EP0594633B1 - Process and device for producing metal strip and laminates - Google Patents

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EP0594633B1
EP0594633B1 EP92910004A EP92910004A EP0594633B1 EP 0594633 B1 EP0594633 B1 EP 0594633B1 EP 92910004 A EP92910004 A EP 92910004A EP 92910004 A EP92910004 A EP 92910004A EP 0594633 B1 EP0594633 B1 EP 0594633B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
coolant
metal film
cooling
nozzle
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92910004A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0594633A1 (en
Inventor
Heinrich K. Feichtinger
Derek H. Feichtinger
Markus O. Speidel
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/007Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of composite ingots, i.e. two or more molten metals of different compositions being used to integrally cast the ingots
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
    • B22D11/062Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires the metal being cast on the inside surface of the casting wheel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould

Definitions

  • the invention relates to a method for producing strips and composite bodies made of metal according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.
  • the basis of all rapid solidification processes is the rapid removal of heat. This process is determined on the one hand by the thermal conductivity of the metal, on the other hand by the mechanism of heat transfer at the phase boundary to the heat-extracting medium.
  • the heat transfer characterized by the heat transfer coefficient
  • the heat transport in the metal which is characterized by the thermal conductivity coefficient
  • Examples of this are the gossip mold, where a drop of metal is suddenly formed into a film between two metal plates, the melt-spinning process, where a metal jet is usually applied to the outer surface of a rapidly rotating roller, which is continuously influenced by the acceleration and by the Heat removal from the roller used as a quenching body forms a thin metal film and certain powder atomization processes, where a metal jet is broken up into small drops under the influence of an atomization medium, which can be a gas or a liquid, which solidify in flight and are then fed to powder metallurgical compaction processes can be.
  • an atomization medium which can be a gas or a liquid, which solidify in flight and are then fed to powder metallurgical compaction processes can be.
  • the theoretical foundations of fast solidification processes are e.g. B. in a publication by R.
  • the process of spray compacting offers the possibility of producing larger cast structures, whereby semi-finished products can be produced in near-net-shape dimensions at higher cooling speeds. This is usually around 50 - 150 K above the liquidus temperature superheated melt usually atomized with the help of argon or nitrogen, similar to the case with powder production. During the flight, a substantial part of the overheating heat from the drops is taken up by the atomizing gas, so that the drops - depending on their size - hit the substrate in a more or less liquid state and weld there with the previously deposited material.
  • the method is fundamentally suitable for the production of flat products, but in particular for the production of rotationally symmetrical semi-finished products such as round bars and tubes, in which case the substrate performs a rotational movement with a lateral offset during the spraying process. Since the metal drops only hit with very little overheating, the substrate, ie the material previously deposited, must be at a sufficiently high temperature so that it is still homogeneously welded. However, if the temperature is too high, a liquid layer builds up on the substrate surface, which on the one hand slowly solidifies in a conventional manner and on the other hand is thrown off the substrate under the influence of centrifugal force.
  • spray compacting has the advantage over classic powder metallurgy that all intermediate stages between powder atomization and powder compaction are eliminated - and thus possibilities for contaminating the Powder surface can be reduced - however, as with normal powder metallurgy, an enormous surface is still formed and, in the case of highly reactive materials or even with only slight contamination of the gas atmosphere in the spray chamber, this can lead to material damage despite the short reaction times.
  • a major disadvantage of spray compacting is the fact that cooling during flight takes place down to the range of the liquidus temperature, e.g. B. takes place relatively quickly with a few thousand Kelvin per second, but then on the substrate, where the critical area between liquidus and solidus temperature is passed, the cooling rate is only in the order of a few Kelvin per second.
  • this enables the phenomena known from classic solidification, such as segregation and the formation of cavities and precipitates, but also a coarsening of the original cast morphology.
  • Another disadvantage of the method is the fact that, as with all conventional solidification processes, the heat is removed via the layers which have already solidified beforehand, so that the heat transport is reduced with increasing thickness of the substrate, which leads to non-stationary solidification conditions.
  • JP-A-61-119 355. A generic method is known from JP-A-61-119 355. In this process, several layers of molten metal are applied in succession to the top of a band passed over two rollers. Since very high speeds cannot be achieved with the belt and the melt is pressed onto it only by gravity, the applied layer is inevitably relatively thick, so that the desired very rapid cooling of the melt cannot be achieved in this way. The process is also only suitable for the production of a band-shaped laminate.
  • the object of the invention is to enable the production of metal strips with extremely rapid cooling, so that the metal strip produced has a structure which results from a rapid fixation of a metastable state.
  • a device suitable for carrying out the method is to be specified.
  • the invention permits a significantly higher speed of the substrate, since the placement and distribution of the melt is ensured by the centrifugal force that presses it against the inner surface. The same force also ensures that the melt is compressed and spreads very quickly in a relatively thin layer over a larger area and is pressed against the cold substrate - that is, the layer that was created immediately before and adjoins the outside - which creates the best conditions for rapid cooling.
  • This is further supported by the fact that, as mentioned, heat flows from the applied melt into the substrate, which has been greatly cooled by the application of coolant, and is also removed from the surface by the coolant, preferably applied immediately after solidification. This heat removal from a thin layer over both interfaces leads to extremely high cooling rates.
  • the high speeds of the substrate mentioned also have the advantage of high output in front of an inevitably much slower moving belt.
  • JP-A-57-156 863 Another method is known from JP-A-57-156 863, in which the solidifying melt is applied to the outside of a wheel-shaped casting mold, which heats it from this side, while cooling it only by spraying water on the outside becomes.
  • the substrate surface is always part of the Circumferential surface of the mold is formed. There are no successive layers and interaction between them.
  • the purpose of the method is to produce a monocrystalline structure by setting an approximately constant temperature gradient.
  • JP-A-57-070 062 a method is known in which melt is directed against a rotating inner surface, but coolant is not applied to the resulting metal strip or better metal wire, but is injected into the groove before the melt is applied. So there is only one-sided cooling. The wire does not go through a complete revolution either, but is deflected and drawn off by compressed air in the axial direction in front of the point at which coolant is injected, a process which may involve some difficulties and should preclude the production of wider strips. An interaction between successive sections of the tape thus produced is obviously impossible.
  • an overheated metal melt in the form of a more or less closed jet is preferably applied to the inner surface of a rotating and essentially rotationally symmetrical mold cavity, similar to centrifugal casting.
  • the heat removal in the present process takes place mainly by heat transfer into a liquid cooling medium which at one point is offset approximately at the same rotation level, but by a certain angle of rotation with respect to the location of the metal application is sprayed onto the metal film just deposited and forms a coolant film there.
  • Both films are created on the one hand under the effect of the mechanical accelerations at the locations where they are applied, the heat transfer conditions in the metal layer formed in the course of the last revolution and between the films, and in particular as a function of the temperatures of the surfaces involved in mass transfer and the physical properties of those involved Phases such as thermal conductivity, density, solidification range, supercooling conditions etc.
  • a high cooling effect can generally be achieved at temperatures below the boiling point of the coolant, since the heat transfer directly into the liquid phase with its relatively high density and Heat capacity takes place. If the temperature is raised to a range above the boiling point, a second range is reached, where the Leydenfrost phenomenon occurs: at the phase boundary, partial evaporation of the coolant leads to the formation of a vapor film, which directly contacts the metal phase with the prevents liquid coolant. The heat transfer can therefore decrease by powers of ten.
  • a third area which is decisive in the sense of the present invention, is reached when the liquid cooling phase has a large temperature gradient on the one hand and a high relative speed compared to the hot surface to be cooled.
  • the method according to the invention has two main differences from the classic melt spinning processes: on the one hand, part of the heat of the freshly applied metal film is transferred to an underlying solid metal layer, but this metal is the cast body formed in the course of the last revolution, on the one hand others, a substantial part of the heat is given off directly to the liquid cooling medium.
  • An additional, but not essential, process feature is the fact that both films, ie metal and coolant, are pressed under the effect of centrifugal acceleration on the respective underlying layer, which improves the Leads heat transfer.
  • the method according to the invention also clearly distinguishes itself from conventional centrifugal casting by the fact that the solidification of the melt applied in the course of one revolution takes place essentially during this revolution.
  • the amount of metal supplied is chosen to be lower in relation to the rotational speed, for example as is the case with melt spinning, then at peripheral speeds z. B. in the range of 50 - 100 m / sec tapes with a thickness of the order of 0.05 mm. If the coolant is applied shortly after the metal film has been produced and the cooling effect is maintained for a longer period during the further rotation, then a substantial part of the heat of the freshly applied metal layer reaches the liquid cooling medium, which absorbs this heat with evaporation.
  • the inventive method not a band, but a thicker, substantially rotationally symmetrical body z. B. be made in the form of a ring, then basically the procedure described above can be used, but in A smaller amount of the coolant is used in relation to the amount of metal, the amount of metal and the rotational movement preferably being matched to one another in such a way that the applied metal film generally has a thickness above 0.2 mm. It is also advantageous with this method of operation if the time at which the coolant is applied is delayed compared to the example above.
  • the cooling effect starts later, so that the freshly applied film has more time to weld with the last layer applied, on the other hand, the reduced amount of coolant in relation to the amount of metal ensures that the cooling effect suddenly stops after the coolant has completely evaporated, so that a higher residual heat remains in the welded film, which favors a successful welding in the next film application.
  • a cylindrical molded body 1 rotates in the direction of an arrow 2 about an axis of rotation, the rotary movement taking place within rollers 4 mounted on axes 3, two of which are shown as representatives. At least one of these roles must be designed as a drive role.
  • the axis of rotation is arranged horizontally, however, a vertical arrangement is also easily possible in the sense of the invention, since the acceleration due to gravity has only a slight influence compared to the acceleration due to rotation.
  • a jet 6 of overheated melt strikes the inner surface of the outermost metal layer 7 formed in the course of the last revolution, a liquid metal film 8 being formed.
  • the jet 6 originates from the melt 10 located in a container 9, wherein the container 9 can either be a melting or holding furnace or just an unheated intermediate container for receiving the overheated melt.
  • An outlet opening for the melt in the form of a pouring nozzle 11 can be designed analogously to the conditions during melt spinning, both in terms of its shape and in terms of its arrangement relative to the casting point 5, in such a way that optimal hydrodynamic conditions arise for the film formation.
  • the pouring nozzle 11 can be a circular or a different from the circular shape, for. B. have a rectangular cross-section.
  • a certain pressure can be applied to the melt 10 in the container 9, so that it emerges from the pouring nozzle 11 at a desired speed or quantity per unit of time, it being possible at the same time for the melt to precede Contact with the outside atmosphere is protected.
  • the jet 6, as shown, can be directed towards the casting point 5 essentially as in melt spinning or, similarly to spray compacting, can be dissolved in drops by a stream of a fluid, preferably gaseous medium.
  • a fluid preferably gaseous medium.
  • the splitting of the jet 6 is not used for rapid cooling below the solidification temperature, the drops should remain liquid.
  • Coolant e.g. B. liquid nitrogen
  • Coolant is applied from cooling nozzles 12a, b at points 13a, b to the metal film 8, each forming a coolant film 14 thereon, which is completely evaporated at a point 15.
  • a single cooling nozzle is sufficient.
  • the coolant can also be applied from a plurality of nozzles arranged next to one another if a wider metal film 8 is desired.
  • the device parts required for this would have to be congruent in FIG. 1 lined up behind the parts shown. They would perform analog functions like this.
  • the metal film 8 is completely solidified at a point 16 in the present example. In most cases, the point 16 is in the direction of rotation in front of the cooling point 13, so that the liquid coolant only comes into contact with the completely solidified metal film 8.
  • the cylindrical molded body 1 has a groove-like depression on its inner wall, which is formed by a side wall 17a firmly connected to the inner wall and a removable side wall 17b is limited laterally.
  • the melt 10 is applied from the pouring nozzle 11 in the form of a jet 6 at the pouring point 5 to form the metal film 8 on the innermost metal layer 7 of the metal layers already formed in the course of the previous revolutions.
  • 3a-c show three typical phases in a first variant of the method according to the invention, the production of a rapidly solidifying strip in a diagram which shows the radial temperature profile over several layers.
  • FIG 3a shows the moment at which a new metal film 8 with a melt of superheating temperature T 1 has just been applied, which is represented by the curve piece 18.
  • the temperature drop 19 represents the heat transfer resistance to the innermost metal layer 7, which has formed and solidified in the course of the last revolution, the temperature of which is represented by the curve piece 20.
  • the next lower layer - curve piece 21 - also shows a sharp drop in temperature to curve piece 20. In all cases, this sharp drop in temperature is caused by the existence of an air gap, ie by the fact that - in the sense of the strip production - no welding has occurred.
  • FIG. 3c shows a phase immediately before the end of a revolution, shortly before the next superheated metal film 8 is applied, in accordance with FIG. 3a.
  • the temperature of the metal film 8 may have dropped so far in this phase that the heat flow is reversed, i. H.
  • the previously formed metal layers give off heat to the last-formed metal film 8.
  • Fig. 3c and Fig. 3a i.e. H. At least so much time must elapse from the beginning of the next cycle that the coolant film 14 has completely evaporated. Since the process according to the invention, on the one hand, similar to melt spinning processes, gives off the heat of the overheated melt to a metal substrate, but additionally transfers a substantial part of the heat into the liquid cryogenic coolant, there are potentially higher cooling rates.
  • 4a-c show three phases in a second variant of the method according to the invention, the production of a composite body continuously welded from strips, in the form of a cast layered composite material.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a device according to the invention, which has devices for applying two melts 10a and 10b in series in the course of one revolution as metal films 8a and 8b, which are then explained in connection with FIGS. 4a-c, which are welded together by corresponding means Metering of the coolant at the cooling point 13 is effected. A further coolant film with a more intensive cooling effect is applied behind the casting point 5b. Because of this intensive cooling effect, only the two metal layers 7a and 7b are welded, but not to the metal layer 7c underneath. If the composition of the two metal layers 7a and 7b is identical, a thicker strip is produced in this way at a high cooling rate. If the composition of these layers is different, a bimetallic strip is obtained. Of course, more than two liquid metal films are applied in succession, so that instead of a bimetal strips of more complex structure are created.
  • the distance 22 between the casting point 5 and the outlet opening of the casting nozzle 11 is to be kept as constant as possible. Since, in contrast to the melt spinning process, the innermost metal layer 7 produced in the course of the last revolution is used as the substrate, the casting point 5 is continuously shifted with respect to the original surface of the molded body 1. In the present example, the constant distance 22 is maintained by a Spacer roller 23 rolls on the innermost metal layer 7 formed last, which shifts the container 9 with the metal melt 10 via a holding device 24, so that the pouring nozzle 11 follows the movement of the winding structure.
  • Deviating from this mechanical regulation it is of course also conceivable to determine the distance of the pouring nozzle 11 from the pouring point 5 via an electronic measuring probe, a control circuit ensuring that the position of the pouring nozzle 11 is tracked, for example, via an electromechanical actuator.
  • the casting point 5 is designed as a metal bath 25, the volume of this metal bath on the one hand through the side walls 17a, 17b of the rotating cylindrical shaped body 1 (FIG.
  • baffle wall 27 made of a melt-resistant material and fixed by means of a holding device 26 forms the boundary
  • this baffle wall 27 on the one hand laterally against the walls 17a, b of the rotating molded body 1 forms a minimal gap which essentially prevents molten metal from flowing out of the bath 25, on the other hand forms a casting gap of a certain width with the inner surface of the innermost metal layer 7, which determines the thickness of the liquid metal film 8.
  • the measures proposed in accordance with FIG. 6 can be used, ie the holding device 26 of the baffle wall 27 can be held at a constant distance from the respective inner surface either by a spacer roller 23 (FIG. 6) or by electronic means .
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a device according to the invention with a similar objective as is the case with that according to FIG. 7.
  • the supply of the jet 6 of the molten metal also takes place in a bath 25, the lateral limitation in the direction of rotation, however, in this case being formed by an accumulation roller 28 which, in the same way as the accumulation wall 27 described in FIG. 7, has a casting gap with the forms innermost metal layer 7 formed during the last revolution.
  • the cooling liquid is supplied via a cooling nozzle 12, the distribution of the cooling liquid, similar to the case for the metal melt in the present example, is accomplished by a roller 29.
  • An arrangement (not shown in FIG. 7) is also conceivable, in which the cooling liquid is fed in behind the roller 29 in the direction of rotation. In such a case, the roller 29 serves on the one hand to roll the partially or fully solidified metal film 8 into the plane and also prevents liquid or gaseous coolant from flowing back into the area of the still liquid metal film 8.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a device for carrying out the method according to the invention, which is used specifically for producing complex-shaped, essentially rotationally symmetrical parts.
  • the pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 are fastened to a common holding device 30 and can be moved in the direction of an arrow 31 inside the rotating molded body 1.
  • the cooling point 13 is offset in the direction of rotation by half a turn in relation to the casting point 5 in the interest of clarity of the illustration.
  • the molded body 1 apart from two end side walls 17a, b, the molded body 1 has a shaping inner wall 32 which must be made of a material which can withstand the attack of the melt thermally and mechanically. Since the main part of the heat is drawn in via the evaporating coolant, the inner wall 32 can consist of a ceramic material with low thermal conductivity, at least in an area adjacent to the surface. In such a case the rotating molded body 1 then consists approximately of an outer wall, which consists of a material that can absorb the mechanical forces occurring during the rotation process, for. B. metal, as well as from an inner part, which can endure thermal loads.
  • the inner part can be a disposable part that is replaced after each casting process. This has the advantage that geometries with undercuts can also be cast without a dividing line, since the ceramic molding material can be removed from the molding 1 together with the essentially cylindrically symmetrical casting after the casting process.
  • an essentially rotationally symmetrical composite body then proceeds as follows: the molten metal applied at the casting point 5 forms a film 8 which, in the course of the further rotation, welds to the metal already deposited and at least partially solidifies.
  • the liquid coolant for. As liquid nitrogen, applied, the amount being selected so that after complete evaporation of the coolant in the newly applied metal film 8, residual heat remains which allows welding with newly deposited material in the course of the following rotations.
  • the holding device 30 can be moved along the axis of rotation, in the direction of the arrow 31, at a specific feed speed, but a back and forth movement is also possible which is matched to the amount of the deposited metal and in which the inner surface of the composite body is built up in a controlled manner .
  • a device can be used to build a pipe. Both in this case, as in all of the examples described, it is readily possible to use other materials, e.g. B. ceramic or metallic phases in the form of powders or fibers or the like.
  • a pneumatic conveyor on the rotating inner surface of the resulting composite body to apply so that a composite material is formed.
  • FIGS. 10a and 10c schematically demonstrating two characteristic situations from the course of the production process.
  • the pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 are fastened to a common holding device 30 as in FIG. 9, the pouring point 5 and the cooling point 13 being offset from one another by a certain angle of rotation. Said points do not necessarily have to be arranged in the same plane of rotation, but can be shifted relative to one another in the direction of the axis of rotation.
  • the holding device 30 and with it the pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 executes an oscillating movement in the axial direction according to the double arrow 34a relative to the rotating molded body 1.
  • the tube 33 is pulled off in the direction of arrow 35.
  • FIG. 10b shows the time at which a new outer layer of the endless tube is built up, this moment corresponding approximately to the left end point of the oscillating movement of the holding device 30 in the direction of the arrow 34c in the present illustration.
  • the melt passes from the pouring nozzle 11 in the form of a jet 6 onto the inner surface of the rotating shaped body 1, a liquid metal film 8 being formed which forms a solid edge layer 7a in direct contact with the externally cooled cylindrical shaped body 1, which forms at least one essential part is solidified so that it has sufficient mechanical strength.
  • This largely solidified zone 7a merges into the subsequent fully solidified part of the tube 33.
  • FIG. 10c shows a point in time after the processes in FIG. 10b.
  • the holding device 30 has made a movement to the right in accordance with arrow 34d and is located shortly before the point of reversal.
  • the tube 33 a rotational movement is carried out as indicated in Fig. 10a.
  • the pouring point 5 is accordingly further to the right within the rotating molded body 1, and the cooling point 13 has also moved to the right, the cooling nozzle 12 being placed in the image plane in the interest of simplicity of illustration, like the pouring nozzle 11, although it is actually at a certain angle of rotation is offset in the direction of rotation.
  • the effect of the coolant leads to a strong cooling of the initial zone of the pipe 33, so that the solidification now largely covers the entire pipe cross section built up in the course of the processes according to FIG. 10b.
  • the pipe 33 is built up by means of the pouring nozzle 11 shifted to the right for the application of the melt until the final inner diameter of the pipe 33 is reached.
  • the extensive solidification of the tube 33 due to the heat removal from the inside by the coolant leads to a shrinkage of the outside diameter of the tube 33, which leads to the formation of a casting gap 36 with respect to the rotating molded body 1. This process takes place between the times corresponding to FIGS. 10b and 10c, that is to say in the course of the movement of the holding device 30 in the direction of the arrow 34d.
  • the rotary movement of the tube is only supported by a plurality of pull-out rollers 37 mounted on axes 38.
  • the pull-out rollers 37 are movable in the direction of the axis of rotation and perform a brief movement in the direction of the arrow 34b at the moment the tube 33 loses contact with the rotating molded body 1, the tube 33 moving a distance which is of the order of magnitude of the oscillation amplitude cylindrical molded body 1 is pulled out.
  • a new metal film 8 has been built up on the end face of the tube according to FIG.
  • the pull-out rollers 37 can be lifted briefly from the tube 33 and shifted to the left by the same amount, where they then again with the tube 33 in Be brought in contact. Pieces of the desired length have to be cut from the continuous tube with a cutting device, not shown, at certain time intervals, similar to the case with classic continuous casting.
  • FIG. 11a shows a further embodiment of a device according to the invention, which is suitable for producing an endless tube.
  • the tube 33 in the last example assumed the rotational speed of the rotating molded body 1
  • the pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 are arranged to be movable in the direction of the axis of rotation of the molded body 1 by means of a common holding device 30, the cooling point 13 being offset by a certain angle in the direction of rotation and also in the withdrawal direction corresponding to arrow 35 can be shifted by a certain amount relative to the casting point 5.
  • the roller 4 represents all the rollers that keep the rotating molded body 1 in motion
  • the two pull-out rollers 37 represent a larger number of pull-out rollers that move the tube 33 out of the rotating molded body 1.
  • Fig. 11b shows the process shown in Fig. 11a in principle in a schematic section.
  • the rotating molded body 1 has a side wall 17, which is preferably made of a heat-insulating material and which prevents the melt from flowing away, which forms a liquid metal film 8, to the left. Since the rotating molded body 1, which preferably consists of a metallic mold material, is cooled from the outside, a partially solidified zone 7a is formed, in which, however, there is not yet any crosslinking of the Dendrites has come so that it still has the properties of a thixotropic liquid.
  • a cooling liquid is applied from a cooling nozzle 12 'to the inner surface of the largely solidified tube 33, the location of the formation of the coolant film 14' in the direction of rotation behind the image plane in which the pouring nozzle 11 is located to be imagined.
  • the pulling-off movement of the tube 33 can take place in a continuous manner in the present case, since the strong cooling effect of the liquid coolant leads to the formation of a partially solidified zone 7b, which, however, adheres to the solidified tube 33 due to its higher degree of solidification and the resulting crosslinking of the dendrites, and the rotational movement of the zone 7a, which is carried along with the liquid metal film 8 by the rotational movement of the molded body 1, therefore does not participate.
  • the transition between partially solidified zones 7a and 7b should not be thought of as a sharp transition, as shown in Fig. 11b for the sake of simplicity, but rather as a gradual transition from a partially fluid and still easily deformable zone to a partially rigid and essentially rigid Imagine zone.
  • the method according to the invention is to be explained using two concrete examples, the production of a steel strip in one case and the production of an annular composite body made of steel in the other.
  • a device was used which in principle corresponded to that shown in FIGS. 1 and 2.
  • the rotating molded body 1 was a steel cylinder with an internal diameter of 600 mm, the width of the casting groove delimited laterally by the side walls 17a, b being 5 mm.
  • stainless chromium-nickel steel was used as the test melt.
  • the rocking furnace consisted of a melt container rotatable about a horizontal axis in the form of a cylindrical barrel made of high-temperature-resistant magnesite, which contained two graphite electrodes that could be displaced relative to one another on the two end faces in the axis of rotation to form an arc.
  • the steel alloy in the form of 15 mm rod material was introduced through an opening in the barrel, which was directed upwards during the melting process.
  • the upward loading opening of the furnace normally also serves to fasten the pouring funnel of the upward and preheated ceramic mold at the moment of pouring.
  • a preheated pouring funnel with an attached nozzle tube made of zirconium oxide with an inner diameter of 5 mm was attached.
  • the entire rocking furnace was installed inside the rotating molded body 1, the rotating plane of the rocking furnace being identical to the rotating plane of the molded body and the pouring nozzle 11 of the furnace, when the same was rotated through 180 °, exactly in the center of the casting groove, at the same distance between the side walls 17a and 17b swung in.
  • the cylindrical shaped body 1 was brought up to a speed of 1200 rpm.
  • the cooling nozzle 12 which was offset by 100 ° from the casting point 5
  • the rocking oven was turned upside down, with which the casting process started and immediately thereafter - about 0.5 sec later, the cooling nozzle 12 was pivoted into the rotating plane of the shaped body 1, so that the cooling liquid got into the casting groove.
  • a ring-shaped composite body made of stainless steel was produced using the same device.
  • the bottom surface of the casting groove had previously been coated with calcium zirconate by means of a plasma spraying process in order to prevent undesired heat dissipation via the molded body 1, which prevents a steady welding state from being set quickly during a short-term test.
  • the melt was overheated in the rocking furnace to 1800 ° C. and the molded body 1 was brought to a speed of 772 rpm.
  • the cooling point 13, to which liquid nitrogen was applied as the coolant, was offset by a three-quarter turn of the wheel with respect to the casting point 5.

Abstract

A stream (6) of superheated molten metal is deposited from a container (9), in a consolidated form by means of a pouring nozzle or separated into drops by a gaseous medium, at a casting point (5) on the inner surface of a wound strip or laminate rotating in and together with a mould (1). An initially liquid metal film (8) is thus produced to which a fluid coolant, preferably a deep-cooled liquefied gas such as argon or nitrogen, is applied from a cooling nozzle (12) at a cooling station (13) staggered in the direction of rotation in relation to the casting point (5), by means of which a substantial proportion of the superheating and melting heat of the metal film (8) is largely dissipated by evaporation. Depending on the residual heat reamining after the cooling cycle, the metal film (8) remains either insulated from the previously applied innermost metal layer (7), thus producing a strip, or melts with it, thus forming a substantially rotation-symmetrical laminate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bändern und Verbundkörpern aus Metall gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing strips and composite bodies made of metal according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.

In letzter Zeit haben Verfahren zur schnellen Erstarrung von Metallen zunehmende Bedeutung gewonnen, da sie die Herstellung von neuartigen Werkstoffen mit zum Teil verbesserten oder auch ungewöhnlichen Strukturen und damit Werkstoffeigenschaften gestatten. Mit zunehmender Erstarrungsgeschwindigkeit kommt es dabei zu einer immer grösseren Abweichung von den Gleichgewichten, wie sie durch das Zustandsdiagramm bestimmt werden, da die extrem kurzen Diffusionszeiten die Einstellung dieser Gleichgewichte erschweren. Dies führt einerseits zu immer feineren Morphologien, z. B. zur Entstehung feinerer Dendriten oder Eutektika unter Verminderung der interdendritischen bzw. -zellularen Seigerung und kann bei gewissen Werkstoffen zur Entstehung stark metastabiler Strukturen führen, bis zur Bildung von metallischen Gläsern im Sonderfall. Bei kristalliner Erstarrung liegt dabei ein Vorteil in der Tatsache, dass der Löslichkeitsbereich bestimmter erwünschter Elemente stark erweitert wird, während unerwünschte Ausscheidungen unterdrückt werden können.Processes for the rapid solidification of metals have recently become increasingly important, since they allow the production of novel materials with in some cases improved or unusual structures and thus material properties. With increasing rate of solidification, there is an ever greater deviation from the equilibria, as determined by the state diagram, since the extremely short diffusion times make it difficult to set these equilibria. On the one hand, this leads to ever finer morphologies, e.g. B. the formation of finer dendrites or eutectics while reducing the interdendritic or cellular segregation and can lead to the formation of highly metastable structures with certain materials, up to the formation of metallic glasses in special cases. In the case of crystalline solidification, there is an advantage in the fact that the solubility range of certain desired elements is greatly expanded, while undesired precipitations can be suppressed.

Grundlage aller Verfahren der schnellen Erstarrung ist der schnelle Wärmeentzug. Dieser Vorgang wird einerseits durch das Wärmeleitvermögen des Metalls, andererseits durch den Mechanismus des Wärmeübergangs an der Phasengrenze zum wärmeentziehenden Medium bestimmt. Während der Wärmeübergang, charakterisiert durch den Wärmeübergangskoeffizienten, in einem weiten Bereich durch Wahl der richtigen verfahrenstechnischen Bedingungen optimiert werden kann, kann der Wärmetransport im Metall, welcher durch den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten charakterisiert ist, nur durch die Wahl kleiner Transportwege verbessert werden. Deshalb führen alle heute bekannten Methoden der schnellen Erstarrung zu Gusskörpern, welche mindestens in der Raumrichtung des Wärmetransports nur eine geringe Dicke aufweisen. Beispiele dafür sind die Klatschkokille, wo ein Metalltropfen zwischen zwei Metallplatten schlagartig zur Folie umgeformt wird, das Schmelzspinn-Verfahren, wo ein Metallstrahl meist auf die Aussenfläche einer schnell rotierenden Walze aufgebracht wird, wobei sich in kontinuierlicher Weise unter dem Einfluss der Beschleunigung sowie durch den Wärmeentzug der als Abschreckkörper dienenden Walze ein dünner Metallfilm bildet und gewisse Pulver-Verdüsungsverfahren, wo ein Metallstrahl unter dem Einfluss eines Verdüsungsmediums, welches ein Gas oder auch eine Flüssigkeit sein kann, in kleine Tropfen zerschlagen wird, welche im Flug erstarren und anschliessend pulvermetallurgischen Kompaktierungsprozessen zugeführt werden können. Die theoretischen Grundlagen von Verfahren der schnellen Erstarrung sind z. B. in einer Veröffentlichung von R. Mehrabian, "Rapid Solidification", wiedergegeben in "Rapid Solidification Technology Source Book", American Society for Metals 1983, S. 186 - 209 in übersichtlicher Weise zur Darstellung gebracht. Die gebräuchlichsten Verfahren sind Kapiteln von G. Haour, H. Bode, "From Melt to Wire" und R. E. Maringer, "Payoff Decade for Advanced Material" aus dem gleichen Buch, S. 111-120 und S.121-128 zu entnehmen.The basis of all rapid solidification processes is the rapid removal of heat. This process is determined on the one hand by the thermal conductivity of the metal, on the other hand by the mechanism of heat transfer at the phase boundary to the heat-extracting medium. During the Heat transfer, characterized by the heat transfer coefficient, can be optimized in a wide range by choosing the right procedural conditions, the heat transport in the metal, which is characterized by the thermal conductivity coefficient, can only be improved by choosing small transport routes. For this reason, all of the methods of rapid solidification known today lead to castings which have a small thickness, at least in the spatial direction of heat transport. Examples of this are the gossip mold, where a drop of metal is suddenly formed into a film between two metal plates, the melt-spinning process, where a metal jet is usually applied to the outer surface of a rapidly rotating roller, which is continuously influenced by the acceleration and by the Heat removal from the roller used as a quenching body forms a thin metal film and certain powder atomization processes, where a metal jet is broken up into small drops under the influence of an atomization medium, which can be a gas or a liquid, which solidify in flight and are then fed to powder metallurgical compaction processes can be. The theoretical foundations of fast solidification processes are e.g. B. in a publication by R. Mehrabian, "Rapid Solidification", reproduced in "Rapid Solidification Technology Source Book", American Society for Metals 1983, pp. 186-209 in a clear manner. The most common methods can be found in chapters by G. Haour, H. Bode, "From Melt to Wire" and RE Maringer, "Payoff Decade for Advanced Material" from the same book, pp. 111-120 and p.121-128.

Die Möglichkeit der Herstellung grösserer Gussstrukturen, wobei Halbzeug in endkonturnahen Abmessungen bei höheren Abkühlungsgeschwindigkeiten hergestellt werden kann, besteht bei den Verfahren der Sprühkompaktierung. Hier wird eine in der Regel um 50 - 150 K über die Liquidustemperatur überhitzte Schmelze meist mit Hilfe von Argon oder Stickstoff verdüst, ähnlich wie dies bei der Pulverherstellung der Fall ist. Während des Flugs wird ein wesentlicher Teil der Ueberhitzungswärme aus den Tropfen durch das Verdüsungsgas übernommen, sodass die Tropfen -entsprechend ihrer Grösse - in mehr oder weniger teilflüssigem Zustand auf das Substrat aufschlagen und dort mit dem vorgängig deponierten Material verschweissen. Das Verfahren ist grundsätzlich für die Herstellung von Flachprodukten, insbesondere aber für die Erzeugung von rotationssymmetrischem Halbzeug wie Rundstangen und Rohren geeignet, wobei das Substrat in diesen Fällen eine Rotationsbewegung mit seitlichem Versatz während des Sprühvorgangs ausführt. Da die Metalltropfen nur noch mit sehr geringer Ueberhitzung auftreffen, muss sich das Substrat, d. h. das schon vorgängig deponierte Material, auf einer ausreichend hohen Temperatur befinden, damit es noch zu einer homogenen Verschweissung kommt. Ist die Temperatur jedoch zu hoch, dann kommt es zum Aufbau einer flüssigen Schicht auf der Substrat-Oberfläche, welche einerseits in konventioneller Art langsam erstarrt und andererseits unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft vom Substrat weggeschleudert wird. Da die Ueberhitzung der aufgesprühten Metallpartikel infolge ihrer nicht uniformen Korngrössenverteilung nicht konstant ist, kommt es ohnehin auch bei optimaler Einstellung der Verfahrensparameter zur Ausbildung des sog. "Overspray". Dies ist der Anteil der Sprühpartikel, welche entweder von vornherein am Substrat vorbeifliegen oder infolge zu tiefer Temperatur von diesem weggeschleudert wird. Insbesondere bei teuren Werkstoffen führt dies zu einem unwirtschaftlichen Ausbringen, ausserdem sind die dabei in der Sprühkammer abgelagerten feinen Metallpulver in vielen Fällen infolge ihrer Explosivität und Toxizität gefährlich. Obwohl das Sprühkompaktieren gegenüber der klassischen Pulvermetallurgie den Vorteil hat, dass alle Zwischenstufen zwischen Pulververdüsung und Pulverkompaktierung entfallen - und damit Möglichkeiten der Verschmutzung der Pulveroberfläche reduziert werden - wird jedoch immer noch, wie bei der normalen Pulvermetallurgie, eine enorme Oberfläche gebildet und bei hochreaktiven Werkstoffen bzw. bei auch nur geringfügiger Verschmutzung der Gasatmosphäre in der Sprühkammer kann dies trotz der kurzen Reaktionszeiten zur Schädigung des Werkstoffs führen.The process of spray compacting offers the possibility of producing larger cast structures, whereby semi-finished products can be produced in near-net-shape dimensions at higher cooling speeds. This is usually around 50 - 150 K above the liquidus temperature superheated melt usually atomized with the help of argon or nitrogen, similar to the case with powder production. During the flight, a substantial part of the overheating heat from the drops is taken up by the atomizing gas, so that the drops - depending on their size - hit the substrate in a more or less liquid state and weld there with the previously deposited material. The method is fundamentally suitable for the production of flat products, but in particular for the production of rotationally symmetrical semi-finished products such as round bars and tubes, in which case the substrate performs a rotational movement with a lateral offset during the spraying process. Since the metal drops only hit with very little overheating, the substrate, ie the material previously deposited, must be at a sufficiently high temperature so that it is still homogeneously welded. However, if the temperature is too high, a liquid layer builds up on the substrate surface, which on the one hand slowly solidifies in a conventional manner and on the other hand is thrown off the substrate under the influence of centrifugal force. Since the overheating of the sprayed-on metal particles is not constant due to their non-uniform particle size distribution, the so-called "overspray" is formed even if the process parameters are optimally set. This is the proportion of the spray particles which either fly past the substrate from the outset or are thrown off the substrate as a result of the temperature being too low. This leads to uneconomical application, especially in the case of expensive materials, and the fine metal powders deposited in the spray chamber are dangerous in many cases due to their explosiveness and toxicity. Although spray compacting has the advantage over classic powder metallurgy that all intermediate stages between powder atomization and powder compaction are eliminated - and thus possibilities for contaminating the Powder surface can be reduced - however, as with normal powder metallurgy, an enormous surface is still formed and, in the case of highly reactive materials or even with only slight contamination of the gas atmosphere in the spray chamber, this can lead to material damage despite the short reaction times.

Ein wesentlicher Nachteil des Sprühkompaktierens besteht in der Tatsache, dass zwar die während der Flugzeit erfolgende Abkühlung bis in den Bereich der Liquidustemperatur z. B. mit einigen tausend Kelvin pro Sekunde verhältnismässig schnell erfolgt, jedoch anschliessend am Substrat, wo der kritische Bereich zwischen Liquidus- und Solidustemperatur durchlaufen wird, die Abkühlungsgeschwindigkeit nur noch in der Grössenordnung von einigen wenigen Kelvin pro Sekunde liegt. Damit sind einerseits die aus der klassischen Erstarrung bekannten Phänomene wie Seigerung sowie Lunker-und Ausscheidungsbildung, aber auch eine Vergröberung der ursprünglichen Gussmorphologie möglich. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht in der Tatsache, dass der Wärmeabzug, wie bei allen üblichen Erstarrungsverfahren, über die bereits vorgängig erstarrten Schichten erfolgt, womit der Wärmetranport mit steigender Dicke des Substrats vermindert wird, was zu nichtstationären Erstarrungsbedingungen führt. Hingegen ist ein grosser Vorteil der Sprühkompaktierungsverfahren, dass grosse Metallmengen in der Grössenordnung von mehreren Kilogramm pro Sekunde umgesetzt werden können, was die Nutzung im Rahmen grosstechnischer Halbzeug-Produktionsverfahren interessant macht. Die verfahrenstechnischen Aspekte des Sprühkompaktierens sind in einer Arbeit von W. Kahl und J. Leupp "Spray Deposition of High Performance Aluminium Alloys via the Osprey Process" in Swiss Materials 2/4 (1990), S. 17-19 in übersichtlicher Weise dargestellt.A major disadvantage of spray compacting is the fact that cooling during flight takes place down to the range of the liquidus temperature, e.g. B. takes place relatively quickly with a few thousand Kelvin per second, but then on the substrate, where the critical area between liquidus and solidus temperature is passed, the cooling rate is only in the order of a few Kelvin per second. On the one hand, this enables the phenomena known from classic solidification, such as segregation and the formation of cavities and precipitates, but also a coarsening of the original cast morphology. Another disadvantage of the method is the fact that, as with all conventional solidification processes, the heat is removed via the layers which have already solidified beforehand, so that the heat transport is reduced with increasing thickness of the substrate, which leads to non-stationary solidification conditions. On the other hand, a great advantage of the spray compacting process is that large quantities of metal in the order of several kilograms per second can be converted, which makes it interesting to use in the context of large-scale semi-finished product production processes. The process engineering aspects of spray compacting are clearly presented in a work by W. Kahl and J. Leupp "Spray Deposition of High Performance Aluminum Alloys via the Osprey Process" in Swiss Materials 2/4 (1990), pp. 17-19.

Ein gattungsgemässes Verfahren ist aus JP-A-61-119 355 bekannt. Bei diesem Verfahren werden nacheinander mehrere Schichten geschmolzenen Metalls auf die Oberseite eines über zwei Rollen geführten Bandes aufgebracht. Da mit dem Band keine sehr hohen Geschwindigkeiten erreicht werden können und die Schmelze nur durch die Schwerkraft an dasselbe angedrückt wird, ist die aufgebrachte Schicht zwangsläufig verhältnismässig dick, so dass die erwünschte sehr rasche Abkühlung der Schmelze auf diese Weise nicht erreicht werden kann. Das Verfahren eignet sich ausserdem nur zur Herstellung eines bandförmigen Laminats.A generic method is known from JP-A-61-119 355. In this process, several layers of molten metal are applied in succession to the top of a band passed over two rollers. Since very high speeds cannot be achieved with the belt and the melt is pressed onto it only by gravity, the applied layer is inevitably relatively thick, so that the desired very rapid cooling of the melt cannot be achieved in this way. The process is also only suitable for the production of a band-shaped laminate.

Gegenüber diesem bekannten gattungsgemässen Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung von Metallbändern mit äusserst rascher Abkühlung zu ermöglichen, so dass das hergestellte Metallband eine Struktur erhält, die sich aus einer raschen Fixierung eines metastabilen Zustands ergibt. Ausserdem soll es möglich sein, das Metallband unter Ausnützung der Restwärme zu dickwandigen rotationssymmetrischen Verbundkörpern zu verschweissen. Schliesslich soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben werden.Compared to this known generic method, the object of the invention is to enable the production of metal strips with extremely rapid cooling, so that the metal strip produced has a structure which results from a rapid fixation of a metastable state. In addition, it should be possible to weld the metal strip to thick-walled, rotationally symmetrical composite bodies using the residual heat. Finally, a device suitable for carrying out the method is to be specified.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet wird, gelöst.This object is achieved by the invention as characterized in the claims.

Die Erfindung erlaubt gegenüber dem bekannten gattungsgemässen Verfahren eine wesentlich höhere Geschwindigkeit des Substrats, da die Plazierung und Verteilung der Schmelze durch die Zentrifugalkraft, die sie gegen die Innenfläche presst, gesichert ist. Die gleiche Kraft sorgt auch dafür, dass die Schmelze verdichtet wird und sich sehr rasch in einer verhältnismässig dünnen Schicht über eine grössere Fläche verteilt und an das kalte Substrat - d. h. die unmittelbar vorher angelegte, nach aussen anschliessende Schicht - angepresst wird, was beste Bedingungen für eine rasche Abkühlung schafft. Diese wird weiter unterstützt durch den Umstand, dass aus der aufgebrachten Schmelze Wärme sowohl, wie erwähnt, in das durch das Aufbringen von Kühlmittel stark abgekühlte Substrat fliesst als auch an der Oberfläche durch das - vorzugsweise unmittelbar nach Erstarrung aufgebrachte - Kühlmittel entzogen wird. Dieser Wärmeentzug aus einer dünnen Schicht über beide Grenzflächen führt zu ausserordentlich hohen Abkühlgeschwindigkeiten.Compared to the known generic method, the invention permits a significantly higher speed of the substrate, since the placement and distribution of the melt is ensured by the centrifugal force that presses it against the inner surface. The same force also ensures that the melt is compressed and spreads very quickly in a relatively thin layer over a larger area and is pressed against the cold substrate - that is, the layer that was created immediately before and adjoins the outside - which creates the best conditions for rapid cooling. This is further supported by the fact that, as mentioned, heat flows from the applied melt into the substrate, which has been greatly cooled by the application of coolant, and is also removed from the surface by the coolant, preferably applied immediately after solidification. This heat removal from a thin layer over both interfaces leads to extremely high cooling rates.

Die erwähnten hohen Geschwindigkeiten des Substrats haben daneben auch den Vorteil hohen Ausstosses vor einem zwangsläufig wesentlich langsamer laufenden Band voraus.The high speeds of the substrate mentioned also have the advantage of high output in front of an inevitably much slower moving belt.

Während die Anordnung nach dem bekannten gattungsgemässen Verfahren wie erwähnt nur für die Herstellung eines Bandes geeignet ist - wobei im Gegensatz zum erfindungsgemässen Verfahren auch bei gleicher Zusammensetzung der Schichten für jede Schicht eine separate Aufbringvorrichtung erforderlich ist - kann erfindungsgemäss ein Band oder ein Verbundkörper erzeugt werden.While, as mentioned, the arrangement according to the known generic method is only suitable for the production of a tape - whereby, in contrast to the method according to the invention, a separate application device is required for each layer even with the same composition of the layers - a tape or a composite body can be produced according to the invention.

Aus der JP-A-57-156 863 ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei welchem die erstarrende Schmelze auf die Aussenseite einer radförmigen Giessform aufgebracht wird, das sie dabei von dieser Seite her beheizt, während sie nur an der Aussenseite durch Aufspritzen von Wasser gekühlt wird. Die Substratfläche wird dabei stets von einem Teil der Umfangsfläche der Giessform gebildet. Aufeinanderfolgende Schichten und Wechselwirkung zwischen solchen gibt es nicht. Zweck des Verfahrens ist die Herstellung einer monokristallinen Struktur durch Einstellung eines etwa konstanten Temperaturgradienten.Another method is known from JP-A-57-156 863, in which the solidifying melt is applied to the outside of a wheel-shaped casting mold, which heats it from this side, while cooling it only by spraying water on the outside becomes. The substrate surface is always part of the Circumferential surface of the mold is formed. There are no successive layers and interaction between them. The purpose of the method is to produce a monocrystalline structure by setting an approximately constant temperature gradient.

Aus JP-A-57-070 062 schliesslich ist ein Verfahren bekannt, bei welchem Schmelze gegen eine rotierende Innenfläche geleitet wird, doch wird Kühlmittel nicht auf den entstehenden Metallstreifen oder besser Metalldraht aufgebracht, sondern vor dem Aufbringen der Schmelze in die Nut gespritzt. Es erfolgt also nur einseitige Kühlung. Der Draht macht auch keine vollständige Umdrehung mit, sondern wird vor der Stelle, an welcher Kühlmittel eingespritzt wird, durch Pressluft in axialer Richtung abgelenkt und abgezogen, ein Vorgang, der mit einigen Schwierigkeiten verbunden sein und die Herstellung breiterer Bänder ausschliessen dürfte. Eine Wechselwirkung zwischen nacheinander entstandenen Abschnitten des so erzeugten Bandes ist offensichtlich ausgeschlossen.Finally, from JP-A-57-070 062 a method is known in which melt is directed against a rotating inner surface, but coolant is not applied to the resulting metal strip or better metal wire, but is injected into the groove before the melt is applied. So there is only one-sided cooling. The wire does not go through a complete revolution either, but is deflected and drawn off by compressed air in the axial direction in front of the point at which coolant is injected, a process which may involve some difficulties and should preclude the production of wider strips. An interaction between successive sections of the tape thus produced is obviously impossible.

Erfindungsgemäss wird in ähnlicher Weise wie beim Schmelzspinnverfahren eine überhitzte Metallschmelze in Form eines mehr oder weniger geschlossenen Strahls vorzugsweise auf die Innenfläche eines rotierenden und im wesentlichen rotationssymmetrischen Formhohlraums aufgebracht, ähnlich wie beim Schleuderguss. In Abweichung vom Schmelzspinnen, wo die Wärme ausschliesslich von der rotierenden Kühlwalze entzogen wird, erfolgt der Wärmeentzug beim vorliegenden Verfahren hauptsächlich durch Wärmeübergang in ein flüssiges Kühlmedium, welches an einer Stelle ungefähr in derselben Drehebene, jedoch um einen bestimmten Drehwinkel gegenüber dem Ort der Metallaufbringung Versetzt auf den soeben deponierten Metallfilm aufgespritzt wird und dort einen Kühlmittelfilm bildet. Beide Filme entstehen dabei einerseits unter der Wirkung der mechanischen Beschleunigungen an den Orten ihrer Aufbringung, den Wärmeübergangsbedingungen in die im Laufe der letzten Umdrehung gebildeten Metallschicht und zwischen den Filmen sowie insbesondere in Abhängigkeit von den Temperaturen der am Stofftransport beteiligten Oberflächen sowie den physikalischen Eigenschaften der beteiligten Phasen wie Wärmeleitfähigkeit, Dichte, Erstarrungsbereich, Unterkühlungsbedingungen usw.According to the invention, in a manner similar to the melt spinning process, an overheated metal melt in the form of a more or less closed jet is preferably applied to the inner surface of a rotating and essentially rotationally symmetrical mold cavity, similar to centrifugal casting. Deviating from melt spinning, where the heat is extracted exclusively from the rotating cooling roller, the heat removal in the present process takes place mainly by heat transfer into a liquid cooling medium which at one point is offset approximately at the same rotation level, but by a certain angle of rotation with respect to the location of the metal application is sprayed onto the metal film just deposited and forms a coolant film there. Both films are created on the one hand under the effect of the mechanical accelerations at the locations where they are applied, the heat transfer conditions in the metal layer formed in the course of the last revolution and between the films, and in particular as a function of the temperatures of the surfaces involved in mass transfer and the physical properties of those involved Phases such as thermal conductivity, density, solidification range, supercooling conditions etc.

Bei der Flüssigkühlung können drei Bereiche unterschieden werden. Bei Temperaturen unterhalb des Siedepunkts des Kühlmittels ist im allgemeinen eine hohe Kühlwirkung erzielbar, da der Wärmeübergang unmittelbar in die flüssige Phase mit ihrer verhältnismässig hohen Dichte und Wärmekapazität erfolgt. Wird die Temperatur in einen Bereich oberhalb der Siedetemperatur erhöht, so gelangt man in einen zweiten Bereich, wo das Leydenfrost'sche Phänomen auftritt: an der Phasengrenze kommt es durch partielle Verdampfung des Kühlmittels zur Ausbildung eines Dampffilms, welcher den direkten Kontakt der Metallphase mit dem flüssigen Kühlmittel unterbindet. Der Wärmeübergang kann demzufolge um Zehnerpotenzen abfallen. In einen dritten - und im Sinne der vorliegenden Erfindung entscheidenden - Bereich gelangt man, wenn die flüssige Kühlphase gegenüber der zu kühlenden heissen Oberfläche einerseits einen grossen Temperaturgradienten und andererseits eine hohe Relativgeschwindigkeit aufweist. Durch die damit verbundenen turbulenten Verhältnisse an der Phasengrenze des Kühlmittels gegen die zu kühlende Fläche kann sich kein Dampffilm ausbilden, womit die volle Kühlleistung direkt in die Kühlflüssigkeit gewährleistet ist. Solche Bedingungen herrschen beim Flüssiggas-Verdüsungsverfahren, wo eine Schmelze von einem schnell bewegten Strahl eines tiefkalten verflüssigten Gases in kleine Pulverpartikel zerstäubt wird. Praktische Versuche haben gezeigt, dass bei diesem Verfahren Wärmeübergangskoeffizienten auftreten, welche diejenigen des Schmelzspinnverfahrens wesentlich übertreffen können.Three areas can be distinguished in liquid cooling. A high cooling effect can generally be achieved at temperatures below the boiling point of the coolant, since the heat transfer directly into the liquid phase with its relatively high density and Heat capacity takes place. If the temperature is raised to a range above the boiling point, a second range is reached, where the Leydenfrost phenomenon occurs: at the phase boundary, partial evaporation of the coolant leads to the formation of a vapor film, which directly contacts the metal phase with the prevents liquid coolant. The heat transfer can therefore decrease by powers of ten. A third area, which is decisive in the sense of the present invention, is reached when the liquid cooling phase has a large temperature gradient on the one hand and a high relative speed compared to the hot surface to be cooled. Due to the turbulent conditions at the phase boundary of the coolant against the surface to be cooled, no vapor film can form, which guarantees the full cooling capacity directly in the coolant. Such conditions prevail in the liquid gas atomization process, where a melt is atomized into small powder particles by a rapidly moving jet of cryogenic liquefied gas. Practical tests have shown that heat transfer coefficients occur in this process, which can significantly exceed those of the melt spinning process.

Zu den klassischen Schmelzspinnverfahren besitzt das erfindungsgemässe Verfahren insbesondere zwei wesentliche Unterschiede: zum einen wird zwar ein Teil der Wärme des frisch aufgebrachten Metallfilms in eine darunterliegende feste Metallschicht überführt, jedoch handelt es sich bei diesem Metall um den im Laufe der letzten Umdrehung gebildeten Gusskörper, zum anderen wird ein wesentlicher Teil der Wärme direkt an das flüssige Kühlmedium abgegeben. Als zusätzliches, jedoch nicht wesentliches Verfahrensmerkmal kann die Tatsache gewertet werden, dass beide Filme, d. h. Metall und Kühlmittel unter der Wirkung der Zentrifugalbeschleunigung auf die jeweils untenliegende Schicht gepresst werden, was zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs führt.The method according to the invention has two main differences from the classic melt spinning processes: on the one hand, part of the heat of the freshly applied metal film is transferred to an underlying solid metal layer, but this metal is the cast body formed in the course of the last revolution, on the one hand others, a substantial part of the heat is given off directly to the liquid cooling medium. An additional, but not essential, process feature is the fact that both films, ie metal and coolant, are pressed under the effect of centrifugal acceleration on the respective underlying layer, which improves the Leads heat transfer.

Das erfindungsgemässe Verfahren grenzt sich auch eindeutig gegen den konventionellen Schleuderguss durch die Tatsache ab, dass die Erstarrung der im Laufe einer Umdrehung aufgebrachten Schmelze im wesentlichen während dieser Umdrehung erfolgt.The method according to the invention also clearly distinguishes itself from conventional centrifugal casting by the fact that the solidification of the melt applied in the course of one revolution takes place essentially during this revolution.

Je nach Ausmass des Wärmeanteils, welcher in das flüssige Kühlmedium direkt übergeht, ergeben sich wesentliche und differentielle Auswirkungen auf Form und Gefüge des entstehenden Gussprodukts. Wird die zugeführte Metallmenge im Verhältnis zur Umdrehungsgeschwindigkeit geringer gewählt, etwa wie dies beim Schmelzspinnen der Fall ist, dann entstehen bei Umfanggeschwindigkeiten z. B. im Bereich von 50 - 100 m/sec Bänder mit einer Dicke in der Grössenordnung um 0.05 mm. Wird nun das Kühlmittel kurz nach Erzeugung des Metallfilms aufgebracht und die Kühlwirkung während einer längeren Zeit im Laufe der weiteren Umdrehung aufrechterhalten, dann gelangt ein wesentlicher Teil der Wärme der frisch aufgebrachten Metallschicht in das flüssige Kühlmedium, welches diese Wärme unter Verdampfung absorbiert. Bei Vollendung der Drehung ist das Kühlmittel völlig verdampft, sodass die neue Metallfilmbildung auf einer sauberen und tiefkalten Substratfläche stattfinden kann. Da die Wärmemenge im Film für ein Anschweissen an der letzten Metallschicht nicht ausreicht, entsteht auf diese Weise ein "Coil", d. h. eine "sich selbst aufspulende" Bandwicklung. Die dabei erzielten Abkühlungsgeschwindigkeiten können bis in die Grössenordnung von hunderten Millionen Kelvin pro Sekunde gehen.Depending on the extent of the amount of heat that passes directly into the liquid cooling medium, there are significant and differential effects on the shape and structure of the resulting cast product. If the amount of metal supplied is chosen to be lower in relation to the rotational speed, for example as is the case with melt spinning, then at peripheral speeds z. B. in the range of 50 - 100 m / sec tapes with a thickness of the order of 0.05 mm. If the coolant is applied shortly after the metal film has been produced and the cooling effect is maintained for a longer period during the further rotation, then a substantial part of the heat of the freshly applied metal layer reaches the liquid cooling medium, which absorbs this heat with evaporation. When the rotation is complete, the coolant has completely evaporated so that the new metal film formation can take place on a clean and cryogenic substrate surface. Since the amount of heat in the film is not sufficient for welding to the last metal layer, a "coil" is created in this way. H. a "self-winding" tape winding. The cooling rates achieved in this way can be of the order of hundreds of millions of Kelvin per second.

Soll entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren nicht ein Band, sondern ein dickerer, im wesentlichen rotationssymmetrischer Körper z. B. in Form eines Ringes hergestellt werden, dann kann grundsätzlich die oben beschriebene Arbeitsweise eingesetzt werden, jedoch wird im Verhältnis zur Metallmenge eine geringere Menge des Kühlmittels eingesetzt, wobei Metallmenge und Drehbewegung bevorzugt so aufeinander abgestimmt werden, dass der aufgebrachte Metallfilm in der Regel eine Dicke oberhalb von 0.2 mm hat. Auch ist es bei dieser Arbeitsweise von Vorteil, wenn der Zeitpunkt der Aufbringung des Kühlmittels gegenüber dem obigen Beispiel verzögert ist. Auf diese Weise setzt die Kühlwirkung einerseits später ein, sodass der frisch aufgebrachte Film mehr Zeit zur Verschweissung mit der zuletzt aufgebrachten Schicht hat, andererseits sorgt die im Verhältnis zur Metallmenge reduzierte Menge des Kühlmittels dafür, dass die Kühlwirkung nach völliger Verdampfung des Kühlmittels plötzlich abbricht, sodass im verschweissten Film eine höhere Restwärme verbleibt, welche im Rahmen der nächsten Filmaufbringung eine erfolgreiche Schweissung begünstigt.According to the inventive method not a band, but a thicker, substantially rotationally symmetrical body z. B. be made in the form of a ring, then basically the procedure described above can be used, but in A smaller amount of the coolant is used in relation to the amount of metal, the amount of metal and the rotational movement preferably being matched to one another in such a way that the applied metal film generally has a thickness above 0.2 mm. It is also advantageous with this method of operation if the time at which the coolant is applied is delayed compared to the example above. In this way, the cooling effect starts later, so that the freshly applied film has more time to weld with the last layer applied, on the other hand, the reduced amount of coolant in relation to the amount of metal ensures that the cooling effect suddenly stops after the coolant has completely evaporated, so that a higher residual heat remains in the welded film, which favors a successful welding in the next film application.

Die Verhältnisse bei dieser Verschweissung führen also zu einer Art "Giesslaminat" und liegen zwischen der langsamen Erstarrung beim oben beschriebenen Sprühkompaktieren sowie der schnellen Erstarrung bei Sonderverfahren, wie dem Plasmaspritzen oder einer Laserbehandlung. Während beim Sprühkompaktieren eine Verschweissung der verhältnismässig kalten Metalltropfen nur mit einem heissen Substrat möglich ist, können bei den hochenergetischen Oberflächenbehandlungen auch dünne Schichten mit einer kalten Grundschicht verbunden werden, da die hohe örtliche Energiedichte zu einer Verschweissung führt, bevor wesentliche Teile der Schmelzwärme für den Verschweissungsprozess nutzlos in tiefere Bereiche des Substrats dissipieren können.The conditions in this welding thus lead to a type of "cast laminate" and lie between the slow solidification in the spray compacting described above and the rapid solidification in special processes, such as plasma spraying or laser treatment. While the comparatively cold metal drops can only be welded with a hot substrate during spray compacting, thin layers can also be combined with a cold base layer in the case of the high-energy surface treatments, since the high local energy density leads to welding before essential parts of the heat of fusion for the welding process can uselessly dissipate into deeper areas of the substrate.

Gegenüber dem Sprühkompaktieren ergibt sich noch ein anderer wesentlicher Vorteil beim erfindungsgemässen Verfahren. Während beim Sprühkompaktieren eine grosse Anzahl kleiner Tropfen mit einer riesigen kumulativen Oberfläche gebildet werden, welche mit Verunreinigungen der Atmosphäre der meist voluminösen und komplexen Sprühkammer während längerer Zeit bei verhältnismässig hohen Temperaturen reagieren können, ist die spezifische Oberfläche eines geschlossenen Films wesentlich kleiner und zudem ist die Reaktionsmöglichkeit aufgrund der kurzen Aufbringungsdistanz sowie der höheren Abkühlungsgeschwindigkeit stark eingeschränkt. Von grosser Bedeutung ist jedoch ein weiterer Vorteil: während beim Sprühkompaktieren ein Teil des Werkstoffs als sog. "Overspray" verloren geht, ergibt sich beim erfindungsgemässen Verfahren weitgehend ein volles Ausbringen der Schmelzenmenge im produzierten Produkt.Compared to spray compacting, there is another significant advantage in the method according to the invention. While spray compacting, a large number of small drops are formed with a huge cumulative surface, which contaminates the atmosphere of the usually voluminous and complex spray chamber The specific surface area of a closed film is considerably smaller and can react for a longer period of time at relatively high temperatures. In addition, the reaction time is very limited due to the short application distance and the higher cooling rate. However, a further advantage is of great importance: while part of the material is lost as so-called “overspray” during spray compacting, the process according to the invention largely results in a full application of the melt quantity in the product produced.

Im folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren sowie Vorrichtungen zu seiner Durchführung anhand von Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen

Fig. 1
den grundsätzlichen Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens anhand einer im Querschnitt dargestellten ersten Ausführungsform einer entsprechenden Vorrichtung,
Fig. 2
einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3a - 3c
radiale Temperaturprofile, wie sie bei einer ersten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens auftreten,
Fig. 4a - 4c
radiale Temperaturprofile, wie sie bei einer zweiten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens auftreten,
Fig. 5
eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im Querschnitt,
Fig. 6
eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im Querschnitt,
Fig. 7
eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im Querschnitt,
Fig. 8
eine fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im Querschnitt,
Fig. 9
eine sechste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im Längsschnitt,
Fig. 10a
eine erste spezielle Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens anhand einer entsprechenden Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 10b, 10c
zwei Phasen der Ausführungsform des Verfahrens gemäss Fig. 10a im Detail anhand von Längsschnitten,
Fig. 11a
eine zweite spezielle Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens anhand einer entsprechenden Vorrichtung in perspektivischer Darstellung und
Fig. 11b
die Ausführungsform des Verfahrens gemäss Fig. 11a im Detail anhand eines Längsschnitts.
The method according to the invention and devices for carrying it out are explained in more detail below with reference to figures which illustrate exemplary embodiments.
Show it
Fig. 1
the basic sequence of the method according to the invention on the basis of a first embodiment of a corresponding device shown in cross section,
Fig. 2
2 shows a section along the line II-II in FIG. 1,
3a-3c
radial temperature profiles, such as occur in a first variant of the method according to the invention,
4a-4c
radial temperature profiles as they occur in a second variant of the method according to the invention,
Fig. 5
a second embodiment of a device for performing the method according to the invention in cross section,
Fig. 6
a third embodiment of a device for performing the method according to the invention in cross section,
Fig. 7
a fourth embodiment of a device for performing the method according to the invention in cross section,
Fig. 8
a fifth embodiment of a device for performing the method according to the invention in cross section,
Fig. 9
6 shows a sixth embodiment of a device for carrying out the method according to the invention in longitudinal section,
Fig. 10a
a first special embodiment of the method according to the invention using a corresponding device in a perspective view,
10b, 10c
two phases of the embodiment of the method according to FIG. 10a in detail using longitudinal sections,
Fig. 11a
a second special embodiment of the inventive method based on a corresponding device in perspective and
Fig. 11b
the embodiment of the method according to FIG. 11a in detail using a longitudinal section.

Fig. 1 und 2 zeigen im Querschnitt bzw. Längsschnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung. Dabei rotiert ein zylindrischer Formkörper 1 in Richtung eines Pfeils 2 um eine Rotationsachse, wobei die Drehbewegung innerhalb von auf Achsen 3 gelagerten Rollen 4 erfolgt, von denen stellvertretend zwei im Bild gezeigt sind. Mindestens eine dieser Rollen muss als Antriebsrolle ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall und auch in den folgenden Bildern ist die Drehachse horizontal angeordnet, jedoch ist auch im Sinne der Erfindung ohne weiteres eine vertikale Anordnung möglich, da die Erdbeschleunigung im Vergleich zur Rotationsbeschleunigung nur einen geringen Einfluss besitzt. An einer Giessstelle 5 trifft ein Strahl 6 von überhitzter Schmelze auf die Innenfläche der im Rahmen der letzten Umdrehung gebildeten äussersten Metallschicht 7, wobei ein flüssiger Metallfilm 8 gebildet wird.1 and 2 show in cross section or longitudinal section an embodiment of a device according to the invention. Here, a cylindrical molded body 1 rotates in the direction of an arrow 2 about an axis of rotation, the rotary movement taking place within rollers 4 mounted on axes 3, two of which are shown as representatives. At least one of these roles must be designed as a drive role. In the present case and also in the following pictures, the axis of rotation is arranged horizontally, however, a vertical arrangement is also easily possible in the sense of the invention, since the acceleration due to gravity has only a slight influence compared to the acceleration due to rotation. At a casting point 5, a jet 6 of overheated melt strikes the inner surface of the outermost metal layer 7 formed in the course of the last revolution, a liquid metal film 8 being formed.

Der Strahl 6 entstammt der in einem Behälter 9 befindlichen Schmelze 10, wobei es sich bei dem Behälter 9 entweder um einen Schmelz- oder Warmhalteofen oder auch nur um einen unbeheizten Zwischenbehälter zur Aufnahme der überhitzten Schmelze handeln kann. Eine Austrittsöffnung für die Schmelze in Form einer Giessdüse 11 kann analog den Verhältnissen beim Schmelzspinnen sowohl in Bezug auf ihre Form wie auch auf ihre Anordnung relativ zur Giessstelle 5 so ausgebildet sein, dass für die Filmbildung optimale hydrodynamische Bedingungen entstehen. Dabei kann die Giessdüse 11 einen kreisförmigen oder auch einen von der Kreisform abweichenden, z. B. rechteckigen Querschnitt haben. Auch ist es - wie bei den Schmelzspinnverfahren bekannt - durchaus möglich, zur Erzeugung breiterer Band-oder Ringstrukturen mehrere Giessdüsen 11 parallel zu schalten. Darüber hinaus kann die Schmelze 10 im Behälter 9 mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden, sodass sie mit einer gewünschten Geschwindigkeit oder Menge pro Zeiteinheit aus der Giessdüse 11 austritt, wobei gleichzeitig erreicht werden kann, dass die Schmelze vor Kontakt mit der Aussenatmosphäre geschützt wird.The jet 6 originates from the melt 10 located in a container 9, wherein the container 9 can either be a melting or holding furnace or just an unheated intermediate container for receiving the overheated melt. An outlet opening for the melt in the form of a pouring nozzle 11 can be designed analogously to the conditions during melt spinning, both in terms of its shape and in terms of its arrangement relative to the casting point 5, in such a way that optimal hydrodynamic conditions arise for the film formation. The pouring nozzle 11 can be a circular or a different from the circular shape, for. B. have a rectangular cross-section. As is known in the melt spinning process, it is also entirely possible to connect a plurality of casting nozzles 11 in parallel in order to produce wider band or ring structures. In addition, a certain pressure can be applied to the melt 10 in the container 9, so that it emerges from the pouring nozzle 11 at a desired speed or quantity per unit of time, it being possible at the same time for the melt to precede Contact with the outside atmosphere is protected.

Der Strahl 6 kann, wie dargestellt, ähnlich wie beim Schmelzspinnen im wesentlichen geschlossen gegen die Giessstelle 5 geleitet werden oder ähnlich wie beim Sprühkompaktieren durch einen Strom eines fluiden, vorzugsweise gasförmigen Mediums in Tropfen aufgelöst werden. Im ersteren Fall ergibt sich eine geringere Oberfläche der Schmelze mit entsprechend geringeren Reaktionsmöglichkeiten derselben mit der umgebenden Atmosphäre, im letzteren Fall ein gleichmässigeres Aufbringen der Schmelze. Im Gegensatz zum Sprühkompaktieren dient die Aufspaltung des Strahls 6 jedoch nicht der raschen Abkühlung unter die Erstarrungstemperatur, die Tropfen sollen flüssig bleiben.The jet 6, as shown, can be directed towards the casting point 5 essentially as in melt spinning or, similarly to spray compacting, can be dissolved in drops by a stream of a fluid, preferably gaseous medium. In the former case there is a smaller surface of the melt with correspondingly fewer reaction possibilities of the same with the surrounding atmosphere, in the latter case a more even application of the melt. In contrast to spray compacting, the splitting of the jet 6 is not used for rapid cooling below the solidification temperature, the drops should remain liquid.

Kühlflüssigkeit, z. B. flüssiger Stickstoff, wird aus Kühldüsen 12a,b an Stellen 13a,b auf den Metallfilm 8 aufgebracht, wobei sie jeweils einen Kühlmittelfilm 14 auf demselben bildet, welcher an einer Stelle 15 völlig verdampft ist. In vielen Fällen genügt eine einzige Kühldüse. Wie im Falle der Metallschmelze, so kann auch das Kühlmittel aus mehreren nebeneinander angeordneten Düsen aufgebracht werden, falls ein breiterer Metallfilm 8 erwünscht ist. Die dafür jeweils nötigen Vorrichtungsteile müsste man sich in Fig. 1 deckungsgleich hinter den dargestellten Teilen aufgereiht denken. Sie würden analoge Funktionen wie diese erfüllen. Der Metallfilm 8 ist im vorliegenden Beispiel an einer Stelle 16 völlig erstarrt. In den meisten Fällen befindet sich die Stelle 16 in Drehrichtung vor der Kühlstelle 13, sodass das flüssige Kühlmittel nur mit dem völlig erstarrten Metallfilm 8 in Kontakt kommt.Coolant, e.g. B. liquid nitrogen, is applied from cooling nozzles 12a, b at points 13a, b to the metal film 8, each forming a coolant film 14 thereon, which is completely evaporated at a point 15. In many cases, a single cooling nozzle is sufficient. As in the case of molten metal, the coolant can also be applied from a plurality of nozzles arranged next to one another if a wider metal film 8 is desired. The device parts required for this would have to be congruent in FIG. 1 lined up behind the parts shown. They would perform analog functions like this. The metal film 8 is completely solidified at a point 16 in the present example. In most cases, the point 16 is in the direction of rotation in front of the cooling point 13, so that the liquid coolant only comes into contact with the completely solidified metal film 8.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der zylindrische Formkörper 1 an seiner Innenwand eine nutartige Vertiefung aufweist, welche durch eine fest mit der Innenwand verbundene Seitenwand 17a und eine entfernbare Seitenwand 17b seitlich begrenzt wird. In diese Vertiefung wird die Schmelze 10 aus der Giessdüse 11 in Form eines Strahls 6 an der Giessstelle 5 unter Bildung des Metallfilms 8 auf die innerste Metallschicht 7 der schon im Laufe der vorherigen Umdrehungen gebildeten Metallschichten aufgebracht.It can be seen from FIG. 2 that the cylindrical molded body 1 has a groove-like depression on its inner wall, which is formed by a side wall 17a firmly connected to the inner wall and a removable side wall 17b is limited laterally. In this recess, the melt 10 is applied from the pouring nozzle 11 in the form of a jet 6 at the pouring point 5 to form the metal film 8 on the innermost metal layer 7 of the metal layers already formed in the course of the previous revolutions.

Fig. 3a - c zeigen drei typische Phasen bei einer ersten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens, der Herstellung eines schnell erstarrenden Bandes in einem Diagramm, welches das radiale Temperaturprofil über mehrere Schichten zeigt.3a-c show three typical phases in a first variant of the method according to the invention, the production of a rapidly solidifying strip in a diagram which shows the radial temperature profile over several layers.

Dabei wird in Fig. 3a der Moment gezeigt, wo soeben ein neuer Metallfilm 8 mit einer Schmelze der Ueberhitzungstemperatur T1 aufgebracht wurde, was durch das Kurvenstück 18 dargestellt wird. Der Temperaturabfall 19 repräsentiert den Wärmeübergangswiderstand zu der im Laufe der letzten Umdrehung entstandenen und erstarrten innersten Metallschicht 7, deren Temperatur durch das Kurvenstück 20 dargestellt wird. Auch die nächstuntere Schicht - Kurvenstück 21 - zeigt einen schroffen Temperaturabfall zum Kurvenstück 20. In allen Fällen wird dieser schroffe Temperaturabfall durch die Existenz eines Luftspalts verursacht, d. h. durch die Tatsache, dass es - im Sinne der Bandherstellung - nicht zur Verschweissung gekommen ist.3a shows the moment at which a new metal film 8 with a melt of superheating temperature T 1 has just been applied, which is represented by the curve piece 18. The temperature drop 19 represents the heat transfer resistance to the innermost metal layer 7, which has formed and solidified in the course of the last revolution, the temperature of which is represented by the curve piece 20. The next lower layer - curve piece 21 - also shows a sharp drop in temperature to curve piece 20. In all cases, this sharp drop in temperature is caused by the existence of an air gap, ie by the fact that - in the sense of the strip production - no welding has occurred.

Fig. 3b zeigt eine rasch darauf folgende Phase, kurz nach Aufbringen des flüssigen Kühlmittelfilms 14 mit einer Temperatur T3 auf die Oberfläche des zumindestens teilweise erstarrten Metallfilms 8. Die infolge der ursprünglichen Ueberhitzung in Fig. 3a gezeigte hohe Temperatur des Kurvenstücks 18 hat sich nun, durch Wärmeübergang an die angrenzende innerste Metallschicht 7, insbesondere jedoch durch Wärmeübergang in den Kühlmittelfilm 14 stark abgesenkt, wobei der Metallfilm 8 in einer Zone 8b unter die Erstarrungstemperatur T2 abgekühlt und somit völlig erstarrt ist. Zwar hat sich während des ganzen Vorgangs die Temperatur der innersten Metallschicht 7 entsprechend Kurvenstück 20 etwas erhöht, jedoch reicht die Wärme in der flüssigen Restzone 8a nicht aus, um eine Verschweissung mit der angrenzenden innersten Metallschicht 7 herbeizuführen.3b shows a phase which follows quickly, shortly after the application of the liquid coolant film 14 with a temperature T 3 to the surface of the at least partially solidified metal film 8. The high temperature of the curve piece 18 shown in FIG. 3a as a result of the initial overheating has now increased , greatly reduced by heat transfer to the adjacent innermost metal layer 7, but in particular by heat transfer into the coolant film 14, the metal film 8 cooling in a zone 8b below the solidification temperature T 2 and thus being completely solidified. During the whole process, the The temperature of the innermost metal layer 7 is increased somewhat in accordance with curve piece 20, but the heat in the liquid residual zone 8a is not sufficient to bring about welding with the adjacent innermost metal layer 7.

Fig. 3c zeigt eine Phase unmittelbar vor Ende einer Umdrehung, kurz vor Aufbringung des nächsten überhitzten Metallfilms 8 entsprechend Fig. 3a. Die Temperatur des Metallfilms 8 kann in dieser Phase so weit abgesunken sein, dass der Wärmestrom sich umkehrt, d. h. die schon vorher gebildeten Metall schichten geben Wärme an den letztgebildeten Metallfilm 8 abgeben. Es ist klar, dass zwischen Fig. 3c und Fig. 3a, d. h. dem Beginn des nächsten Zyklus mindestens so viel Zeit verstreichen muss, dass der Kühlmittelfilm 14 vollständig verdampft ist. Da das erfindungsgemässe Verfahren einerseits ähnlich wie Schmelzspinnverfahren die Wärme der überhitzten Schmelze an ein Metallsubstrat abgibt, zusätzlich jedoch einen wesentlichen Teil der Warme in das flüssige tiefkalte Kühlmittel überführt, ergeben sich potentiell höhere Abkühlungsgeschwindigkeiten.3c shows a phase immediately before the end of a revolution, shortly before the next superheated metal film 8 is applied, in accordance with FIG. 3a. The temperature of the metal film 8 may have dropped so far in this phase that the heat flow is reversed, i. H. The previously formed metal layers give off heat to the last-formed metal film 8. It is clear that between Fig. 3c and Fig. 3a, i.e. H. At least so much time must elapse from the beginning of the next cycle that the coolant film 14 has completely evaporated. Since the process according to the invention, on the one hand, similar to melt spinning processes, gives off the heat of the overheated melt to a metal substrate, but additionally transfers a substantial part of the heat into the liquid cryogenic coolant, there are potentially higher cooling rates.

Fig. 4a - c zeigen drei Phasen bei einer zweiten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens, der Herstellung eines aus Bändern fortlaufend verschweissten Verbundkörpers quasi in Form eines gegossenen Schichtverbund-Werkstoffs.4a-c show three phases in a second variant of the method according to the invention, the production of a composite body continuously welded from strips, in the form of a cast layered composite material.

Dabei wird in Fig. 4a ein überhitzter Metallfilm 8 mit der Temperatur T1 entsprechend dem Kurvenstück 18 der Temperaturkurve aufgebracht. Da es noch nicht zur Verschweissung mit der innersten Metallschicht 7 gekommen ist, besteht ein starker Temperaturabfall entsprechend Kurvenstück 19 zur Temperatur der letzten Schicht entsprechend Kurvenstück 20. Der nach beiden Seiten abfallende Verlauf der Temperaturkurve 20 ergibt sich aus der Tatsache, dass in diesem Bereich das Wärmezentrum der Erstarrung im Laufe der letzten Umdrehung lag. Die Wärme fliesst nun von beiden Seiten in die Senke zwischen Kurvenstücken 19 und 20, sodass es zu einer raschen Aufheizung der Oberfläche der innersten Metallschicht 7 kommt.In this case, an overheated metal film 8 with the temperature T 1 corresponding to the curve piece 18 of the temperature curve is applied in FIG. 4a. Since the innermost metal layer 7 has not yet been welded, there is a sharp drop in temperature corresponding to curve piece 19 to the temperature of the last layer corresponding to curve piece 20. The course of the temperature curve 20, which decreases on both sides, results from the fact that in this area the Heat center of solidification in the course of the last revolution. The heat now flows into the sink from both sides Curve pieces 19 and 20, so that the surface of the innermost metal layer 7 heats up rapidly.

Fig. 4b zeigt den Moment unmittelbar vor der Verschweissung. Die Temperatur der zuletzt erstarrten innersten Metallschicht 7 entspricht nun fast dem Schmelzpunkt, diejenige des flüssigen Metallfilms 8 liegt immer noch oberhalb der Liquidustemperatur T2.4b shows the moment immediately before the welding. The temperature of the last solidified innermost metal layer 7 now almost corresponds to the melting point, that of the liquid metal film 8 is still above the liquidus temperature T 2 .

Fig. 4c zeigt einen Zeitpunkt einige Zeit nach der Verschweissung, gerade zu Beginn der Aufbringung des flüssigen Kühlmittelfilms 14. Nicht mehr sichtbar ist ein Randbereich der innersten Metallschicht 7, welcher kurzzeitig nochmals aufgeschmolzen wurde, da derselbe inzwischen ebenso wie der neu aufgebrachte Metallfilm 8 erstarrt ist. Infolge der Verschweissung geht die erstarrte Randzone 8 schliesslich ohne Uebergang in die innerste Metallschicht 7 über, was sich im stetigen Verlauf des Kurvenasts 20 der Temperaturkurve manifestiert.4c shows a point in time some time after the welding, precisely at the start of the application of the liquid coolant film 14. An edge region of the innermost metal layer 7 is no longer visible, which was melted again for a short time since the same has now solidified, just like the newly applied metal film 8 is. As a result of the welding, the solidified edge zone 8 finally merges into the innermost metal layer 7, which manifests itself in the continuous course of the curve branch 20 of the temperature curve.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, welche Einrichtungen zur Aufbringung von zwei Schmelzen 10a und 10b in Serie im Laufe einer Umdrehung als Metallfilme 8a und 8b aufweist, die anschliessend im Zusammenhang mit Fig. 4a - c erläutert miteinander verschweissen, was durch entsprechende Dosierung des Kühlmittels an der Kühlstelle 13 bewirkt wird. Hinter der Giessstelle 5b erfolgt die nicht gezeigte Aufbringung eines weiteren Kühlmittelfilms mit intensiverer Kühlwirkung. Aufgrund dieser intensiven Kühlwirkung kommt es nur zur Verschweissung der beiden Metallschichten 7a und 7b, jedoch nicht mit der darunterliegenden Metallschicht 7c. Ist die Zusammensetzung der beiden Metallschichten 7a und 7b identisch, so wird auf diese Weise ein dickeres Band bei hoher Abkühlungsgeschwindigkeit erzeugt. Ist die Zusammensetzung dieser Schichten verschieden, so erhält man ein Bimetallband. Selbstverständlich können auch mehr als zwei flüssige Metallfilme in Folge aufgebracht werden, sodass anstelle eines Bimetalls Bänder komplexeren Aufbaus entstehen.FIG. 5 shows an embodiment of a device according to the invention, which has devices for applying two melts 10a and 10b in series in the course of one revolution as metal films 8a and 8b, which are then explained in connection with FIGS. 4a-c, which are welded together by corresponding means Metering of the coolant at the cooling point 13 is effected. A further coolant film with a more intensive cooling effect is applied behind the casting point 5b. Because of this intensive cooling effect, only the two metal layers 7a and 7b are welded, but not to the metal layer 7c underneath. If the composition of the two metal layers 7a and 7b is identical, a thicker strip is produced in this way at a high cooling rate. If the composition of these layers is different, a bimetallic strip is obtained. Of course, more than two liquid metal films are applied in succession, so that instead of a bimetal strips of more complex structure are created.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, welche speziell für die Herstellung dünner, schnell erstarrter Bänder geeignet ist. In Analogie zum Schmelzspinnverfahren ist dabei die Distanz 22 zwischen der Giessstelle 5 und der Austrittsöffnung der Giessdüse 11 möglichst konstant zu halten. Da im Gegensatz zu den Schmelzspinnverfahren die im Laufe der letzten Umdrehung produzierte innerste Metallschicht 7 als Substrat verwendet wird, kommt es zu einer laufenden Verschiebung der Giessstelle 5 bezüglich der ursprünglichen Oberfäche des Formkörpers 1. Die konstante Distanz 22 wird im vorliegenden Beispiel eingehalten, indem eine Distanzrolle 23 auf der zuletzt gebildeten innersten Metallschicht 7 abrollt, welche über eine Haltevorrichtung 24 den Behälter 9 mit der Metallschmelze 10 verschiebt, sodass die Giessdüse 11 die Bewegung des Wicklungsaufbaus mitmacht. In Abweichung von dieser mechanischen Regelung ist es natürlich auch denkbar, den Abstand der Giessdüse 11 von der Giessstelle 5 über eine elektronische Messonde festzustellen, wobei ein Regelkreis dafür sorgt, dass die Position der Giessdüse 11 etwa über ein elektromechanisches Stellglied nachgeführt wird.6 shows an embodiment of a device according to the invention, which is particularly suitable for the production of thin, rapidly solidified strips. In analogy to the melt spinning process, the distance 22 between the casting point 5 and the outlet opening of the casting nozzle 11 is to be kept as constant as possible. Since, in contrast to the melt spinning process, the innermost metal layer 7 produced in the course of the last revolution is used as the substrate, the casting point 5 is continuously shifted with respect to the original surface of the molded body 1. In the present example, the constant distance 22 is maintained by a Spacer roller 23 rolls on the innermost metal layer 7 formed last, which shifts the container 9 with the metal melt 10 via a holding device 24, so that the pouring nozzle 11 follows the movement of the winding structure. Deviating from this mechanical regulation, it is of course also conceivable to determine the distance of the pouring nozzle 11 from the pouring point 5 via an electronic measuring probe, a control circuit ensuring that the position of the pouring nozzle 11 is tracked, for example, via an electromechanical actuator.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, welche speziell für die Herstellung dickerer Bänder bzw. von Blech geeignet ist, insbesondere wenn eine grössere Breitenausdehnung gewünscht ist. Während die Geometrie bei sehr dünnen Bändern von der Eigendynamik des Metallfilms, d. h. seinen thermischen und rheologischen Eigenschaften sowie den Beschleunigungskräften beim Auftreffen auf die Fläche bestimmt ist, sodass Breite und Dicke des Bandes in Abhängigkeit von Stoffkonstanten von Fläche und Schmelze, ihren Temperaturen und den Relativgeschwindigkeiten vorgegeben sind, ist dies bei dickeren Bändern bzw. Blech weniger der Fall. Um hier eine gleichmässige Verteilung über die gesamte Breite der Giesszone zu erreichen, bildet man die Giessstelle 5 als Metallbad 25 aus, wobei das Volumen dieses Metallbads einerseits durch die Seitenwände 17a, 17b des rotierenden zylindrischen Formkörpers 1 (Fig. 2) und die Innenfläche der im Rahmen der letzten Umdrehung erzeugten erstarrten innersten Metallschicht 7 nach drei Raumrichtungen begrenzt wird, während in Drehrichtung eine mittels einer Haltevorrichtung 26 fixierte Stauwand 27 aus einem schmelzenbeständigen Material die Begrenzung bildet, wobei diese Stauwand 27 einerseits seitlich gegen die Wände 17a,b des rotierenden Formkörpers 1 einen minimalen Spalt bildet, welcher ein Abfliessen von Metallschmelze aus dem Bad 25 im wesentlichen verhindert, andererseits nach unten mit der Innenfläche der innersten Metallschicht 7 einen Giessspalt bestimmter Breite bildet, der die Dicke des flüssigen Metallfilms 8 bestimmt. Im Interesse der konstanten Breite dieses Giessspalts können die entsprechend Fig. 6 vorgeschlagenen Massnahmen zur Anwendung kommen, d. h. die Haltevorrichtung 26 der Stauwand 27 kann entweder durch eine Distanzrolle 23 (Fig. 6) oder mit elektronischen Mitteln auf konstanter Distanz von der jeweiligen Innenfläche gehalten werden.7 shows an embodiment of a device according to the invention which is particularly suitable for the production of thicker strips or sheet metal, in particular if a larger width is desired. While the geometry of very thin strips is determined by the intrinsic dynamics of the metal film, i.e. its thermal and rheological properties as well as the acceleration forces when it hits the surface, the width and thickness of the strip depend on the material constants of the surface and the melt, their temperatures and the relative speeds are specified, this is at thicker strips or sheet metal less the case. In order to achieve a uniform distribution over the entire width of the casting zone, the casting point 5 is designed as a metal bath 25, the volume of this metal bath on the one hand through the side walls 17a, 17b of the rotating cylindrical shaped body 1 (FIG. 2) and the inner surface of the solidified innermost metal layer 7 produced in the course of the last revolution is limited in three spatial directions, while in the direction of rotation a baffle wall 27 made of a melt-resistant material and fixed by means of a holding device 26 forms the boundary, this baffle wall 27 on the one hand laterally against the walls 17a, b of the rotating molded body 1 forms a minimal gap which essentially prevents molten metal from flowing out of the bath 25, on the other hand forms a casting gap of a certain width with the inner surface of the innermost metal layer 7, which determines the thickness of the liquid metal film 8. In the interest of the constant width of this casting gap, the measures proposed in accordance with FIG. 6 can be used, ie the holding device 26 of the baffle wall 27 can be held at a constant distance from the respective inner surface either by a spacer roller 23 (FIG. 6) or by electronic means .

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit ähnlicher Zielsetzung wie dies bei derjenigen nach Fig. 7 der Fall ist. Dabei findet die Zuführung des Strahls 6 der Metallschmelze ebenfalls in ein Bad 25 statt, wobei die seitliche Begrenzung in Drehrichtung jedoch in diesem Fall durch eine Stauwalze 28 gebildet wird, welche in gleicher Weise wie die in Fig. 7 beschriebene Stauwand 27 einen Giessspalt mit der während der letzten Umdrehung gebildeten innersten Metallschicht 7 bildet. An der Kühlstelle 13 wird die Kühlflüssigkeit über eine Kühldüse 12 zugeführt, wobei die Verteilung der Kühlflüssigkeit, ähnlich wie dies im vorliegenden Beispiel für die Metallschmelze der Fall ist, durch eine Walze 29 bewerkstelligt wird. Es ist auch eine -in Fig. 7 nicht dargestellte - Anordnung denkbar, bei der die Zuführung der Kühlflüssigkeit in Drehrichtung hinter der Walze 29 erfolgt. In einem solchen Fall dient die Walze 29 einerseits dazu, den teil- oder vollerstarrten Metallfilm 8 in die Ebene zu walzen und verhindert ausserdem ein Rückfluten von flüssigem oder gasförmigem Kühlmittel in den Bereich des noch flüssigen Metallfilms 8.FIG. 8 shows a further embodiment of a device according to the invention with a similar objective as is the case with that according to FIG. 7. The supply of the jet 6 of the molten metal also takes place in a bath 25, the lateral limitation in the direction of rotation, however, in this case being formed by an accumulation roller 28 which, in the same way as the accumulation wall 27 described in FIG. 7, has a casting gap with the forms innermost metal layer 7 formed during the last revolution. At the cooling point 13, the cooling liquid is supplied via a cooling nozzle 12, the distribution of the cooling liquid, similar to the case for the metal melt in the present example, is accomplished by a roller 29. An arrangement (not shown in FIG. 7) is also conceivable, in which the cooling liquid is fed in behind the roller 29 in the direction of rotation. In such a case, the roller 29 serves on the one hand to roll the partially or fully solidified metal film 8 into the plane and also prevents liquid or gaseous coolant from flowing back into the area of the still liquid metal film 8.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche speziell zur Herstellung komplex geformter im wesentlichen rotationssymmetrischer Teile dient. Zu diesem Zweck sind die Giessdüse 11 und die Kühldüse 12 an einer gemeinsamen Haltevorrichtung 30 befestigt und können in Richtung eines Pfeils 31 im Inneren des rotierenden Formkörpers 1 bewegt werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Kühlstelle 13 im Interesse der Uebersichtlichkeit der Darstellung um eine halbe Drehung gegenüber der Giessstelle 5 in Drehrichtung versetzt. Selbstverständlich sind auch andere Versetzungswinkel möglich, es muss nur dafür gesorgt sein, dass die Zeitspanne vor der Aufbringung des Kühlmittels ausreicht, eine ausreichende Vorerstarrung des Metallfilms 8 zu gewährleisten, sodass Beeinträchtigungen durch die eventuell heftige Kühlreaktion vermieden werden und dass die Zeitspanne nach Aufbringung des Kühlmittels ausreichend gross ist, damit das Kühlmittel vor Aufbringung des nächsten Metallfilms verdampft ist.FIG. 9 shows a further embodiment of a device for carrying out the method according to the invention, which is used specifically for producing complex-shaped, essentially rotationally symmetrical parts. For this purpose, the pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 are fastened to a common holding device 30 and can be moved in the direction of an arrow 31 inside the rotating molded body 1. In the present example, the cooling point 13 is offset in the direction of rotation by half a turn in relation to the casting point 5 in the interest of clarity of the illustration. Of course, other dislocation angles are also possible, it only has to be ensured that the time period before the application of the coolant is sufficient to ensure sufficient pre-solidification of the metal film 8, so that impairments due to the possibly violent cooling reaction are avoided and that the time period after application of the coolant is sufficiently large that the coolant has evaporated before the next metal film is applied.

Im vorliegenden Beispiel besitzt der Formkörper 1 abgesehen von zwei stirnseitigen Seitenwänden 17a,b eine formgebende Innenwand 32, welche aus einem Material bestehen muss, welches thermisch und mechanisch dem Angriff der Schmelze widerstehen kann. Da der Wärmeabzug in wesentlichen Teilen nach innen, über das verdampfende Kühlmittel erfolgt, kann die Innenwand 32 zumindestens in einem der Oberfläche benachbarten Bereich aus einem keramischen Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen. In einem solchen Fall besteht der rotierende Formkörper 1 dann etwa aus einer Aussenwandung, welche aus einem Material besteht, welches die beim Rotationsvorgang auftretenden mechanischen Kräfte aufnehmen kann, z. B. Metall, sowie aus einem inneren Teil, welcher thermische Belastungen ertragen kann. Dabei kann der innere Teil ein Einwegteil sein, der nach jedem Gussvorgang ersetzt wird. Das hat den Vorteil, dass auch Geometrien mit Hinterschneidungen ohne Trennlinie giessbar sind, da das keramische Formmaterial nach dem Giessvorgang zusammen mit dem im wesentlichen zylindersymmetrischen Gussstück dem Formkörper 1 entnommen werden kann.In the present example, apart from two end side walls 17a, b, the molded body 1 has a shaping inner wall 32 which must be made of a material which can withstand the attack of the melt thermally and mechanically. Since the main part of the heat is drawn in via the evaporating coolant, the inner wall 32 can consist of a ceramic material with low thermal conductivity, at least in an area adjacent to the surface. In such a case the rotating molded body 1 then consists approximately of an outer wall, which consists of a material that can absorb the mechanical forces occurring during the rotation process, for. B. metal, as well as from an inner part, which can endure thermal loads. The inner part can be a disposable part that is replaced after each casting process. This has the advantage that geometries with undercuts can also be cast without a dividing line, since the ceramic molding material can be removed from the molding 1 together with the essentially cylindrically symmetrical casting after the casting process.

Der Aufbau eines im wesentlichen rotationssymmetrischen Verbundkörpers geht dann so vor sich: die an der Giessstelle 5 aufgebrachte Metallschmelze bildet einen Film 8, welcher im Verlaufe der weiteren Drehung am schon deponierten Metall anschweisst und zumindestens teilweise erstarrt. Nach einem bestimmten Drehwinkel wird das flüssige Kühlmittel, z. B. flüssiger Stickstoff, aufgebracht, wobei die Menge so gewählt wird, dass nach vollständiger Verdampfung des Kühlmittels im neu aufgebrachten Metallfilm 8 eine Restwärme verbleibt, welche im Verlauf folgender Drehungen eine Verschweissung mit neu deponiertem Material gestattet. Die Haltevorrichtung 30 kann längs der Rotationsachse, in Richtung des Pfeils 31, mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit bewegt werden, es ist aber auch eine auf die Menge des deponierten Metalls abgestimmte Hin- und Herbewegung möglich, bei der die Innenfläche des Verbundkörpers in kontrollierter Weise aufgebaut wird. Im einfachsten Fall kann eine solche Vorrichtung zum Aufbau eines Rohres dienen. Sowohl in diesem Fall wie in allen beschriebenen Beispielen ist es ohne weiteres möglich, andere Werkstoffe, z. B. keramische oder metallische Phasen in Form von Pulvern oder Fasern o. dgl. vor, während oder nach der Bildung des flüssigen Metallfilms aus einer nicht dargestellten Vorrichtung, z. B. unter Verwendung eines pneumatischen Fördermittels, auf die rotierende Innenfläche des entstehenden Verbundkörpers aufzubringen, sodass ein Verbundwerkstoff entsteht.The construction of an essentially rotationally symmetrical composite body then proceeds as follows: the molten metal applied at the casting point 5 forms a film 8 which, in the course of the further rotation, welds to the metal already deposited and at least partially solidifies. After a certain angle of rotation, the liquid coolant, for. As liquid nitrogen, applied, the amount being selected so that after complete evaporation of the coolant in the newly applied metal film 8, residual heat remains which allows welding with newly deposited material in the course of the following rotations. The holding device 30 can be moved along the axis of rotation, in the direction of the arrow 31, at a specific feed speed, but a back and forth movement is also possible which is matched to the amount of the deposited metal and in which the inner surface of the composite body is built up in a controlled manner . In the simplest case, such a device can be used to build a pipe. Both in this case, as in all of the examples described, it is readily possible to use other materials, e.g. B. ceramic or metallic phases in the form of powders or fibers or the like. Before, during or after the formation of the liquid metal film from a device, not shown, for. B. using a pneumatic conveyor on the rotating inner surface of the resulting composite body to apply so that a composite material is formed.

Fig. 10a zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung eines Endlosrohrs, wobei die Fig. 10b und 10c in schematischer Weise zwei charakteristische Situationen aus dem Ablauf des Herstellungsprozesses demonstrieren. Dabei sind die Giessdüse 11 und die Kühldüse 12 wie in Fig. 9 an einer gemeinsamen Haltevorrichtung 30 befestigt, wobei die Giessstelle 5 und die Kühlstelle 13 um einen bestimmten Drehwinkel gegeneinander versetzt sind. Dabei müssen besagte Stellen nicht unbedingt in der gleichen Drehebene angeordnet sein, sondern können in Richtung der Rotationsachse gegeneinander verschoben sein. Die Haltevorrichtung 30 und mit ihr die Giessdüse 11 und die Kühldüse 12 führt relativ zum rotierenden Formkörper 1 eine Oszillationsbewegung in axialer Richtung gemäss Doppelpfeil 34a aus. Das Rohr 33 wird in Richtung des Pfeils 35 abgezogen.10a shows an embodiment of a device according to the invention for producing an endless tube, FIGS. 10b and 10c schematically demonstrating two characteristic situations from the course of the production process. The pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 are fastened to a common holding device 30 as in FIG. 9, the pouring point 5 and the cooling point 13 being offset from one another by a certain angle of rotation. Said points do not necessarily have to be arranged in the same plane of rotation, but can be shifted relative to one another in the direction of the axis of rotation. The holding device 30 and with it the pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 executes an oscillating movement in the axial direction according to the double arrow 34a relative to the rotating molded body 1. The tube 33 is pulled off in the direction of arrow 35.

Fig. 10b zeigt den Zeitpunkt des Aufbaus einer neuen Aussenschicht des Endlosrohrs, wobei dieser Moment in der vorliegenden Darstellung ungefähr dem linken Endpunkt der Oszillationsbewegung der Haltevorrichtung 30 in Richtung des Pfeils 34c entspricht. Die Schmelze gelangt aus der Giessdüse 11 in Form eines Strahls 6 auf die Innenfläche des rotierenden Formkörpers 1, wobei ein flüssiger Metallfilm 8 gebildet wird, der in unmittelbarem Kontakt mit dem von aussen gekühlten zylindrischen Formkörper 1 eine feste Randschicht 7a ausbildet, welche mindestens zu einem wesentlichen Teil erstarrt ist, sodass sie eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist. Diese weitgehend erstarrte Zone 7a geht in den anschliessenden voll erstarrten Teil des Rohrs 33 über.
Fig. 10c zeigt einen Zeitpunkt nach den Vorgängen in Fig. 10b. Dabei hat die Haltevorrichtung 30 eine Bewegung entsprechend Pfeil 34d nach rechts ausgeführt und befindet sich kurz vor dem Umkehrpunkt. Gleichzeitig hat das Rohr 33 eine Drehbewegung ausgeführt wie in Fig. 10a angedeutet. Die Giessstelle 5 befindet sich demgemäss weiter rechts innerhalb des rotierenden Formkörpers 1, desgleichen ist die Kühlstelle 13 nach rechts gerückt, wobei die Kühldüse 12 im Interesse der Einfachheit der Darstellung wie die Giessdüse 11 in die Bildebene gelegt wurde, obwohl sie tatsächlich um einen bestimmten Drehwinkel in Drehrichtung versetzt ist. Die Wirkung des Kühlmittels führt zu einer starken Abkühlung der Anfangszone des Rohrs 33, sodass die Erstarrung nun weitgehend den ganzen im Laufe der Vorgänge entsprechend Fig. 10b aufgebauten Rohrquerschnitt erfasst. Gleichzeitig wird mittels der nach rechts verschobenen Giessdüse 11 für die Aufbringung der Schmelze das Rohr 33 bis zur Erreichung des endgültigen Innendurchmessers des Rohrs 33 aufgebaut. Die weitgehende Erstarrung des Rohrs 33 aufgrund des Wärmeentzugs von innen durch das Kühlmittel führt zu einer Schwindung des Aussendurchmessers dem Rohrs 33, wodurch es zur Ausbildung eines Giessspalts 36 gegenüber dem rotierenden Formkörper 1 kommt. Dieser Vorgang spielt sich zwischen den Zeitpunkten entsprechend Fig. 10b und 10c, also im Verlauf der Bewegung der Haltevorrichtung 30 in Richtung des Pfeils 34d ab.
FIG. 10b shows the time at which a new outer layer of the endless tube is built up, this moment corresponding approximately to the left end point of the oscillating movement of the holding device 30 in the direction of the arrow 34c in the present illustration. The melt passes from the pouring nozzle 11 in the form of a jet 6 onto the inner surface of the rotating shaped body 1, a liquid metal film 8 being formed which forms a solid edge layer 7a in direct contact with the externally cooled cylindrical shaped body 1, which forms at least one essential part is solidified so that it has sufficient mechanical strength. This largely solidified zone 7a merges into the subsequent fully solidified part of the tube 33.
FIG. 10c shows a point in time after the processes in FIG. 10b. The holding device 30 has made a movement to the right in accordance with arrow 34d and is located shortly before the point of reversal. At the same time, the tube 33 a rotational movement is carried out as indicated in Fig. 10a. The pouring point 5 is accordingly further to the right within the rotating molded body 1, and the cooling point 13 has also moved to the right, the cooling nozzle 12 being placed in the image plane in the interest of simplicity of illustration, like the pouring nozzle 11, although it is actually at a certain angle of rotation is offset in the direction of rotation. The effect of the coolant leads to a strong cooling of the initial zone of the pipe 33, so that the solidification now largely covers the entire pipe cross section built up in the course of the processes according to FIG. 10b. At the same time, the pipe 33 is built up by means of the pouring nozzle 11 shifted to the right for the application of the melt until the final inner diameter of the pipe 33 is reached. The extensive solidification of the tube 33 due to the heat removal from the inside by the coolant leads to a shrinkage of the outside diameter of the tube 33, which leads to the formation of a casting gap 36 with respect to the rotating molded body 1. This process takes place between the times corresponding to FIGS. 10b and 10c, that is to say in the course of the movement of the holding device 30 in the direction of the arrow 34d.

Sobald der Kontakt zwischen der frisch gebildeten Aussenmantelfläche des Rohrs 33 und dem rotierenden Formkörper 1 verloren geht, wird die Drehbewegung des Rohrs nur noch durch mehrere auf Achsen 38 gelagerte Auszugrollen 37 gestützt. Die Auszugrollen 37 sind in Richtung der Rotationsachse beweglich und führen im Moment des Kontaktverlusts des Rohres 33 zum rotierenden Formkörper 1 eine kurze Bewegung in Richtung des Pfeils 34b durch, wobei das Rohr 33 um eine Strecke, welche in der Grössenordnung der Oszillationsamplitude liegt, aus dem zylindrischen Formkörper 1 herausgezogen wird. Sobald ein neuer Metallfilm 8 an der Stirnseite des Rohrs entsprechend Fig. 10b aufgebaut wurde, können die Auszugrollen 37 kurzzeitig vom Rohr 33 abgehoben und um den gleichen Betrag nach links verschoben werden, wo sie dann wieder mit dem Rohr 33 in Kontakt gebracht werden. Vom Endlosrohr müssen mit einer nicht dargestellten Schneidvorrichtung in bestimmten Zeitabständen Stücke der gewünschten Länge abgetrennt werden ähnlich wie dies auch beim klassischen Strangguss der Fall ist.As soon as the contact between the freshly formed outer surface of the tube 33 and the rotating molded body 1 is lost, the rotary movement of the tube is only supported by a plurality of pull-out rollers 37 mounted on axes 38. The pull-out rollers 37 are movable in the direction of the axis of rotation and perform a brief movement in the direction of the arrow 34b at the moment the tube 33 loses contact with the rotating molded body 1, the tube 33 moving a distance which is of the order of magnitude of the oscillation amplitude cylindrical molded body 1 is pulled out. As soon as a new metal film 8 has been built up on the end face of the tube according to FIG. 10b, the pull-out rollers 37 can be lifted briefly from the tube 33 and shifted to the left by the same amount, where they then again with the tube 33 in Be brought in contact. Pieces of the desired length have to be cut from the continuous tube with a cutting device, not shown, at certain time intervals, similar to the case with classic continuous casting.

Fig. 11a zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, welche zur Erzeugung eines Endlosrohrs geeignet ist. Während das Rohr 33 im letzten Beispiel jedoch die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Formkörpers 1 annahm, ist hier ein Fall gezeigt, wo nur die eigentliche Zone des Aufbaus die Rotationsbewegung mitmacht, während das erstarrte Rohr 33 keine Drehbewegung ausführt. Aehnlich wie bei der Vorrichtung entsprechend Fig. 10a werden die Giessdüse 11 und die Kühldüse 12 mittels einer gemeinsamen Haltevorrichtung 30 in Richtung der Rotationsachse des Formkörpers 1 beweglich angeordnet, wobei die Kühlstelle 13 in Richtung der Drehung um einen bestimmten Winkel versetzt ist und auch in Abzugsrichtung entsprechend Pfeil 35 um einen gewissen Betrag gegenüber der Giessstelle 5 verschoben sein kann. Während die Rolle 4 stellvertretend für alle Rollen steht, welche den rotierenden Formkörper 1 in seiner Bewegung halten, stehen die beiden Auszugrollen 37 stellvertretend für eine grössere Anzahl von Auszugrollen, welche das Rohr 33 aus dem rotierenden Formkörper 1 herausbewegen.11a shows a further embodiment of a device according to the invention, which is suitable for producing an endless tube. However, while the tube 33 in the last example assumed the rotational speed of the rotating molded body 1, a case is shown here where only the actual zone of the structure is involved in the rotational movement, while the solidified tube 33 does not perform any rotational movement. Similar to the device according to FIG. 10a, the pouring nozzle 11 and the cooling nozzle 12 are arranged to be movable in the direction of the axis of rotation of the molded body 1 by means of a common holding device 30, the cooling point 13 being offset by a certain angle in the direction of rotation and also in the withdrawal direction corresponding to arrow 35 can be shifted by a certain amount relative to the casting point 5. While the roller 4 represents all the rollers that keep the rotating molded body 1 in motion, the two pull-out rollers 37 represent a larger number of pull-out rollers that move the tube 33 out of the rotating molded body 1.

Fig. 11b zeigt den in Fig. 11a dargestellten Vorgang in prinzipieller Weise in einem schematischen Schnitt. Der rotierende Formkörper 1 hat eine Seitenwand 17, welche vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden Material gefertigt ist und welche den Abfluss der Schmelze, welche einen flüssigen Metallfilm 8 bildet, nach links verhindert. Da der rotierende Formkörper 1, welcher vorzugsweise aus einem metallischen Kokillenmaterial besteht, von aussen gekühlt ist, bildet sich eine teilerstarrte Zone 7a aus, bei welcher es jedoch noch nicht zu einer Vernetzung der Dendriten gekommen ist, sodass sie noch die Eigenschaften einer thixotropen Flüssigkeit besitzt. Gleichzeitig wird aus einer Kühldüse 12' eine Kühlflüssigkeit auf die Innenfläche des weitgehend erstarrten Rohrs 33 aufgebracht, wobei man sich den Ort der Bildung des Kühlmittelfilms 14' in Drehrichtung hinter der Bildebene, in welcher die Giessdüse 11 liegt, vorzustellen hat. Die Abziehbewegung des Rohrs 33 kann im vorliegenden Fall in kontinuierlicher Weise erfolgen, da es unter der starken Kühlwirkung des flüssigen Kühlmittels zur Ausbildung einer teilerstarrten Zone 7b kommt, welche jedoch infolge ihres höheren Erstarrungsgrades und der damit erfolgten Vernetzung der Dendriten am erstarrten Rohr 33 haftet und die Drehbewegung der Zone 7a, welche zusammen mit dem flüssigen Metallfilm 8 von der Rotationsbewegung des Formkörpers 1 mitgenommen wird, deshalb nicht mitmacht. Man sollte sich den Uebergang zwischen den teilerstarrten Zonen 7a und 7b übrigens nicht als scharfen Uebergang, wie in Fig. 11b der Einfachheit halber dargestellt, vorstellen, sondern eher als graduellen Uebergang von einer teilflüssigen und noch leicht verformbaren Zone in eine teilfeste und im wesentlichen starre Zone vorstellen.Fig. 11b shows the process shown in Fig. 11a in principle in a schematic section. The rotating molded body 1 has a side wall 17, which is preferably made of a heat-insulating material and which prevents the melt from flowing away, which forms a liquid metal film 8, to the left. Since the rotating molded body 1, which preferably consists of a metallic mold material, is cooled from the outside, a partially solidified zone 7a is formed, in which, however, there is not yet any crosslinking of the Dendrites has come so that it still has the properties of a thixotropic liquid. At the same time, a cooling liquid is applied from a cooling nozzle 12 'to the inner surface of the largely solidified tube 33, the location of the formation of the coolant film 14' in the direction of rotation behind the image plane in which the pouring nozzle 11 is located to be imagined. The pulling-off movement of the tube 33 can take place in a continuous manner in the present case, since the strong cooling effect of the liquid coolant leads to the formation of a partially solidified zone 7b, which, however, adheres to the solidified tube 33 due to its higher degree of solidification and the resulting crosslinking of the dendrites, and the rotational movement of the zone 7a, which is carried along with the liquid metal film 8 by the rotational movement of the molded body 1, therefore does not participate. Incidentally, the transition between partially solidified zones 7a and 7b should not be thought of as a sharp transition, as shown in Fig. 11b for the sake of simplicity, but rather as a gradual transition from a partially fluid and still easily deformable zone to a partially rigid and essentially rigid Imagine zone.

Wenn in allen vorherigen Ausführungsformen von einem flüssigen Kühlmittel die Rede war, so war damit im allgemeinen ein verflüssigtes tiefkaltes Gas, z. B. flüssiger Stickstoff oder flüssiges Argon gemeint, denn in den meisten Fällen kommt dem Kühlmittel zusätzlich auch noch die Aufgabe zu, die frischgebildete Oberfläche des Metallfilms 8 vor Kontakt mit Luft zu schützen. Falls es sich jedoch um Materialien handelt, welche infolge ihrer geringen Oxidationsbereitschaft z. B. im Rahmen der Pulvermetallurgie mit Wasser verdüst werden können, z. B. bestimmte Buntmetalle, so kann beim erfindungsgemässen Verfahren auch Wasser eingesetzt werden. Die Verwendung einer reaktiven Atmosphäre, welche zur Ausbildung von Metallverbindungen führt, kann dort angebracht sein, wo ein Verbundkörper hergestellt werden soll, bei dem z. B. zwischen den metallischen Schichten keramische Zwischenschichten eingelagert sind. Die keramischen Zwischenschichten entsprechen dann den ehemaligen Oberflächen des flüssigen Metallfilms 8, welcher vor Aufbringung einer weiteren Schicht mit Sauerstoff teilweise zu einer Oxidschicht reagieren konnte.When all of the previous embodiments spoke of a liquid coolant, it was generally a liquefied cryogenic gas, e.g. B. liquid nitrogen or liquid argon, because in most cases the coolant also has the task of protecting the freshly formed surface of the metal film 8 from contact with air. However, if there are materials which, due to their low oxidation readiness, e.g. B. can be sprayed with water as part of powder metallurgy, for. B. certain non-ferrous metals, water can also be used in the inventive method. The use of a reactive atmosphere, which leads to the formation of metal compounds, may be appropriate where a composite body is to be produced, in which, for. B. ceramic intermediate layers are embedded between the metallic layers. The ceramic intermediate layers then correspond to the former surfaces of the liquid metal film 8, which could partially react with oxygen to form an oxide layer before the application of a further layer.

Abschliessend soll das erfindungsgemässe Verfahren an zwei konkreten Beispielen erläutert werden, wobei es im einen Fall um die Herstellung eines Stahlbands, im anderen um die Herstellung eines ringförmigen Verbundkörpers aus Stahl geht. In beiden Fällen wurde eine Vorrichtung verwendet, welche im Prinzip der in Fig. 1 und 2 dargestellten entsprach. Bei dem rotierenden Formkörper 1 handelte es sich um einen Stahlzylinder mit 600 mm Innendurchmesser, wobei die Breite der seitlich durch die Seitenwände 17a,b begrenzten Giessnut 5 mm betrug. In beiden Fällen wurde ein rostfreier Chromnickelstahl als Versuchsschmelze verwendet. Da es im Kleinversuch infolge des ungünstigen Oberfläche/Volumen-Verhältnisses schwierig ist, eine Stahlschmelze über eine Stopfenstangenvorrichtung oder einen miniaturisierten Schieberverschluss ähnlich wie im industriellen Massstab zu dosieren, wurde eine spezielle Lösung für den Kleinversuch gefunden. In der Präzisionsgusstechnik sind sogenannte Schaukelöfen bekannt, mit denen Stahl unter Schutzgas in reiner Form erschmolzen und direkt - ohne Kontakt mit der Aussenatmosphäre und ohne die Notwendigkeit einer Giesspfanne - in heisse Präzisionsformen vergossen werden kann. Der Schaukelofen bestand aus einem um eine horizontale Achse drehbaren Schmelzenbehälter in Form einer zylindrischen Tonne aus hochtemperaturbeständigem Magnesit, welcher an den beiden seitlichen Stirnflächen in der Drehachse zwei gegeneinander verschiebbare Graphitelektroden zur Bildung eines Lichtbogens enthielt. Ueber eine Oeffnung der Tonne, welche beim Schmelzvorgang nach oben gerichtet war, wurde die Stahllegierung in Form von 15 mm Stangenmaterial eingebracht. Während des Einschmelzvorgangs wird der Ofen hin- und hergeschaukelt, damit die Wände im Kontakt mit der Schmelze ihre Ueberhitzungswärme loswerden können. Die nach oben gerichtete Beschickungsöffnung des Ofens dient normalerweise im Moment des Abgusses auch zur Befestigung des Eingusstrichters der nach oben gerichteten und vorgeheizten Keramikform. Im vorliegenden Fall wurde anstelle einer vorgeheizten Form ein vorgeheizter Giesstrichter mit angesetztem Düsenrohr aus Zirkonoxyd mit einem Innendurchmesser von 5 mm angebracht. Der ganze Schaukelofen war im Inneren des rotierenden Formkörpers 1 angebracht, wobei die Drehebene des Schaukelofens mit der Drehebene des Formkörpers identisch war und die Giessdüse 11 des Ofens bei Drehung desselben um 180° genau in die Mitte der Giessnut, in gleichem Abstand zwischen den Seitenwänden 17a und 17b einschwenkte.Finally, the method according to the invention is to be explained using two concrete examples, the production of a steel strip in one case and the production of an annular composite body made of steel in the other. In both cases, a device was used which in principle corresponded to that shown in FIGS. 1 and 2. The rotating molded body 1 was a steel cylinder with an internal diameter of 600 mm, the width of the casting groove delimited laterally by the side walls 17a, b being 5 mm. In both cases, stainless chromium-nickel steel was used as the test melt. As it is difficult to meter a molten steel using a plug rod device or a miniaturized slide closure similar to an industrial scale in a small test due to the unfavorable surface / volume ratio, a special solution for the small test was found. In precision casting technology, so-called rocking ovens are known, with which steel can be melted in a pure form under protective gas and cast directly into hot precision molds - without contact with the outside atmosphere and without the need for a ladle. The rocking furnace consisted of a melt container rotatable about a horizontal axis in the form of a cylindrical barrel made of high-temperature-resistant magnesite, which contained two graphite electrodes that could be displaced relative to one another on the two end faces in the axis of rotation to form an arc. The steel alloy in the form of 15 mm rod material was introduced through an opening in the barrel, which was directed upwards during the melting process. During the melting process, the furnace rocked back and forth so that the walls in contact with the melt can get rid of their overheating heat. The upward loading opening of the furnace normally also serves to fasten the pouring funnel of the upward and preheated ceramic mold at the moment of pouring. In the present case, instead of a preheated mold, a preheated pouring funnel with an attached nozzle tube made of zirconium oxide with an inner diameter of 5 mm was attached. The entire rocking furnace was installed inside the rotating molded body 1, the rotating plane of the rocking furnace being identical to the rotating plane of the molded body and the pouring nozzle 11 of the furnace, when the same was rotated through 180 °, exactly in the center of the casting groove, at the same distance between the side walls 17a and 17b swung in.

Nachdem die Schmelze im Ofen auf eine Temperatur von 1550°C gebracht worden war, wurde der zylindrische Formkörper 1 auf eine Tourenzahl von 1200 U/min gebracht. Die um 100° gegenüber der Giessstelle 5 versetzte Kühldüse 12 war zu diesem Zeitpunkt noch aus der Giessvorrichtung ausgeklappt und wurde einige Sekunden vor Beginn des eigentlichen Experiments mit flüssigem Stickstoff beschickt, bis der anfänglich aus Gas und Flüssigkeit bestehende Strahl nur noch in flüssiger Form austrat, wobei dies mit einer Rate von 380 g/sec geschah. Daraufhin wurde der Schaukelofen auf den Kopf gestellt, womit der Giessvorgang einsetzte und unmittelbar darauf - etwa 0.5 sec später, wurde die Kühldüse 12 in die Drehebene des Formkörpers 1 eingeschwenkt, sodass die Kühlflüssigkeit in die Giessnut gelangte. Innerhalb der nächsten 7 Sekunden entstanden bei diesem Experiment 1050 g Stahl in Form eines Bands von 0.09 mm Dicke und 5 mm Breite, wobei entsprechend der Höhe der Wicklung von ca. 14 mm 140 übereinanderliegende Schichten entstanden. In derselben Zeit ergab sich ein Verbrauch an ca. 4 l flüssigen Stickstoffs. Eine sofortige Messung des Metallwicklung ergab eine Temperatur unterhalb von 250°C.After the melt had been brought to a temperature of 1550 ° C. in the furnace, the cylindrical shaped body 1 was brought up to a speed of 1200 rpm. At this point, the cooling nozzle 12, which was offset by 100 ° from the casting point 5, was still folded out of the casting device and was charged with liquid nitrogen a few seconds before the actual experiment began until the jet, which initially consisted of gas and liquid, only emerged in liquid form. this was done at a rate of 380 g / sec. Then the rocking oven was turned upside down, with which the casting process started and immediately thereafter - about 0.5 sec later, the cooling nozzle 12 was pivoted into the rotating plane of the shaped body 1, so that the cooling liquid got into the casting groove. Within the next 7 seconds, 1050 g of steel in the form of a band 0.09 mm thick and 5 mm wide were formed in this experiment, with 140 layers lying one above the other corresponding to the height of the winding of approx. 14 mm. At the same time, about 4 liters of liquid nitrogen were consumed. An immediate measurement of the metal winding showed a temperature below 250 ° C.

Bei einem zweiten Experiment wurde mit derselben Einrichtung ein ringförmiger Verbundkörper aus rostfreiem Stahl hergestellt. Allerdings war die Bodenfläche der Giessnut mittels eines Plasmaspritzvorgangs vorgängig mit Kalziumzirkonat beschichtet worden, um eine unerwünschte Wärmeabfuhr über den Formkörper 1 zu verhindern, welche einer schnellen Einstellung eines stationären Verschweissungszustandes bei einem Kurzzeitversuch im Wege steht. In diesem Fall wurde die Schmelze im Schaukelofen auf 1800°C überhitzt und der Formkörper 1 auf eine Drehzahl von 772 U/min gebracht. Die Kühlstelle 13, an der als Kühlmittel Flüssigstickstoff aufgebracht wurde, war um eine Dreivierteldrehung des Rads gegenüber der Giessstelle 5 versetzt. In gleicher Weise wie vorher wurde im Rahmen einer Vorlaufzeit, d. h. nachdem sich eine stetige Strömung der Kühlflüssigkeit eingestellt hatte, der Schaukelofen auf den Kopf gestellt und Sekundenbruchteile danach auch die. Kühldüse 12 eingeschwenkt. Während 9 sec wurde der Vorgang aufrechterhalten, wobei ein Ring mit einer Breite von 4.5 mm, einem Innendurchmesser von 530 mm und einem Aussendurchmesser von etwas weniger als 600 mm entstand. Die optische Messung der Temperatur der Ringoberfläche unmittelbar nach Abschluss des Versuchs ergab eine Oberflächentemperatur von 1200°C. Durch die sofort anschliessend wieder aufgenommene Kühlung wurde der Ring schnell auf tiefere Temperaturen gebracht.In a second experiment, a ring-shaped composite body made of stainless steel was produced using the same device. However, the bottom surface of the casting groove had previously been coated with calcium zirconate by means of a plasma spraying process in order to prevent undesired heat dissipation via the molded body 1, which prevents a steady welding state from being set quickly during a short-term test. In this case, the melt was overheated in the rocking furnace to 1800 ° C. and the molded body 1 was brought to a speed of 772 rpm. The cooling point 13, to which liquid nitrogen was applied as the coolant, was offset by a three-quarter turn of the wheel with respect to the casting point 5. In the same way as before, within a lead time, i.e. H. after a steady flow of the coolant had set in, the rocking oven was turned upside down and then a fraction of a second after that. Cooling nozzle 12 pivoted. The process was maintained for 9 seconds, resulting in a ring with a width of 4.5 mm, an inner diameter of 530 mm and an outer diameter of slightly less than 600 mm. The optical measurement of the temperature of the ring surface immediately after the end of the experiment showed a surface temperature of 1200 ° C. Due to the immediately restarted cooling, the ring was quickly brought to lower temperatures.

Claims (17)

  1. Process for the manufacture of strip or a composite body of metal, in which at least one stream (6) of overheated metal melt is directed towards a surface moving transversely to the stream direction and thereby an initially liquid metal film (8; 8a, 8b) is produced on the same and subsequently liquid coolant is applied to the metal film (8; 8a, 8b) and the latter is cooled down at least into the solidification range, characterised in that the surface is a rotating inner surface approximately symmetric about the axis of rotation, which inner surface is formed in each case at least partly by solidified metal layers (7; 7a, 7b) produced during preceding revolutions.
  2. Process according to Claim 1, characterised in that the cooling liquid is applied to the metal film (8; 8a, 8b) only after preliminary solidification of the same at least on the surface.
  3. Process according to Claim 1 or 2, characterised in that the stream (6) of overheated metal melt strikes the surface in an essentially closed manner.
  4. Process according to Claim 1 or 2, characterised in that the stream (6) of overheated metal melt is dispersed into drops by means of a fluid medium before striking the surface.
  5. Process according to one of Claims 1 to 4 for the manufacture of a strip coil, characterised in that the cooling by the coolant is set in such a way that no melting occurs between the newly applied metal film (8; 8a, 8b) and solidified metal layers (7; 7a, 7b) produced during preceding revolutions.
  6. Process according to one of Claims 1 to 4 for the manufacture of a composite body, characterised in that the cooling by the coolant is set in such a way that the newly applied metal film (8) melts with at least one of the metal layers (7) applied during the preceding revolutions.
  7. Process according to Claim 6 for the manufacture of a pipe (33), characterised in that the newly applied metal film (8), by drawing off the metal layers (7) melted together and produced during the preceding revolutions, is displaced at least intermittently relative to the metal layers (7) in the direction of the rotational axis but is applied in an overlapping manner with them.
  8. Apparatus for carrying out the process according to one of Claims 1 to 7 having a movable surface, having at least one container (9; 9a, 9b) for receiving metal melt (10; 10a, 10b), which container is connected to a pouring nozzle (11; 11a, 11b) which is directed towards the movable surface and having at least one coolant nozzle (12; 12a, 12b) which is likewise directed towards the movable surface and is arranged behind at least one pouring nozzle (11; 11a, 11b) in such a way as to be offset in the direction of movement of the surface such that it is suitable for cooling the surface of a metal film (8; 8a, 8b) applied by means of the said nozzle, characterised in that the movable surface is formed by the inner wall of a hollow mould body rotatable about an axis of rotation and the at least one pouring nozzle (11; 11a, 11b) and the at least one coolant nozzle (12; 12a, 12b) are arranged in the interior of the mould body (1).
  9. Apparatus according to Claim 8, characterised in that a plurality of pouring nozzles (11; 11a, 11b) and a plurality of coolant nozzles (12; 12a, 12b) are successively arranged one after the other in the axial direction.
  10. Apparatus according to Claim 8 or 9, characterised in that at least two pouring nozzles (11a, 11b) as well as between the same at least one coolant nozzle (12) are successively arranged one behind the other in the direction of rotation.
  11. Apparatus according to one of Claims 8 to 10, characterised in that the pouring nozzle (11) is in each case suspended in such a way as to be movable at least in the radial direction and is rigidly connected to a spacer which is acted upon by a force directed towards the inner wall of the mould body (1).
  12. Apparatus according to Claim 11, characterised in that the spacer is designed as a distance roller (23).
  13. Apparatus according to Claim 11 or 12, characterised in that, to form a bath (25), it has a retaining element which is rigidly connected to the spacer, is arranged in such a way as to be offset in the direction of rotation relative to the at least one pouring nozzle (11), and forms with the respective inner surface an axially directed slot of constant width.
  14. Apparatus according to Claim 13, characterised in that the retaining element is designed as a retaining wall (27).
  15. Apparatus according to Claim 13, characterised in that the retaining element is designed as a retaining roll (28).
  16. Apparatus according to one of Claims 8 to 12, characterised in that it has a device for drawing off in the direction of the rotational axis the already solidified section of a composite body produced in the apparatus.
  17. Apparatus according to Claim 16, characterised in that the at least one pouring nozzle (11) and the at least one coolant nozzle (12) are fastened to a common holder (30) which is suitable for performing an oscillating movement, synchronised with the rotation of the mould body (1), in the axial direction.
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