EP0237008A1 - Device for the continuous casting of quickly solidifying materials - Google Patents
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- EP0237008A1 EP0237008A1 EP87103349A EP87103349A EP0237008A1 EP 0237008 A1 EP0237008 A1 EP 0237008A1 EP 87103349 A EP87103349 A EP 87103349A EP 87103349 A EP87103349 A EP 87103349A EP 0237008 A1 EP0237008 A1 EP 0237008A1
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Classifications
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
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- B22D11/0682—Accessories therefor for cooling the cast product during its passage through the mould surfaces by cooling the casting wheel
Definitions
- the invention relates to a device for the continuous casting of rapidly solidifying material, the liquid, hot material flowing through a slot-like nozzle onto a cooled wall of good heat-conducting material that is moving close to the nozzle, solidifying on this wall, and after a certain distance from it Wall is detached.
- Such devices are known for example from US 4 142 571 or EP 2 785. They use a process known, for example, from the "Zeitschrift für Metallischen”, volume 64 (1973), pages 835-843, under the name “Melt Spin Process”, which in turn is inspired by Sir Henry Bessemer and EH Strange and CA Pim are based.
- Such a method is particularly suitable for the production of foils from metals or alloys, optionally with additions of fine, non-metallic particles, with extremely fine-grained or amorphous, glass-like structure, which can be achieved with conventional casting methods driving is not reachable.
- the melt solidifies on the moving cold wall extremely quickly, ie with an extremely high cooling rate of at least 104, preferably of the order of 106 ° C / sec, before the solidified film is detached from the cooled surface with a suitable device or by centrifugal force and is guided away for further use.
- the first melt spinning devices that became known were only suitable for discontinuous operation, in which the heat capacity of the wall is sufficient to absorb the heat quantity of a batch produced. So that the heat generated can be easily absorbed by the wall, it was made of a good heat-conducting material, preferably copper or an alloy, e.g. Beryllium / copper made.
- strip casting devices for low-melting metals are known, in which the melt is introduced into the gap between two water-cooled metal strips.
- the two belts are pressed against one another by pairs of cooling support elements in the running direction only at a certain distance after the point of addition of the melt.
- the cooling rate of the melt is not sufficient for the formation of a metal foil with an amorphous structure.
- the wall is designed to be elastically yielding to a certain degree and is cooled directly opposite the nozzle on the side facing away from the nozzle by means of at least one cooling support element which is movable in a support direction perpendicular to the wall and which has at least one with the wall Cooling pressure medium supplied storage area and is supported on a fixed crossbar.
- the arrangement of several cooling support elements transversely to the material web movement next to one another with separate control allows the cooling and the distance from the nozzle to be regulated by controlling the coolant pressure in the individual elements by means of suitable thickness sensors which continuously record the film thickness profile at the film outlet and via a suitable control device or a computer Deliver control signals for the coolant pressure.
- suitable thickness sensors which continuously record the film thickness profile at the film outlet and via a suitable control device or a computer Deliver control signals for the coolant pressure.
- temperature sensors can be provided transversely to the web, which control another row of cooling support elements, so that a desired temperature profile is created.
- the quenching or cooling rate of the melt is decisive for the production of an amorphous structure in the metal phase or even an extremely fine crystalline structure.
- An amorphous structure can usually only be achieved if this cooling rate is at least 10 ° C / sec.
- a hydrostatic cooling support element 7 1 is provided directly opposite the nozzle on the side of the strip 4 facing away from the nozzle 3, and a further cooling support element 7 2 is provided behind the strip 4 to improve the cooling effect in the running direction.
- These cooling support elements 7 1 and 7 2 are on pressure spaces 8 1 and 8 2 which are connected via lines 9 1 and 9 2 with a coolant under pressure, e.g.
- the device described is a continuous melt spinning process become possible with a significantly increased cooling rate with a value above 10 ° C / sec.
- a series of alloys of the elements iron, nickel, cobalt, aluminum, molybdenum, chromium, vanadium, boron, phosphorus, silicon and other foils up to approx. 20 - 50 micrometers thick with a completely amorphous structure and unusual properties could be produced, in a continuous process.
- the film thickness can be controlled by the coolant pressure and the variable distance of the band 4 from the nozzle 3.
- controllable valves 211 - 218 are provided, with which the amount of the coolant supplied to the individual cooling support elements or its pressure can be regulated.
- the individual rows of cooling support elements 171 -178 from several axially closely spaced, individually controllable support elements can be formed, as is shown, for example, by means of the upper support element row 1711, 1712, 1713 ... and the opposite row 1751, 1752, 1753 ....
- thickness sensors 25 are provided distributed over the width of the film produced. These thickness sensors 25 are connected to a control device 26, which controls the valves 211, 213, 215 and 217 with appropriate control signals, for example with the aid of a suitably programmed microprocessor.
- the control device 26 or its program is set up so that when the film thickness measured by the thickness sensors 25 increases, the valves 211 and 215 of the corresponding cooling support elements 171 and 175 are opened somewhat at the corresponding point on the axis, so that a larger amount of pressure medium is supplied to the two cooling support elements 171 and 175.
- the valves 213 and 217 of the cooling support elements 173 and 177 arranged perpendicular thereto are throttled somewhat, so that the pressure of the coolant in these support elements decreases somewhat.
- the cylinder shell 14 is deformed a little bit elliptically, so that the gap between the cylinder shell 14 and the slit-like nozzle 13 is reduced somewhat at the point in question and less metal melt escapes at this point, so that the film thickness is automatically regulated to the predetermined desired value .
- the fact that two opposing cooling support elements are influenced in the same way eliminates the integral bending stresses of the cylinder shell, so that no forces are released that would have to be conducted via the side bearings.
- the design effort can be reduced by always having two opposing cooling support elements are fed via a common valve.
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Abstract
Beim Schmelzspinnverfahren zur Herstellung von Metallfolien mit amorpher Struktur durch Giessen geschmolzenen Metalles durch eine schlitzartige Düse (13) auf eine an der Düse schnell vorbei bewegte Wand (14) wird eine besonders schnelle Abschreckungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit der erstarrenden Schmelze dadurch erreicht, dass auf der der Düse (13) gegenüber liegenden Seite der Wand (14) mit kühlendem Druckmittel versorgte Kühlstützelemente (17¹) vorgesehen sind. Die Wand ist mit Vorteil als dünnwandige, etwas elastisch deformierbare Zylinderschale (14) ausgebildet, in deren Innerem mehrere Reihen von Kühlstützelementen (17¹-17⁸) vorgesehen sind, die von Dicken- und von Temperaturprofil-Sensoren (25, 27, 29) angesteuert sein können. Damit ist eine kontinuierliche Herstellung amorpher Metallfolien möglich. In the melt spinning process for the production of metal foils with an amorphous structure by casting molten metal through a slot-like nozzle (13) onto a wall (14) which moves quickly past the nozzle, a particularly rapid quenching and cooling rate of the solidifying melt is achieved by Nozzle (13) opposite side of the wall (14) with cooling pressure medium supplied with cooling support elements (17¹) are provided. The wall is advantageously designed as a thin-walled, somewhat elastically deformable cylinder shell (14), in the interior of which several rows of cooling support elements (17¹-17⁸) are provided, which are controlled by thickness and temperature profile sensors (25, 27, 29) can. This enables continuous production of amorphous metal foils.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen schnell erstarrenden Materials, wobei das flüssige, heisse Material durch eine schlitzartige Düse auf eine nahe an der Düse vorbeibewegte, gekühlte Wand aus gut wärmeleitendem Material fliesst, auf dieser Wand erstarrt, und nach einer bestimmten Strecke von der Wand abgelöst wird.The invention relates to a device for the continuous casting of rapidly solidifying material, the liquid, hot material flowing through a slot-like nozzle onto a cooled wall of good heat-conducting material that is moving close to the nozzle, solidifying on this wall, and after a certain distance from it Wall is detached.
Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus der US 4 142 571 oder EP 2 785 bekannt. Sie benutzen ein zum Beispiel aus der "Zeitschrift für Metallkunde", Band 64 (1973), Seiten 835 - 843, unter dem Namen "Schmelzspinnprozess" (Melt Spin Process) bekanntes Verfahren, dem wiederum Ideen von Sir Henry Bessemer und von E. H. Strange und C. A. Pim zugrunde liegen.Such devices are known for example from US 4 142 571 or EP 2 785. They use a process known, for example, from the "Zeitschrift für Metallkunde", volume 64 (1973), pages 835-843, under the name "Melt Spin Process", which in turn is inspired by Sir Henry Bessemer and EH Strange and CA Pim are based.
Ein solches Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Folien aus Metallen oder Legierungen, gegebenenfalls mit Zusätzen feiner, nicht-metallischer Partikel, mit extrem feinkörniger oder amorpher, glasartiger Struktur, welche mit konventionellen Giessver fahren nicht erreichbar ist. Um diese Struktur und die damit verbundenen neuen Materialeigenschaften zu erreichen, ist es erforderlich, dass die Schmelze auf der bewegten kalten Wand äusserst schnell, d.h. mit einer extrem grossen Abkühlungsgeschwindigkeit von wenigstens 10⁴, vorzugsweise in der Grössenordnung von 10⁶°C/sec erstarrt, bevor die erstarrte Folie mit einer geeigneten Vorrichtung oder durch Zentrifugalkraft von der gekühlten Fläche abgelöst und zur weiteren Verwendung weggeleitet wird.Such a method is particularly suitable for the production of foils from metals or alloys, optionally with additions of fine, non-metallic particles, with extremely fine-grained or amorphous, glass-like structure, which can be achieved with conventional casting methods driving is not reachable. In order to achieve this structure and the associated new material properties, it is necessary that the melt solidifies on the moving cold wall extremely quickly, ie with an extremely high cooling rate of at least 10⁴, preferably of the order of 10⁶ ° C / sec, before the solidified film is detached from the cooled surface with a suitable device or by centrifugal force and is guided away for further use.
Wegen des hohen Wärmeeinfalles auf die bewegte Wand eigneten sich die ersten bekannt gewordenen Schmelzspinn-Vorrichtungen nur zum diskontinuierlichen Betrieb, bei dem die Wärmekapazität der Wand genügt, um die Wärmemenge einer erzeugten Charge aufzunehmen. Damit die anfallende Wärme gut von der Wand aufgenommen werden kann, wurde diese aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Legierung, z.B. Beryllium/Kupfer hergestellt.Because of the high incidence of heat on the moving wall, the first melt spinning devices that became known were only suitable for discontinuous operation, in which the heat capacity of the wall is sufficient to absorb the heat quantity of a batch produced. So that the heat generated can be easily absorbed by the wall, it was made of a good heat-conducting material, preferably copper or an alloy, e.g. Beryllium / copper made.
Um einen kontinuierlichen Betrieb aufrecht zu erhalten, wäre es dagegen notwendig, die bewegte Wand möglichst gut zu kühlen. Bei einer Kühlung mittels auf die Wandoberfläche aufgeblasenen Gasströmen lässt sich jedoch nur eine geringe Wärmemenge abtransportieren. Eine Kühlung mittels Wasser oder anderen Flüssigkeiten auf der Wandoberfläche, auf welcher die Schmelze erstarrt, führt jedoch leicht zu Verunreinigungen der Oberfläche, welche den Giessvorgang behindert oder gar verunmöglicht. Ausserdem war hierbei eine Einstellbarkeit oder Variationsmöglichkeit der Kühlung über die Breite der bewegten Wand weder möglich, noch als wünschenswert erkannt worden.In order to maintain continuous operation, however, it would be necessary to cool the moving wall as well as possible. When cooling by means of gas streams blown onto the wall surface, however, only a small amount of heat can be removed. Cooling by means of water or other liquids on the wall surface on which the melt solidifies, however, easily leads to contamination of the surface, which impedes the casting process or even makes it impossible. In addition, the cooling was adjustable or varied across the width of the moving wall was neither possible nor recognized as desirable.
Ein weiteres Problem, das sich beim Herstellen, insbesondere von breiten Folien ergibt, ist die Dickenkonstanz der hergestellten Folien. Schon bei schmäleren Folien neigen erfahrungsgemäss die Ränder dazu, sich zu verdicken. Bei vorbekannten Vorrichtungen wurde versucht, eine gleichförmige Dicke durch Einhaltung bestimmter Spaltdimensionen und Abständen des Spaltes von der bewegten Wand zu erreichen. Eine Korrekturmöglichkeit von Foliendickenabweichungen und die Einhaltung vorgeschriebener Sollwerte in einem kontinuierlich arbeitenden Prozess war damit jedoch nicht zu erreichen.Another problem that arises during the production, in particular of wide films, is the constant thickness of the films produced. Experience has shown that the edges of thinner foils tend to thicken. In the case of previously known devices, attempts have been made to achieve a uniform thickness by adhering to certain gap dimensions and distances of the gap from the moving wall. However, it was not possible to correct deviations in film thickness and to comply with prescribed target values in a continuously working process.
Aus EP 8901 (=US 4 193 440) und FR 2 307 599 (= US 4 061 178 und 4 190 103) sind Bandgiessvorrichtungen für niedrigschmelzende Metalle bekannt, bei denen die Schmelze in den Spalt zwischen zwei wassergekühlten Metallbändern eingeführt wird. Die beiden Bänder werden durch Paare von Kühlstützelementen in Laufrichtung erst in einer bestimmten Distanz nach der Zugabestelle der Schmelze gegeneinander gepresst. Die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze ist hierbei jedoch nicht ausreichend für die Bildung einer Metallfolie mit amorpher Struktur.From EP 8901 (= US 4 193 440) and
Aus EP 41 277 (=US 4 434 836) ist weiter ein Giessverfahren bekannt, bei dem geschmolzenes Metall in eine Rille auf der Innenseite eines Metallzylinders gegossen wird, welcher in bestimmter Entfernung nach der Zugabestelle von aussen mittels Kühlwasserdüsen abgekühlt wird. Auch hier ist die Abkühlungsgeschwindigkeit nicht zur Erzeugung einer amorphen Struktur ausreichend. Eine Dickenregulierung ist überhaupt nicht vorgesehen.From EP 41 277 (= US 4,434,836) a casting method is also known in which molten metal is poured into a groove on the inside of a metal cylinder, which follows at a certain distance the addition point is cooled from the outside by means of cooling water nozzles. Here, too, the cooling rate is not sufficient to produce an amorphous structure. Thickness regulation is not provided at all.
In US 3 712 366 ist schliesslich ein Metallgiessverfahren beschrieben, bei dem die Schmelze auf der Aussenfläche eines Zylinders erstarrt, der durch gleichmässig auf die gesamte Innenseite mittels Zentrifugalkraft geschleuderten Wassers gekühlt wird. Die damit erzielbare Abkühlungsgeschwindigkeit ist hierbei ebenfalls ungenügend für Bildung amorpehr Metallstrukturen. Auch hier ist keine Dickenregelung offenbart.Finally, US Pat. No. 3,712,366 describes a metal casting process in which the melt solidifies on the outer surface of a cylinder, which is cooled by water which is thrown uniformly onto the entire inside by means of centrifugal force. The cooling rate that can be achieved in this way is also insufficient for the formation of amorphous metal structures. No thickness control is disclosed here either.
Bei dem in FR 2 347 999 (=US 4 091 862) beschriebenen Stranggiessverfahren wird die Metallschmelze zwischen jeweils zwei Führungsplatten geleitet, die von aussen mit Kühlstützelementen gekühlt werden. Auch bei diesem Verfahren ist die Erstarrungsgeschwindigkeit nicht ausreichend.In the continuous casting process described in
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen schnell erstarrenden Materials auf einer bewegten Wand bei kontinuierlichem Betrieb derart weiterzubilden, dass die Kühlung intensiver und ausreichend gross zum Giessen amorpher Metallfolien ist und die Foliengeschwindigkeit vergrössert werden kann, dass die Kühlung über die Breite der Materialbahn einstellbar ist und gleichzeitig Foliendickenabweichungen von einem Sollwert ausgeglichen werden können.The invention sets itself the task of eliminating the above-mentioned disadvantages of the prior art and, in particular, developing a device for the continuous casting of rapidly solidifying material on a moving wall during continuous operation in such a way that the cooling is more intensive and sufficiently large for casting amorphous metal foils and the film speed can be increased that cooling across the width of the web is adjustable and at the same time film thickness deviations from a setpoint can be compensated.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wand in bestimmtem Grade elastisch nachgiebeig ausgebildet und direkt gegenüber der Düse auf der von der Düse abgewandten Seite mittels wenigstens eines in einer Stützrichtung senkrecht zur Wand beweglichen Kühlstützelementes gekühlt ist, welches mit wenigstens einer mit einem die Wand kühlenden Druckmittel versorgten Lagerfläche versehen und auf einer feststehenden Traverse abgestützt ist. Die Kühlstützelement-Anordnung direkt auf der Gegenseite der Wand am gleichen Ort, wo die Schmelze aufgebracht wird, bewirkt dabei eine besonders intensive Kühlung und eine extrem grosse Abkühlungsgeschwindigkeit.According to the invention, this object is achieved in that the wall is designed to be elastically yielding to a certain degree and is cooled directly opposite the nozzle on the side facing away from the nozzle by means of at least one cooling support element which is movable in a support direction perpendicular to the wall and which has at least one with the wall Cooling pressure medium supplied storage area and is supported on a fixed crossbar. The cooling support element arrangement directly on the opposite side of the wall at the same place where the melt is applied, results in particularly intensive cooling and an extremely high cooling rate.
Mit Vorteil sind die Kühlstützelemente auf der Traverse mittels eines mit kühlendem Druckmittel versorgten Druckraumes abgestützt und weisen auf ihrer Lagerfläche Drucktaschen auf, die mit dem Druckraum über Bohrungen in Verbindung stehen, wodurch Kühlenmittel direkt auf die Stelle konzentriert wird, wo die Schmelze aufgebracht wird.The cooling support elements are advantageously supported on the crossmember by means of a pressure chamber supplied with cooling pressure medium and have pressure pockets on their bearing surface which are connected to the pressure chamber via bores, as a result of which coolant is concentrated directly on the point where the melt is applied.
Vorteilhaft ist es, quer zur Bewegungsrichtung der Wand auf deren von der Düse abgewandten Seite mehrere Kühlstützelemente nebeneinander anzuordnen, welche einzeln in Stützrichtung senkrecht zur Wand beweglich sind. Diese nebeneinander liegenden Kühlstützelemente können getrennt voneinander mit kühlendem Druckmittel steuer baren Druckes versorgt sein, oder über eine gemeinsame Druckleitung und je ein zu jedem Element gehöriges steuerbares Drosselventil. Bei elastisch nachgiebig ausgebildeter Wand wird dadurch nicht nur die Kühlwirkung an den einzelnen Kühlstützelementen variierbar, sondern zufolge der leichten Deformation der Wand auch der Abstand zur Düse und damit auch die ausströmende Masse und die örtliche Foliendicke, oder das Dickenprofil der Folie.It is advantageous to arrange a plurality of cooling support elements next to one another transversely to the direction of movement of the wall on its side facing away from the nozzle, said cooling support elements being individually movable perpendicularly to the wall in the support direction. These side by side cooling support elements can control separately from each other with cooling pressure medium baren pressure can be supplied, or via a common pressure line and a controllable throttle valve belonging to each element. In the case of an elastically resilient wall, not only is the cooling effect on the individual cooling support elements variable, but also, due to the slight deformation of the wall, the distance to the nozzle and thus also the outflowing mass and the local film thickness, or the thickness profile of the film.
Konstruktiv besonders vorteilhaft ist eine bevorzugte Ausführung, bei der die elastisch nachgiebige Wand als relativ dünnwandige Zylinderschale ausgebildet ist, welche auf beiden Seiten durch Endscheiben gehalten und auf der feststehenden Traverse drehbar gelagert ist. Dazu sind ausserdem Dichtungen vorgesehen, die das Innere der Zylinderschale vom Lager und das Lager von der Aussenwelt abdichten, sowie ein geeigneter Antrieb der Zylinderschale. Da die Endscheiben eine gewissen örtliche Versteifung der Zylinderschale bewirken, ist die ausnutzbare Arbeitsbreite, d.h. die Folienbreite etwas geringer als die gesamte Walzenbreite.A preferred embodiment is particularly advantageous in terms of construction, in which the elastically flexible wall is designed as a relatively thin-walled cylinder shell which is held on both sides by end disks and is rotatably mounted on the fixed crossmember. For this purpose, seals are also provided which seal the inside of the cylinder shell from the bearing and the bearing from the outside world, as well as a suitable drive for the cylinder shell. Since the end disks cause a certain local stiffening of the cylinder shell, the usable working width, i.e. the film width is slightly less than the total roll width.
Um eine besonders intensive Kühlung zu erreichen, ist es vorteilhaft im Inneren der Zylinderschale mehrere in Achsenrichtung ausgerichtete Reihen von Kühlstützelementen vorzusehen. Eine bestmögliche Kühlung wird erreicht, wenn die Reihen von Kühlstützelementen über den gesamten Innenumfang der Zylinderschale verteilt vorgesehen sind.In order to achieve particularly intensive cooling, it is advantageous to provide a plurality of rows of cooling support elements in the interior of the cylinder shell which are oriented in the axial direction. The best possible cooling is achieved if the rows of cooling support elements are provided distributed over the entire inner circumference of the cylinder shell.
Die Anordnung mehrerer Kühlstützelemente quer zur Materialbahnbewegung nebeneinander mit getrennter Ansteuerung erlaubt eine Regelung der Kühlung und des Abstandes von der Düse mittels Steuerung des Kühlmitteldruckes in den einzelnen Elementen durch geeignete Dickensensoren, die das Foliendickenprofil am Folienablauf kontinuierlich erfassen und über eine geeignete Regeleinrichtung oder einen Rechner entsprechende Stellsignale für den Kühlmitteldruck liefern. Zusätzlich können quer zur Bahn Temperaturfühler vorgesehen sein, welche eine andere Reihe von Kühlstützelementen ansteuert, so dass ein gewünschtes Temperaturprofil entsteht.The arrangement of several cooling support elements transversely to the material web movement next to one another with separate control allows the cooling and the distance from the nozzle to be regulated by controlling the coolant pressure in the individual elements by means of suitable thickness sensors which continuously record the film thickness profile at the film outlet and via a suitable control device or a computer Deliver control signals for the coolant pressure. In addition, temperature sensors can be provided transversely to the web, which control another row of cooling support elements, so that a desired temperature profile is created.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung in Perspektive,Figur 2 einen Querschnitt durch eine andere Vorrichtung, undFigur 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nachFigur 2.
- 1 shows a device in perspective,
- Figure 2 shows a cross section through another device, and
- FIG. 3 shows a longitudinal section through the device according to FIG. 2.
Bei der in Figur 1 wiedergegebenen Vorrichtung wird geschmolzenes Metall einem Behälter 1 zugeführt, in welchem es mittels einer Hochfrequenz-Induktionsspule 2 etwa 100° über die Schmelztemperatur des Metalles erhitzt wird. Das heisse, flüssige Metall strömt, gegebenenfalls unter einem gewissen Druck, durch eine schlitzförmige Düse 3 auf eine quer zur Schlitzrichtung schnell bewegte, gekühlte Wand 4. Auf der Oberseite dieser Wand 4 wird die Metallschmelze abgeschreckt und erstarrt zu einem dünnen Band 5, welches nach einer bestimmten Abkühlungsstrecke von der Wand 4 abgenommen wird. Um eine amorphe oder extrem feinkörnige Metallfolie 5 zu erzeugen, ist die Düse 3 in bekannter Weise auszubilden, z.B. mit einer Schlitzbreite von einigen Zehntelmillimetern und in einem Abstand von einigen Zehntelmillimetern von der Wand 4 anzuordnen. Bei einer Bewegungsgeschwindigkeit der Wand im Bereich von 2 - 50 m/sec, beispielsweise von 10 - 20 m/sec lassen sich damit Folien mit einer Dicke im Bereich von etwa 20 - 50 Mikrometer in einer Breite vom Dezimeter bis hin zum Meterbereich erzeugen.In the device shown in FIG. 1, molten metal is fed to a
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wand 4 als endloses, über zwei Walzen 6¹ und 6² geführtes Band ausgeführt. Dieses Band 4 ist aus einem Material und mit einer solchen Wandstärke ausgeführt, dass es beim Umlauf im elastischen Bereich verformt wird. Ausserdem ist es so gewählt, dass es eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Bei der Verarbeitung beispielsweise von Aluminium oder Legierungen mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 1100°C hat sich insbesondere Kupfer oder eine Kupfer-Beryllium-Legierung als geeignetes Material für das Band 4 erwiesen. Bei der Verarbeitung von Materialien mit höheren Schmelzpunkten ist für das Material des Bandes 4 ein geeignetes, anderes Material auszuwählen.In the illustrated embodiment, the wall 4 is designed as an endless belt guided over two rollers 6 1 and 6 2. This band 4 is made of a material and with such a wall thickness that it is deformed in the elastic region during circulation. In addition, it is selected so that it has the best possible thermal conductivity. When processing aluminum or alloys with a melting point in the range of 1100 ° C., for example, copper or a copper-beryllium alloy in particular has proven to be a suitable material for the strip 4. When processing materials with higher melting points, a suitable, different material must be selected for the material of the band 4.
Für die Erzeugung einer amorphen Struktur in der Metallphase oder auch nur einer extrem feinkristallinen Struktur ist die Abschreckungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze entscheidend. Eine amorphe Struktur lässt sich in der Regel nur erzielen, wenn diese Abkühlungsgeschwindigkeit zumindest 10⁶°C/sec beträgt. Um diese extrem hohe Abkühlungsgeschwindigkeit zu erreichen, ist direkt gegenüber der Düse auf der der Düse 3 abgewandten Seite des Bandes 4 ein hydrostatisches Kühlstützelement 7¹ vorgesehen, und zur Verbesserung der Kühlwirkung in Laufrichtung des Bandes 4 hinter diesem ein weiteres Kühlstützelement 7². Diese Kühlstützelemente 7¹ und 7² sind auf Druckräumen 8¹ und 8², welche über Leitungen 9¹ und 9² mit einem Kühlmittel unter Druck, z.B. Wasser, gegebenenfalls mit geeigneten Zusätzen, versorgt werden, in einer quer durch das Band 4 hindurchragenden Traverse 10 abgestützt. Auf ihrer der Unterseite des Bandes 4 zugewandten Seite sind die Kühlstützelemente 7¹ und 7² mit hydrostatischen Lagerflächen versehen, welche mit Bohrungen mit den Druckräumen 8¹ und 8² verbunden sind und über diese kühlendes Druckmittel auf die Unterseite des Bandes 4 leiten. Zweckmässig ist es dabei, das austretende Kühlmittel durch geeignete Vorkehrungen von der Band-Oberseite fernzuhalten.The quenching or cooling rate of the melt is decisive for the production of an amorphous structure in the metal phase or even an extremely fine crystalline structure. An amorphous structure can usually only be achieved if this cooling rate is at least 10 ° C / sec. In order to achieve this extremely high cooling rate, a hydrostatic cooling support element 7 1 is provided directly opposite the nozzle on the side of the strip 4 facing away from the
Da das Kühlmittel auf das Band 4 aus gut wärmeleitendem Material unmittelbar an der Stelle einwirkt, an welcher die heisse Metallschmelze auf das Band 4 aufgebracht wird und die Kühlwirkung in Laufrichtung des Bandes 4 laufend fortgesetzt wird, ist mit der beschriebenen Vorrichtung ein kontinuierlicher Schmelzspinnprozess mit deutlich vergrösserter Abkühlungsgeschwindigkeit mit einem Wert über 10⁶°C/sec möglich geworden . Mit dieser Vorrichtung liessen sich eine Reihe von Legierungen der Elemente Eisen, Nickel, Kobalt, Aluminium, Molybdän, Chrom, Vanadium, Bor, Phosphor, Silicium und anderen zu ca. 20 - 50 Mikrometer dicken Folien mit völlig amorpher Struktur und ungewöhnlichen Eigenschaften herstellen, und zwar in einem kontinuierlichen Verfahren. Die Foliendicke lässt sich dabei durch den Kühlmitteldruck und den dadurch variierbaren Abstand des Bandes 4 von der Düse 3 steuern.Since the coolant acts on the band 4 made of a good heat-conducting material directly at the point at which the hot molten metal is applied to the band 4 and the cooling effect is continuously continued in the running direction of the band 4, the device described is a continuous melt spinning process become possible with a significantly increased cooling rate with a value above 10 ° C / sec. With this device, a series of alloys of the elements iron, nickel, cobalt, aluminum, molybdenum, chromium, vanadium, boron, phosphorus, silicon and other foils up to approx. 20 - 50 micrometers thick with a completely amorphous structure and unusual properties could be produced, in a continuous process. The film thickness can be controlled by the coolant pressure and the variable distance of the band 4 from the
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine besonders vorteilhafte, bevorzugte Ausführungsform einer Schmelzspinnvorrichtung, bei der die an der schlitzartigen Düse 13 des die Metallschmelze enthaltenden Behälters 11 schnell vorbeibewegte Wand als schnell rotierendes Zylinderrohr 14 ausgebildet ist. Der Durchmesser des Zylinderrohres 14 kann in der Grössenordnung von einigen Dezimetern gewählt sein und dessen Rotationsgeschwindigkeit in der Grössenordnung bis etwa 50 Umdrehungen pro Sekunde, so dass sich eine Bewegungsgeschwindigkeit bis etwa 30 m/sec ergibt. Als Material der Zylinderschale l4 ist wiederum ein besonders gut wärmeleitendes Metall gewählt, beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung und deren Dicke liegt beispielsweise im Bereich von einigen Millimetern, so dass eine gewisse elastische Verformbarkeit gegeben ist.FIGS. 2 and 3 show a particularly advantageous, preferred embodiment of a melt spinning device in which the wall rapidly moving past the slot-
Im Inneren der Zylinderschale 14 ist eine feststehende Traverse 20 vorgesehen, auf welcher in Rotationsrich tung mehrere Reihen von Kühlstützelementen 17¹ - 17⁸ auf entsprechenden Druckräumen 18 abgestützt sind. Auf der der Innenseite der Zylinderschale 14 zugewandten Seite sind die Kühlstützelemente, wie am Beispiel des ersten Elementes 17¹ gezeigt, mit hydrostatischen Lagertaschen 16 versehen, welche mit Drosselbohrungen 12 mit dem Druckraum 18 in Verbindung stehen, welcher wiederum über Kühlmittelleitungen 19 mit einer kühlenden Druckflüssigkeit von der Traverse 20 aus versorgt werden. Ueber diese Kühlmittelleitungen 19, die Druckräume 18, die Drosselbohrungen 12 und die Lagertaschen 16 gelangt die Kühlflüssigkeit auf die Innenseite der Zylinderschale 14 und sorgt für eine beständige Kühlung und Wärmeabfuhr, so dass sich auch hier in einem kontinuierlichen Prozess eine ausserordentlich hohe Abschreckungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit der auf die Oberfläche der Zylinderschale 14 aufgebrachten Metallschicht 15 ergibt. Da der gesamte Innenumfang der Zylinderschale 4 mit Kühlstützelementen versehen sein kann, ist hier die Kühlwirkung noch intensiver, so dass sich die gewünschte amorphe Struktur der gebildeten Metallfolie mit noch grösserer Sicherheit erreichen lässt.In the interior of the
In den Kühlmittelzuleitungen 19 sind für die einzelnen Kühlstützelemente 17¹ - 17⁸ steuerbare Ventile 21¹ - 21⁸ vorgesehen, mit welchen die Menge des den einzelnen Kühlstützelementen zugeführten Kühlmittels, bzw. dessen Druck reguliert werden kann.In the
Wie insbesondere in Figure 3 dargestellt, können die einzelnen Reihen von Kühlstützelementen 17¹ -17⁸ aus mehreren in Achsenrichtung dicht nebeneinander liegenden, einzeln steuerbaren Stützelementen gebildet sein, wie es beispielsweise anhand der oberen Stützelementreihe 17¹¹, 17¹², 17¹³... und der entgegengesetzten Reihe 17⁵¹, 17⁵², 17⁵³... dargestellt ist.As shown particularly in Figure 3, the individual rows of cooling support elements 17¹ -17⁸ from several axially closely spaced, individually controllable support elements can be formed, as is shown, for example, by means of the upper
Die Enden der Zylinderschale sind mit Endscheiben 22 versehen, welche das Innere des Zylinders von der Aussenwelt abdichten und auf den Enden der Traverse 20 mittels geeigneter Wälzlager 23 rotierbar gelagert, sowie mit einem nicht dargestellten Antrieb versehen sind. Mittels der Endscheiben 22 wird der Austritt von Kühlflüssigkeit aus dem Inneren der Zylinderschale verhindert, so dass die Kühlflüssigkeit nicht auf die Aussenseite und die gebildete Metallfolie gelangen kann, wo sie zu unerwünschten Reaktionen anlass geben könnte. Das überschüssige Kühlmittel wird stattdessen über geeignete Bohrungen in der Traverse auf sichere Weise abgeleitet. Im übrigen kann der Erstarrungsprozess auf der Aussenseite der Zylinderschale in einer Inertgas-Atmosphäre erfolgen.The ends of the cylinder shell are provided with
Das Vorsehen mehrerer Kühlstützelemente 17¹¹, 17¹², 17¹³... in Achsenrichtung nebeneinander auf der zur schlitzartigen Düse 13 gegenüberliegenden Seite der Zylinderschale 14 erlaubt bei einem besonders günstig weitergebildeten Ausführungsbeispiel zusätzlich eine automatische Regelung der Dicke der erzeugten Metallfolie über die gesamte Breite, was besonders bei der Herstellung breiter Metallfolien wichtig ist.The provision of several cooling
Wie in Figur 2 dargestellt, sind zu diesem Zweck nach dem Folienablauf, welcher beispielsweise mittels eines Schabers 24 oder einer Luftdüse erfolgen kann, Dickensensoren 25 über die Breite der erzeugten Folie verteilt vorgesehen. Diese Dickensensoren 25 sind mit einer Regeleinrichtung 26 verbunden, welche beispielsweise mit Hilfe eines geeignet programmierten Mikroprozessors die Ventile 21¹, 21³, 21⁵ und 21⁷ mit entsprechenden Stellsignalen ansteuert. Dabei ist die Regeleinrichtung 26 bzw. deren Programm so eingerichtet, dass bei Zunahme der von den Dickensensoren 25 gemessenen Foliendicke die Ventile 21¹ und 21⁵ der entsprechenden Kühlstützelemente 17¹ und 17⁵ an der entsprechenden Stelle der Achse etwas geöffnet werden, so dass eine grössere Menge von Druckmittel zu den beiden Kühlstützelementen 17¹ und 17⁵ geliefert wird. Gleichzeitig werden die Ventile 21³ und 21⁷ der senkrecht dazu angeordneten Kühlstützelemente 17³ und 17⁷ etwas gedrosselt, so dass der Druck des Kühlmittels in diesen Stützelementen etwas abnimmt. Dadurch wird die Zylinderschale 14 ein klein wenig elliptisch verformt, so dass der Spalt zwischen der Zylinderschale 14 und der schlitzartigen Düse 13 an der betreffenden Stelle etwas verkleinert wird und weniger Metallschmelze an diesem Punkt austritt, so dass die Foliendicke automatisch auf den vorgegebenen Sollwert geregelt wird. Dadurch, dass jeweils zwei gegenüber liegende Kühlstützelemente in gleicher Weise beeinflusst werden, entfallen die integralen Biegebeanspruchungen der Zylinderschale, so dass dabei keine Kräfte frei werden, die über die seitlichen Lager geleitet werden müssten. Der konstruktive Aufwand lässt sich dabei dadurch vermindern, dass immer zwei einander gegenüber liegende Kühlstützelemente über ein gemeinsames Ventil angespeist werden.For this purpose, as shown in FIG. 2, after the film run-off, which can be done, for example, by means of a scraper 24 or an air nozzle,
Da zur Erreichung einer sehr intensiven Kühlung ausser den genannten vier Reihen von Kühlstützelementen weitere Reihen 17², 17⁴, 17⁶ und17⁸ beispielsweise im Bereich der Winkelhalbierenden zum oben beschriebenen Achsenkreuz empfehlenswert sind, können diese zusätzlichen Reihen von Kühlstützelementen dazu herangezogen werden, eine Temperatur-Regulierung zu bewirken, indem ein Temperaturfühlersystem 27 über die Folienbreite das Temperaturprofil erfasst, es einer zweiten Regeleinrichtung 28 zuleitet, die wiederum mit einem geeigneten Mikroprozessor ausgerüstet sein kann, der seinerseits Stellimpulse auf die Drosselventile 21², 21⁴, 21⁶ und 21⁸ der entsprechenden Kühlstützelemente leitet, in dem Sinne dass z.B. zu den Kühlstützelementen an der Stelle einer erhöten Temperatur mehr Kühlflüssigkeit zugeleitet wird und an Stellen mit geringer Temperatur entsprechend weniger. Auch hier kann die konstruktiv vereinfachende Schaltung gewählt werden, diese Kühlstützelemente in jeder Längsebene über ein gemeinsames Ventil anzusteuern. Darüberhinaus können in Umfangsrichtung, in den Lücken zwischen den genannten Kühlstützelementen17¹ - 17⁸ noch weitere Elemente vorgesehen sein, die mit einem geeigneten Kühlmitteldruck angesteuert werden.Since
Je nach Art der herzustellenden Folie ist es von Bedeutung, dass das Temperaturprofil der bewegten Wand vor Eintritt in den Bereich der schlitzartigen Düse 13 genügend ausgeglichen ist. An dieser Stelle kann daher ein weiteres Temperaturprofil-Sensorsystem 29 vorgesehen sein, das der zweiten Regeleinrichtung 28 ebenfalls entsprechende Signale zuleitet. Das Programm der Regeleinrichtung 28 wird in diesem Fall zweckmässigerweise so gewählt, dass ein je nach Produkt aus beiden Messinformationen geeignet gewichtetes Signal als Stellsignal dient.Depending on the type of film to be produced, it is important that the temperature profile of the moving wall is sufficiently balanced before entering the area of the slot-
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