DK147755B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af fibre ud fra en smelte af metal eller en smelte med egenskaber som en smelte af metal - Google Patents

Description

i 147755

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat til fremstilling af fibre og af den i indledningen til krav 1 henholdsvis krav 3 angivne art.

Den foreliggende opfindelse er en forbedring i forhold til 5 fremgangsmåden til fremstilling af fibre ifølge beskrivelsen til U.S.A. patent nr. 3.838.185. Ifølge dette skrift beskrives en fremgangsmåde til fremstilling af fibre, hvor et pladeformet, varmeekstraherende legeme roteres i overfladeområdet af et smelteflydende materiale i et bassin. Ved det på-10 gældende pladeformede legemes i det smelteflydende materiale neddykkende overflade sker en størkning af smelteflydende materiale til et fiberformet produkt såvel som dettes spontane frigørelse efter fiberdannelsen. Denne kendte teknik anviser også, at flere fremspring på skiven bringes i berøring med 15 smeltens overflade til dannelse af et antal fibre.

Ved denne kendte teknik kan der forekomme forstyrrelser i produktionsgangen på grund af de på smeltens overflade tilstedeværende urenheder, der skader fiberdannelsen.

Det er den foreliggende opfindelses formål at anvise en 20 fremgangsmåde, ved hvilken man ved fremstilling af fibre får en produktionsgang, der i høj grad er upåvirket af overfladeforureninger på smelten.

Dette formål tilgodeses ifølge den foreliggende opfindelse ved, at den indledningsvis omtalte fremgangsmåde er ejen-25 dommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

På grund af den stadige ændring af det roterende legemes neddykningssted undertrykkes i stor udstrækning den på smelteoverfladen ved et konstant neddykningssted iagttagede dannelse af en strømning, ved hvilken overfladeforureninger, 30 f.eks. slagger, fortrinsvis trækkes til det roterende legemes neddykningssted i smelten. Tværtimod fremkaldes en afbøjning eller en bortlednings- og rensningsvirkning på smel- 147755 2 teoverfladen, hvorved de uønskede overfladeforureninger fjernes fra fiberdannelses- og fiberudføringens område.

Ved hjælp af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er det muligt at fremstille fibre med en effek— 5 tiv diameter fra 15 til 400 ym direkte ud af smelten i Økonomisk brugbare mængder.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse kan benyttes til at danne fibre ud fra såvel metaller som ud fra sådanne ikke-metaller, der tæt ved deres smeltepunkt forholder 10 sig metalagtigt. Der skal henvises til, at fibre fremstillet ifølge fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse i-sær kan anvendes som forstærkningsfibre i materialesammensætninger. Den foreliggende opfindelse gør det muligt til fibre at anvende sådanne materialer, der hidtil ikke på øko-15 nomisk måde kunne omformes til fibre.

Ved at cylinderen med gevindskårne ribber roterer med en neddykningsdybde, der er mindre end dybden af gevindet, kan man ved en forholdsvis lille mekanisk indsats ændre det roterende legemes neddykningssted.

20 Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse kan med særlig stor fordel anvendes til den kontinuerlige støbning af tin—, aluminium- eller jernfibre.

Anvendelsen af en sådan cylinder medfører den fordel, at det i forbindelse med fremgangsmåden ifølge den foreliggen-25 de opfindelse benyttede apparat under den egentlige produktionsgang kan anbringes stationært i forhold til smelten, medens cylinderens rotation derimod til stadighed medfører en ændring af neddykningsstedet for gevindvindingerne.

Ved hjælp af den foreliggende opfindelse kan der fremstil-30 les fibre, der er indtil lige så lange som totallængden af en gevindgænge, der strækker sig fra den roterende cylin- 3 147755 ders ene ende til den overfor liggende ende. Ved fremstilling af fibre med forholdsvis lille diameter (mindre end 100 ym) er den maksimale fiberlængde mindre end den totale længde for gevindgængen. Det blev fastslået, at man får en fiber 5 på mellem ca. 1 cm og 30 cm uden særlige forholdsregler for indstilling af fiberlængden.

Ved at cylinderen og dermed dennes ydre rande eller kanter, f.eks. gevindvindingerne, er af metal, sikres den effektive varmebortledning og på denne måde forekommer der ikke nogen 10 varmeophobning mellem gevindvindingerne og selve cylinderen, hvilket kunne føre til en afbrydelse af fiberdannelsen.

Man får en optimal fremstilling af fibre, når gevindene på cylinderen har en stigning mellem ca. 1,6 til 7,9 vindinger pr. cm. I en udførelsesform har gevindene en stigning på ca.

15 7 vindinger pr. cm, og overfladen er således beskaffen, at den højst har en aritmetisk middelværdi for ruheden (R i- α følge ISO R 468) på ca. 0,5 ym. I denne forbindelse har det endvidere vist sig fordelagtigt, når cylinderens bredde er større end 25 mm og dens diameter mellem 150 og 305 mm. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

En videre forøgelse af produktionshastigheden ved fremgangsmåden 2 ifølge den foreliggende opfindelse får man, når der som ge 3 vindskåren cylinder anvendes en sådan, som på forskellige 4 steder af sin frembringerflade har gevind med modsatte 5 stigningsretninger på en sådan måde, at det smelteflydende 6 materiale ved cylinderens rotation drives væk fra cylinder 7 fladens midterområde. På denne måde undgår man bevægelsen 8 af smeltens overfladeforureninger hen over det fiberdannen 9 de, varmebortledende legemes totale længde, således som det 10 kan være tilfældet med et legeme med gevindvindinger med 11 en enkelt stigningsretning.

4 147755

Et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 3 anførte. Denne udformning kan uden vanskeligheder på kendt måde maskinelt fremstilles på f.eks. drejebænk.

5 Ved f.eks. at give gevindet et trekantet tværsnit opnår man på enkel måde, at kun en skarp kant dykker ned i eller netop berører smeltens overflade til fremstilling af fibre. Ved den i krav 4 angivne udførelsesform sikrer man på enkel måde, at det smelteflydende materiale og eventuelle overfladeforureninger stadig 10 drives ud til begge sider.

Foretrukne udførelsesformer for et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse fremgår af nedenstående beskrivelse på grundlag af tegningen, hvor fig. 1 viser et tværsnit af et varmeekstraherende legeme 15 i form af en cylinder ved berøringspunktet af en smeltet overflade, og fig. 2 viser de varmeekstraherende cylindere, set forfra og med gevindstigningen af de skrueformede fremspring gående i to retninger.

20 Fig. 1 viser en udførelsesform for den foreliggende opfindelse, hvor en varmeekstraherende cylinder 30 roteres, medens det er i berøring med overfladen 15 af et smeltet materiale 10 i et bassin. Rotationsaksen for cylinderen 30 er parallel med det smeltede materiale 10's overflade i ligevægt. Cy-25 linderen 30 er i denne udformning karakteriseret ved tilstedeværelsen af et antal fremspring på dens overflade i form af maskingevind 31. Disse gevind er fremstillet på den del af cylinderen 30, hvor den krumme overflade har en konstant afstand fra omdrejningsaksen eller mere eksakt langs 30 eller på den ydre radiære overflade af cylinderen.

Den kendsgerning, at fremspringene 31 i berøring med over- 5 147755 fladen 15 af smelten 10 ikke blot er simple, cirkulære, koncentriske fremspring, men har en gevindstigning, medfører flere fordele og muliggør fremstilling af fibre med lille diameter i store mængder. Den første fordel er, at gevind-5 stigningen for fremspringet bevirker, at dannelsespunktet for fiberen forskydes hen over overfladen af det smeltede materiale. Dette reducerer virkningen af temperaturforskelle i smelten på størrelsen af det færdige fiberformede produkt, da intet fremspring kontinuerligt danner fibrene fra 10 det samme sted på smeltens overflade. Den anden fordel ligger i, at fremspringenes stigning tenderer til at feje urenheder hen over smeltens overflade. Når overfladeurenheder således fjernes fra cylinderens kant 12 ved smeltens overflade, vil fremspringene 31 danne fibre ud fra en kontinuer-15 lig ren smelteoverflade. Den kant, ved hvilken urenheder fjernes, er den, hvor omdrejningsretningen og retningen for gevindstigningen medfører en materialestrøm bort fra cylinderen 30's kant. I fig. 1 ville dette være området ved henvisningstallet 12 forudsat, at legemet 30 drejes i retning 20 af pilen, og at fremspringene 31 er almindelige højreskårne gevind. Den tredie fordel består i, at et maskinskruegevind er særdeles billigt at fremstille. Endvidere kan reparationer eller op-polering af de skrueformede fremspring udføres som en billig kontinuerlig proces, i stedet for at bearbejde et 25 antal af koncentriske fremspring individuelt.

Størrelsen for gevindstigningen synes ikke at være afgørende for fremgangsmåden ved normale gevindstigninger. Det største antal af gevind pr. cm frembringer imidlertid den største mængde fibre, men på et givet punkt, hvis frem-30 springene 31 kommer for tæt til hinanden, vil dannelsen af en fiber ved smelteoverfladen virke forstyrrende på dannelsen af den ved siden af liggende fiber. Dette punkt nås ganske klart, når afstanden mellem fremspringene er mindre end det dobbelte af bredden af den fremstillede fiber. På 35 den anden side, hvis stigningen er ekstremt stor, kunne det ventes, at tværkraften fremkaldt ved rotationen ville for- 6 147755 styrre fiberdannelsen, såvel som fremkalde turbulens på smeltens overflade. Medens det nedenfor anførte stigningsområde ikke begrænser de arbejdsmæssige grænser for opfindelsen, kan man fremstille fibre af god kvalitet i en foretrukken ud-5 førelsesform, når gevindstigningen ligger mellem 1 1/2 gevind pr. cm og 8 gevind pr. cm.

Ved omtalen af parametre for apparatet ved brug af termen stigning menes afstanden mellem to nabostillede gevindbunde (eller to ved siden af hinanden liggende gevindfremspring), 10 som ligger på forskellige dele af den samme skrueformede vej, der er givet af gevindbundene (eller fremspringene). Stigning beskrives nemmest ved at referere til antal gevind pr. cm.

Når der derfor henvises til stor stigning, betyder det få gevind pr. cm, og en lille stigning betyder mange gevind pr.cm.

15 Da den billigste fremgangsmåde til fremstilling af gevind på den ydre radiære overflade af en cylinder, hvor fremspringene tælles ud fra et plan vinkelret på symmetriaksen, er fremstilling af kendte maskingevind, benyttes denne udførelsesform fortrinsvis. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Den foreliggende fremgangsmåde kan kun fungere, når fremspring 2 ene 31 har en neddykningsdybde under overfladen 15 af smel 3 ten, som er mindre end bunddybden for de skrueformede ge 4 vind. Den nøjagtige neddykningsdybde ville være meget van 5 skelig at måle; ud fra omhyggelig iagttagelse af produk- 6 tionsgangen er det imidlertid klart, at fremspringene kun 7 berører overfladen af smelten med en neddykningsdybde, som 8 man antager ikke overstiger 250 ym. Det bemærkes, at under 9 visse betingelser kan bevægelsen af cylinderen 30 eller sy 10 stemets vibration give nogen turbulens på overfladen. Den 11 foreliggende opfindelse kan fungere med fremspring 31 over ligevægtsstillingen for fladen 15 af smelten under brug af overfladeturbulensen til at fremkalde kortvarig materiel 7 147755 kontakt med fremspringene 31 og derved frembringe korte fiberlængder.

Ved produktion ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse med en så stor omdrejningshastighed for den ge-5 vindskårne cylinder, at de gevindskårne fremsprings omkreds hastighed er over 9 m/sek. i forhold til smelten, frembringer midterdelen 13 af cylinderen 30 en større fibermængde end cylinderens kantdele.

I en foretrukken udførelsesform for den foreliggende opfin-10 delse har den roterende cylinder 30 en bredde på over 25 mm.

Rotationen af cylinderen 30 ved store hastigheder fremkalder en vis luftstrøm parallel med omdrejningsretningen i nærheden af fremspringene 31. Denne luftstrøm kan fremkalde for-15 styrrelser på overfladen af det smeltede materiale, som, i samvirke med den normale neddykningsdybde for fremspringene 31, medvirker til, at bunddybden for gevindet overskrides, hvorved fiberdannelsen kortvarigt afbrydes. Et organ til at afbøje denne fremkaldte luftstrøm ved det punkt, hvor frem-20 springene 31 roterer ind i berøring med smeltens overflade, vil mindske dette problem, når det opstår.

Det har vist sig, at diameteren for cylinderen 30 ikke har nogen afgørende indflydelse på fremgangsmåden, og cylinderens diameter kan ligge mellem 12 og 76 cm, uden dog at disse grænser ubetinget afgrænser de eneste driftssikre 25 udførelsesformer. Hvor man ønsker store omkredshastigheder for fremspringene 31 ved smeltens overflade, er cylinderdiameteren 30 imidlertid ikke lille, da man i så fald skal bruge så store omdrejningshastigheder, som er vanskelige at opnå.

En foretrukken udførelsesform for den foreliggende opfindelse 30 angiver en diameter fra ca. 12 til 30 cm.

8 147755

Den foreliggende opfindelse er ganske naturligt begrænset til fremstilling af afbrudte fiberlængder. Teoretisk ville den Isengste producerbare fiber være lige så lang som den totale skruelinielængde for fremspringene 31 på cylinderen. En 5 sådan fiber fremstilles normalt ved en relativ langsom hastighed (f.eks. fra 1 til 9 m/sek.). Ved brug af fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved større hastigheder (større end 9 m/sek.) fremstilles fiberen normalt i tilfældige længder fra ca. 12 til 300 mm.

10 Hvis det ønskes at fremstille kontrollerede fiberlængder, vil afbrydelser eller hak på yderkanten af fremspringene afbryde fiberdannelsen og derved frembringe fibre med en længde lig med afstanden mellem hakkene. Disses nøjagtige form synes ikke at være af væsentlig betydning, og afbrydelser i form af 15 en halvcirkel med en dybde, der er større end neddykningsdybden, er blevet benyttet med held.

Gevindvindingerne har som nævnt et trekantet tværsnit og er spiralformede, specielt skrueformede, da disse former er lette at fremstille ved kendte metoder. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Fig. 2 viser en anden udførelsesform for opfindelsen, hvor 2 en varmeekstraherende cylinder 30' på sin ydre radiale over 3 flade har særskilte segmenter 16 og 17 med henholdsvis 4 venstre- og højreskåret maskingevind 31. Hvis en sådan cylin 5 der 30' anbringes i samme forhold til smelten som cylinderen 6 30, vist i fig. 1, med områderne 16 og 17 i berøring med over 7 fladen 15 af smelten 10 og roterende i den samme retning som 8 vist for cylinderen 30, vil den tværgående strømning frem 9 kaldt af stigningen af fremspringet 31 feje smelteoverfladen 10 fra den midterste del 18 hen imod kanten af cylinderen 30'.

11

Dette forhindrer, at overfladeurenheder fra en kant bevæger 12 sig hen over hele området for fiberdannelsen, som det er 13 tilfældet, når legemet 30 har en enkelt stigningsretning.

9 147755

Qmdrejningshastigheden for cylinderen 30 og dermed fremspringenes omkredshastighed ved berøring af smeltens overflade er afhængig af tykkelsen af den fiber, der skal fremstilles, og af stigningen af fremspringene i berøring med 5 smelten. I almindelighed gælder, at jo tykkere fiber, der skal fremstilles, desto langsommere omdrejningshastighed, desto større neddykningsdybde og desto større adskillelse er nødvendig mellem fremspringene i berøring med smeltens overflade.

10 Til fremstilling af fibre med en effektiv diameter på mindre end 100 ym har man fundet, at omdrejningshastigheden må frembringe en lineær hastighed for fremspringene ved smelteoverfladen på over 9 m/sek..

Den foreliggende fremgangsmåde er begrænset med hensyn til 15 størrelsen af de fibre, som kan fremstilles. Den relativt lille afstand mellem fremspringene nødvendiggør en mindst mulig neddykning under smeltens overflade i ligevægtstilstanden for at undgå kraftig turbulens og materialestrøm vinkelret på omdrejningsaksen. Den minimale neddykning begræn-20 ser derved fremspringenes berøringsareal med smeltens over flade, og der kan følgelig kun dannes fine fibre ved hjælp af den foreliggende opfindelse. Som ovenfor nævnt fremstilles den maksimale størrelse ved lave omdrejningshastigheder med en praktisk øvre grænse for fiberstørrelser med en effektiv 25 diameter på 1500 ym. Den foreliggende opfindelse er især velegnet til fremstilling af fibre med en effektiv diameter mindre end 100 ym. Ved effektiv diameter forstås, at den ikke-cirkulære fiber har et tværsnitsareal lig med et cirkulært tværsnitsareal for en fiber med den pågældende diame-30 ter uafhængig af bredden og tykkelsen af den ikke-cirkulære fiber.

Det område af fremspringene, son er i berøring med det smeltede materiale, har en overflade, der er således beskaffen, at den højst har en aritmetisk middelværdi for ruheden (R ifølge ISO R 468)

Ci 1 på ca. 1,3 ym. Denne foretrukne overfladefinish kan frem- 147758 10 bringes på et kobberlegeme ved hjælp af et fint slibepapir.

Den foreliggende fremgangsmåde har vist sig hensigtsmæssig til fremstilling af metalfibre/ jf. nedenstående eksempler, men fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan ikke blot bruges til 5 metaller. Den kan fungere med ethvert materiale, der i smeltet tilstand ved temperaturer, der er rimeligt tæt ved smeltepunktet, har egenskaber svarende til egenskaberne for smeltede metaller. I beskrivelsen til U.S.A. patent nr. 3.838.185 opstilles specielt de egenskaber, der benyttes til at bestem-10 me materialets anvendelighed, og dette kriterium kan fuldt ud anvendes i forbindelse med den foreliggende opfindelse.

Den foreliggende fremgangsmåde er blevet brugt til at fremstille fibre af tin, aluminium og støbejern. Tre specielle eksempler i forbindelse med den kendte teknik belyser den 15 foreliggende opfindelse.

Eksempel 1.

Et 50 mm bredt, cylindrisk, varmeekstraherende aluminiumlegeme med en diameter på 178 mm og med ca. 7 trekantede maskin-gevind pr. cm på den ydre radiale flade roteredes med en 20 hastighed på 2000 omdrejninger/min. (18,6 m/sek.). Dette legeme blev bragt i berøring med den frie overflade af smeltet tin i et bassin ved en temperatur på 260°C. Fremspringene på legemet var i lodret punktberøring med fladen, og der blev fremstillet tinfibre med en effektiv diameter fra 50 25 til 100 ym fra hvert fremspring på legemet. Fibrene var fra 12 mm til 300 mm lange.

Eksempel 2.

Det samme eksempel som ovenfor blev benyttet til at bestemme virkningen af omdrejningshastigheden, idet alle andre para-30 metre blev holdt identiske med de i eksempel 1 angivne. Ved omdrejningshastigheder på mindre end 500 omdrejninger/min.

Claims (2)

147755 (4,5 m/sek.) kunne der ikke fremstilles individuelle fibre ud fra den smeltede tin, da det smeltede metal dannede broer mellem fibrene til dannelse af et pladeagtigt produkt. Eksempel 3. 2 Et 25,4 mm bredt, cylindrisk kobberlegeme med en diameter på 200 mm og med ca. 7 trekantformede gevind pr. cm blev roteret med en hastighed på 1000 omdrejninger/min. (10,6 m/sek.) i berøring med den frie overflade af smeltet støbejern i et bassin ved en temperatur på mellem 1375 og 1430°C. j^q Fremspringene neddykkedes mindst muligt under smeltens over flade i ligevægtstilstand. Der blev fremstillet fibre med en effektiv diameter på mellem 75 og 150 ym. Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til fremstilling af fibre med en diameter på mindre end 1500 ym ud fra en smelte af et metal eller en sådan metallegering eller uorganisk forbindelse, hvis egenskaber i området for deres smeltepunkt svarer til en metalsmeltes egenskaber, ved hvilken en med rundtgående ribber og riller forsynet metalcylinder, hvis akse er parallel med smeltens 20 overflade, roterer om aksen med en periferihastighed, der er større end 0,9 m/sek. og med mindst mulig neddykning berører smeltens overflade, kendetegnet ved, at en cylinder med gevindskårne ribber roterer med en neddykningsdybde, som er mindre end dybden af gevindet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, 25 at der som gevindskåren cylinder anvendes en sådan, som på forskellige steder af sin frembringerflade har gevind med modsatte stigningsretninger på en sådan måde, at det smelteflydende materiale ved cylinderens rotation drives væk fra 30 cylinderfladens midterområde.