partially sectioned view.

Bei der Drahtgießvorrichtung gemäß Fig. 2 wird zunderfreies, überdrehtes Vormaterial in Form eines Abschmelzstabes 1 von 50 bis 100 mm ⌀ und mehreren Metern Länge vertikal einer Induktionsspule 2 mit geregelter Geschwindigkeit zugeführt und abgeschmolzen. Die regelbare Frequenz und die davon unabhängig ebenfalls regelbare Leistung des HF-Generators ermöglichen, die Aufschmelzmenge schnell zu regeln und die über den sich ausbildenden Abschmelzkegel abfließende Schmelze gegen das Vormaterial zu drücken und am unteren Ende zu einem dünnen, flüssigen Strahl 3 ohne Tropfenbildung zu formen. Der durch die Schwerkraft beschleunigt nach unten abfließende Strahl schnürt sich ein und trifft, bevor er in Tropfen abreißt, auf das Gießprofil 4 der Gießscheibe 5. Eine Drehung des Abschmelzstabes um seine Längsachse erhöht die Gleichmäßigkeit des Abfließens. In the Drahtgießvorrichtung FIG. 2 is a Abschmelzstabes 1 of 50 to 100 mm ⌀ and several meters in length fed vertically scale-free, over-down starting material in the form of an induction coil 2 at a controlled rate and melted. The controllable frequency and the independently adjustable power of the HF generator make it possible to regulate the melting rate quickly and to press the melt flowing out via the melting cone that forms against the primary material and to form a thin, liquid jet 3 at the lower end without droplet formation . The jet flowing downward, accelerated by gravity, constricts and strikes the casting profile 4 of the casting disc 5 before it breaks off in drops. Rotation of the melting rod around its longitudinal axis increases the uniformity of the flow.

Bei 10 cm Abstand des Auftreffpunktes vom Ausgangspunkt des Gießstrahls beträgt die Geschwindigkeit rund 1,4 m/s. Dies ist auch die erforderliche Mindestgeschwindigkeit der gekühlten Gießscheibe, die hierfür rund 1 Umdrehung/s ausführen muß, wenn ihr Durchmesser beispielsweise 500 mm ⌀ beträgt. Unter dem Einfluß der Grenzflächenspannung und der spontan beginnenden Erstarrung bildet sich im Gießprofil ein nahezu kreisförmiges Profil des erstarrenden Drahtes aus, wie es Fig. 3 schematisch darstellt.At a distance of 10 cm from the point of impact to the starting point of the pouring jet, the speed is around 1.4 m / s. This is also the required minimum speed of the cooled casting disc, which must do this for around 1 revolution / s if its diameter is 500 mm beispielsweise, for example. Under the influence of the interfacial tension and the spontaneously starting solidification, an almost circular profile of the solidifying wire forms in the casting profile, as shown schematically in FIG. 3.

Wird die Abschmelzgeschwindigkeit auf 30 kg/h eingestellt, beträgt der mittlere Durchmesser rund 1 mm, und es werden rund 5000 m/h Draht produziert.If the melting rate is set to 30 kg / h, the average diameter is around 1 mm and there will be around 5000 m / h of wire produced.

Reicht bei dickeren Drahtquerschnitten die Verweildauer im Gießhohl, die im Beispiel bei einer senkrechten Abförderung des Drahtes nach unten rund 0,2 s beträgt, nicht aus, eine hinlängliche Abkühlung des Drahtes zu ermöglichen, läßt sich durch eine geeignete Anordnung von Treibrollen eine Vergrößerung des Umschlingungswinkels erreichen.If the wire cross-section is thick enough for thick wire cross-sections, that in the example with a vertical removal of the wire below is about 0.2 s, not sufficient, sufficient cooling of the A suitable arrangement of Driving rollers increase the wrap angle.

Der Kurzschlußring 10 oberhalb der Induktionsspule 2 führt in seiner Umgebung zu einer Schwächung des Magnetfeldes und zu einem horizontalen Feldverlauf. Dies bewirkt eine verstärkte magnetische Tragkraft, welche den Schmelzstrahl 3 stabilisiert.The short-circuit ring 10 above the induction coil 2 leads to a weakening of the magnetic field in its surroundings and to a horizontal field course. This results in an increased magnetic load capacity, which stabilizes the melt jet 3 .

Innerhalb des unmagnetischen Mantels der Gießscheibe 5 ist gemäß Fig. 4 ein Rad 6 angeordnet, das mit radial magnetisierten Permanentmagneten 7 (z. B. AlNiCo, SmCo, NdFeB) besetzt ist. Das Magnetfeld der Permanentmagneten 7 durchdringt den Mantel der Gießscheibe 5 und kann auf die Schmelze einwirken. Das innere Rad 6 läuft vorzugsweise gleichschnell oder schneller als die Gießscheibe 5. Der Schmelzstrahl 3 wird dann bereits vor dem Erreichen der Gießscheibe 5 durch die Kraftwirkung des ihm gegenüber bewegten Magnetfeldes horizontal beschleunigt. Dadurch wird die Schmelze beim Ablegen des Schmelzfadens stabilisiert, und es wird eine höhere Gießgeschwindigkeit erreicht. According to FIG. 4, a wheel 6 is arranged within the non-magnetic shell of the casting disc 5 , which wheel is equipped with radially magnetized permanent magnets 7 (for example AlNiCo, SmCo, NdFeB). The magnetic field of the permanent magnets 7 penetrates the jacket of the casting disc 5 and can act on the melt. The inner wheel 6 preferably runs at the same speed or faster than the casting disc 5 . The melt jet 3 is then accelerated horizontally even before reaching the casting disc 5 by the force of the magnetic field moving relative to it. As a result, the melt is stabilized when the filament is deposited, and a higher casting speed is achieved.

Zur Verlängerung der Kontaktzeit der Schmelze mit der Gießscheibe kann der Schmelzfaden auch unterhalb der höchsten Stelle 8 der Gießscheibe 5 abgelegt werden. Das mitlaufende Magnetfeld kann auch außerhalb der Gießscheibe 5 erzeugt werden (Fig. 5), z. B. durch zwei magnetbesetzte Räder 6 zu beiden Seiten der Gießscheibe 5.To extend the contact time of the melt with the casting disc, the melting thread can also be deposited below the highest point 8 of the casting disc 5 . The moving magnetic field can also be generated outside the casting disc 5 ( FIG. 5), e.g. B. by two magnetized wheels 6 on both sides of the casting disc 5th

Ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung von Draht mit 3 mm Durchmesser aus dem Werkstoff St 60 zeigt Fig. 6. Die 1 m lange Elektrode 1 mit einem Durchmesser von 50 mm wird für den kontinuierlichen Betrieb mit einer Schraubverbindung 11 aufeinandergereiht.An exemplary embodiment for the production of wire with a 3 mm diameter from the material St 60 is shown in FIG. 6. The 1 m long electrode 1 with a diameter of 50 mm is lined up with a screw connection 11 for continuous operation.

Die Vorschubrollen 12 führen die Vormatrialstäbe mit der Geschwindigkeit 1,25 mm/s auf die Induktionsspule 2 zu. Der entstehende Schmelzstrahl 3 mit ca. 3,2 mm Durchmesser wird ca. 30 mm unterhalb der Induktionsspule 2 mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,31 m/s auf der Gießscheibe 5 abgelegt. Durch den Abstreifer 13 wird der Draht 14 von der Gießscheibe 5 abgehoben und nach dem Ausführen aus der Einhausung 15 zu einer Spule 16 aufgehaspelt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Kühlwalze beträgt 0,35 m/s. Der entstehende Draht 14 hat einen Durchmesser von 3 mm. Die Vergießzeit für einen Abschmelzstab 1 von ca. 15 kg beträgt ca. 13 min. Daraus ergeben sich ca. 280 m Draht. Die Gießleistung beträgt damit ca. 1,2 kg/min, die elektrische Leistungsaufnahme für das Gesamtsystem ca. 80 kW.The feed rollers 12 feed the pre-material rods onto the induction coil 2 at a speed of 1.25 mm / s. The resulting melt jet 3 with a diameter of approximately 3.2 mm is deposited on the casting disc 5 approximately 30 mm below the induction coil 2 at a speed of approximately 0.31 m / s. The wire 14 is lifted off the casting disc 5 by the stripper 13 and, after being carried out from the housing 15, is wound up into a coil 16 . The peripheral speed of the chill roll is 0.35 m / s. The resulting wire 14 has a diameter of 3 mm. The casting time for a melting rod 1 of approx. 15 kg is approx. 13 min. This results in approx. 280 m of wire. The casting output is approx. 1.2 kg / min, the electrical power consumption for the entire system is approx. 80 kW.

Die elektromagnetische Düse ist in Fig. 7 gezeigt. Sie besteht aus zwei Spulen 2 (wassergekühltes Kupferprofil 8×16 mm²), die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Innendurchmesser der Spulen 2 betragen 38 und 60 mm. Die kleinere Spule 2 ist um 10 mm nach unten versetzt. Die Leerlaufinduktivität beträgt 0,27 µH. Die Düse ist Bestandteil eines Schwingkreises mit einer Kapazität von 10,200 µF. Die Leerlauffrequenz liegt bei 96 kHz. Die Düse wird mit einer Spannung von 450 V betrieben. Die Frequenz im Schwingkreis steigt im Betrieb durch die Feldverdrängung des Abschmelzstabes 1 und des Schmelzstrahls 3 auf 100 kHz (I = 1880 A), was einer Arbeitsinduktivität von 0,25 µH entspricht. Der entstehende Schmelzstrahl 3 hat eine geschlossene Länge von ca. 40 mm und einen kleinsten Durchmesser von ca. 3 mm. Die Gesamtleistungsaufnahme des Schwingkreises beträgt 77 kW. Dabei entfallen auf das Vormaterial und die Schmelze 28 kW Heizleistung.The electromagnetic nozzle is shown in FIG. 7. It consists of two coils 2 (water-cooled copper profile 8 × 16 mm²), which are electrically connected in series. The inner diameters of the coils 2 are 38 and 60 mm. The smaller coil 2 is offset by 10 mm downwards. The idle inductance is 0.27 µH. The nozzle is part of an oscillating circuit with a capacity of 10,200 µF. The idle frequency is 96 kHz. The nozzle is operated with a voltage of 450 V. During operation, the frequency in the resonant circuit rises to 100 kHz (I = 1880 A) due to the field displacement of the melting rod 1 and the melting beam 3 , which corresponds to a working inductance of 0.25 µH. The resulting melt jet 3 has a closed length of approximately 40 mm and a smallest diameter of approximately 3 mm. The total power consumption of the resonant circuit is 77 kW. The primary material and the melt account for 28 kW of heating power.

Eine Düse mit permanentmagnetischer Beruhigung zeigt Fig. 8. Der Abschmelzstab 1 wird auf die Induktionsspule 2 aus einem wassergekühlten Kupferprofil zugefahren. Der entstehende Schmelzstrahl 3 wird durch ein von Permanentmagneten 17 (Werkstoffe AlNiCo oder SmCo oder NdFeB) erzeugten Magnetfeld von ca. 1 T stabilisiert. Die Permanentmagnete 17 befinden sich jeweils in einem wassergekühlten Kupfergehäuse 18, welches elektrisch gegenüber der Induktionsspule 2 isoliert ist. Die Wandstärke ist größer als die zweifache Eindringtiefe des in der elektromagnetischen Düse erzeugten Wechselfeldes. Feuerfestmaterial 19 verhindert einen zu großenWärmeverlust des Schmelzstrahls 3.A nozzle with permanent magnetic calming is shown in FIG. 8. The melting rod 1 is moved towards the induction coil 2 from a water-cooled copper profile. The resulting melt jet 3 is stabilized by a magnetic field of approximately 1 T generated by permanent magnets 17 (AlNiCo or SmCo or NdFeB materials). The permanent magnets 17 are each located in a water-cooled copper housing 18 , which is electrically insulated from the induction coil 2 . The wall thickness is greater than twice the penetration depth of the alternating field generated in the electromagnetic nozzle. Refractory material 19 prevents excessive heat loss from the melt jet 3 .

Claims

1. A method for the direct casting of wire from metallic materials, characterized in that a melt jet formed by an electromagnetic field flows down in free fall onto a profiled casting disc and solidifies on it under the influence of the interfacial tension to form a wire.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Melt jet through inductive or conductive, Electron beam or laser beam melting down an im Diameter compared to the larger of the melt jet Rod is formed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Melt jet on an average diameter of the solidified wire of 0.1 to 3 mm is molded.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Melt jet to a diameter in the ratio of molded less than 1: 100 to the diameter of the rod becomes.

5. Device for the direct casting of wire from metallic materials with a casting wheel, which has at least one circumferential groove adapted to the diameter of the wire, characterized in that above the casting wheel ( 5 ) an induction coil arrangement generating a funnel-shaped electromagnetic field from one or more coil loops ( 2 ) is arranged.

6. The device according to claim 5, characterized in that the Flank angle of the induction coil arrangement 10 to 30 ° is.

7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that above and / or below the induction coil arrangement a short circuit ring ( 10 ) which is displaceable relative to it is arranged.

8. Apparatus according to claim 5, 6 or 7, characterized in that a shield ( 19 ) made of refractory material or water-cooled copper elements is arranged between the induction coil arrangement and the melt jet as protection against heat radiation and splashes.

9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that one below the induction coil arrangement Generating direct current or permanent magnetic field Induction coil is arranged.

10. The device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the Circumferential speed of the casting wheel equal to or up to Is 20% greater than the falling speed of the Melt jet when it hits the casting wheel.

11. The device according to one of claims 5 to 10, characterized in that above the casting wheel a permanent magnet arrangement rotating with it is provided which has an opening for the Melt jet forms and it in the circumferential direction of the Deflects casting wheel.

12. The device according to one of claims 5 to 11, characterized in that the Distance of the induction coil arrangement to the casting wheel is adjustable.

13. The device according to one of claims 5 to 12, characterized in that at least the outer shell of the casting wheel made of copper or a copper-based alloy.