NO139111B - Fremgangsmaate for fremstilling av faste filamenter fra smeltet material - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av et filament eller en tråd direkte fra et reservoar av smeltet material, ved hjelp av en skive som roterer i kontakt med det smeltede material og uten anvendelse av en formingsåpning.

Den vanlige fremgangsmåte for fremstilling av metallprodukter med lite tverrsnitt, som f.eks. en tråd, omfatter støpning av barrer og deres påfølgende utformning i sluttproduktet ved mekanisk bearbeiding som kan omfatte ekstrudering, trekning, valsing og andre normalt forekommende mekaniske formningsprosesser. I tillegg til disse tallrike mekaniske operasjoner etter støpingen kan det være nødvendig med mellomliggende varmebehandlinger, før vedkommende mellomprodukt kan utsettes for.ytterligere mekaniske bearbeidinger. Omkostningene ved disse påfølgende arbeids-operasjoner har resultert i at det under lengre tid har vært søkt etter midler for å fremstille produkter av lite tverrsnitt kontinuerlig og direkte fra smeltet metall.

De kjente fremgangsmåter som anvendes for fremstilling av filamenter eller tråder av uorganiske forbindelser er vesentlig forskjellige fra det som er angitt ovenfor, idet uorganiske forbindelser vanligvis ikke har de mekaniske egenskaper som setter metalliske materialer i stand til å tåle de ovenfor nevnte formningsprosesser. Utformningen av sådanne forbindelser til sin endelige form utføres vanligvis mens materialet er i smeltet tilstand, f.eks. ved støping direkte i en støpeform.

Fra tysk utlegningsskrift (DAS) nr. 1.018.199 er det*.- ;imidlertid kjeivt å fremstille fibre av glass, basalt eller andre forbindelser ved hjelp av roterende skive som er delvis nedsenket i en smelte av vedkommende material. Størkningen av det smeltede material inntreffer etter at dråper av materialet er slynget bort fra den roterende skive på oversiden av smeltebadet. Som en f^lge av den lave overflatespenning og den høye viskositet for de materialer det her gjielder, vil hver utslynget dråpe strekke .seg ut til en flytende streng som størkner i form av en fiber. ;Foreliggende oppfinnelse har imidlertid som formål å angi en fremgangsmåte for fremstilling av faste filamenter fra materialet som i smeltet tilstand har forholdsvis høy overflatespenning og lav viskositet. Sådanne materialer er imidlertid i kraft a&-sine iboende egenskaper ustabile i flytende fllamentform og kan derfor ikke danne filamenter på den måte som er beskrevet ovenfor. Dette gjelder først og fremst -metaller, men også visse ;uorganiske forbindelser med metall-liknende egenskaper, samt også jnetallegeringer. ;Fra US patentskrift nr. 3.540.517 -er det imidlertid kjent en fremgangsmåte for fremstilling av metallbårvd, særlig stålbånd med . en tykkelse på 5 - 6 ana.', I henhold til derfae -fremgangsmåte ned-dykkes en nedkjølt valse til omtrent halve dybden av en metall-, smelte i en smeltedigel. Smeiten størkner åa mot den nedkjølte valseoverflate, således at et forholdsvis tykt metallbånd kan trekkes av valseoverflatén på oversiden av rttetallbadet. ;På denne bakgrunn av teknikkens stilling gjelder således oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av faste filamenter fra smeltet material med viskositet i området 10 3 til 1 poise og overflatespenning i området 10 til 2.500 dyn/cm når materialets temperatur ligger mellom smeltepunktet og 125% av denne temperaturverdi regnet i Kelvin-grader, hvorunder en roterende skive anordnes med sin ytterkant i kontakt med et overflateområde av et bad av nevnte smeltede material og varme bortledes fra nevnte ytterkant i sådan grad at det oppnås i det minste delvis størkning av det smeltede material i filamentform langs ytterkanten, for påfølgende spontan frigjøring av nevnte filament fra den roterende skive etter ytterkantens rotasjon ut av badets overflateområde. ;Fremgangsmåtens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består ;herunder i at ytterkanten av den roterende skive nedsenkes opp- ;til 1.5 mm under badets overflate og beveges med en periferihastighet på 0,9 til 60 m/sek. ;Når omkretsen av den roterende skive bringes i kontakt med smelteoverflaten, vil en del av smeiten størkne på skiven og føres gjennom smeiten av rotasjonsbevegelsen. Denne rotasjon frembringer også en oppbygning av smeltet material over smeltens vanlige overflatenivå, i umiddelbar nærhet av det sted hvor skiven påvirker smeiten. Smeltet material fra denne oppbygning har litt lavere temperatur enn resten av smeiten og hefter til det tidligere dannede material på kanten av det roterende legeme, samt eksiterer smeiten ved nevnte oppbygning. Formen av sluttproduktet bestemmes av den mengde material som opprinnelig størknet t; ■ legemet likesom av den smeltemengde som avsettes på det størknede material når det passerer gjennom materialoppbygningen. ;Hvis det roterende legeme heves noe etter at nevnte materialopp-bygning er innledet, kan et kontinuerlig produkt fremstilles ved føring av skiven gjennom op<p>bygningen av smeltet material, uten ;at størknet smelte har rukket å danne seg på skiven før denne føres inn i oppbygningen. Periferien av skiven kan faktisk befinne seg ovenfor smeltens generelle overflatenivå og bare passere gjennom nevnte oppbygning av smeltet material. ;Det vesentligste ved foreliggende fremgangsmåte ligger i nevnte ekstrahering av smeltet material fra overflaten av et smeltebad ved å bringe overflaten i kontakt med ytterkanten av en roterende skive. Sjønt skiven i det minste delvis kan gjøre tjeneste som et varmebortledende legeme eller kjøleblokk, ligger dens vesentlige arbeidsfunksjon i nevnte utvinning av smeltematerial fra smeltebadet på kontinuerlig eller halvkontinuerlig måte, samt føring av nevnte material til en omgivende atmosfære eller kontrollerte omgivelse, hvor bråkjøling finner sted. Det antas at en film a<y> smeltet, material.yed prosessens begynnelse fukter overflaten av den roterende skive, og således hefter ved vedkommende flate-avsnitt når det føres bort fra sin kontakt med det smeltede material. Ettersom kjølingen fremskrider vil det frembragte tynne filament trekke seg sammen, skille seg fra skivens ytter-flate og deretter slynges ut i den omgivende atmosfære av skivens uhindrende sentrifugalkraft, hvoretter størkning av enhver eventuell flytende del av filamentet fullføres. Da skiven danner et begrenset kontaktområde og roterer med relativt høy hastighet, vil det fremstilte produkt være et filament eller en tråd med lite tverrsnitt heller enn grovere tråder av den type som frembringes av kjente prosesser. ;Ved hjelp av oppfinnelsens fremgangsmåte oppnås således på enkel og billig måte massefrearstilling av metalltråder og filamenter joed forut fastlagte dimensjoner. ;Formen av sluttproduktet er delvis avhengig av formen av den roterende skive som bringes i kontakt med smeltens overflate. Ved fremstilling av filamenter eller trådliknende produkter er ytterkanten av skiven V-formet eller avrundet, idet bare den ytterste spiss av legemets periferi føres ned i det smeltede material. ;I forbindelse med foreliggende oppfinnelse vil en tråd eller et filament bli definert som et langstrakt legeme'med et. tverrsnitt mindre enn 12,5 mm 2og en bredde på mindre enn 2,5 mm. ;Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av ut-førelseseksempler under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er en perspektivskisse av et apparat som fremstiller et filament-produkt i overensstemmelse med en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser et vertikalt snitt gjennom smeltebadet i fig. 1 og hvorledes -den roterende skive frembringer et filament fra en oppbygning av smeltet material over likevektsnivået for ;smeltens overflate. ;Fig. 3 viser et vertikalt snitt gjennom apparatet i fig. 1 og ;2 og formen av det skiveformede legeme som anvendes for fremstilling av tråder eller filamenter, når nevnte legeme føres ned i smeiten. Fig. 4 viser et forstørret tverrsnitt gjennom ytterkanten av et skiveformet legeme i kontakt med en smelte, for å angi de fysiske dimensjoner som påvirker filament-produktenes egenskaper. Fig. 5 viser et snitt gjennom et skiveformet legeme som holdes på hovedsakelig konstant temperatur ved hjelp av innvendig sirkulasjon av et kjølemiddel i væskeform. Fig. 6 viser to nroieksjoner av et skiveformet legeme for fremstilling av filamenter med fastlagt lengde, og ;Fig. 7 viser et tverrsnitt gjennom en avrundet ytterkant av ;et skiveformet legeme i kontakt med en smelte, idet nevnte legeme anvendes for fremstilling av filamenter. ;Oppfinnelsens apparat for fremstilling av et filamentprodukt er vist i en utførelse i fig. 1. For dannelse av et filamentprodukt roteres en skive 30 ved hjelp av en kraftoverføringsinnretning, som f.eks. akslen 35, og en drivmotor, som i foreliggende ut-førelse ©r vist som en elektrisk motor 40. Motoren 40 er montert på en plattform 41, som kan justeres til ønskelig vertif kalt nivå ved hjelp av en jekk 45. Denne vertikale innstilling bør ikke utføres under noen vesentlig dreining om jekkens akse, da dette ville påvirke retningen av det dannede filament 20. Plasseringen av jekkfundamentet 47 er ikke kritisk og prosessen påvirkes ikke ufordelaktig ved mindre forskyvninger eller avvik fra sann vertikal stilling. Skjønt moderate vibrasjqner på grunn av apparatets rotasjon ikke synes å øve ufordelaktig innflytelse på prosessen, og prosessen med hell har vært anvendt uten anvendelse av dempningsmaterial under fundamentet 47, vil imidlertid kvaliteten av det fremstilte filament bli forbedret ved eliminering av sådanne vibrasjoner. Den elektriske motor 40 bør være utstyrt med midler for styring av motorens rotasjonshastighet, f.eks. som vist, idet apparatet er utstyrt med en styreinnretning 42 av reostat-type. Motorens bæreplate 41 kan være forlenget i retning mot skiven 30 for å danne underlag for et aksellager (ikke vist) hvis lengden av akslen 35 og omfanget av skiven 30 medfører oppretningsproblemer eller vibrasjonsproblemer. Det vil også være mulig å forlenge akslen 35 gjennom skiven 30 frem til et underlag for et annet støttelager (ikke vist). For de fleste anvendelser er akslen 35 hovedsakelig parallell med overflaten 15 av smeiten 10. ;Den kan imidlertid danne en liten vinkel uten noen vesentlig ufordelaktig innflytelse på prosessen. I noen anvendelser, som f.eks. ved fremstilling av filamenter i bestemte lengder, ;kan dette være fordelaktig, idet sentrifugalkraften da i større grad vil slynge vedkommende filamentlengde bort fra smeiten heller enn rett opp for denne, hvorved nevnte lengder kan falle tilbake i smeiten og muligens forstyrre fremstillingsprosessen. Skiven 30 må bare bringes i forbindelse med smeiten 10 med en relativt liten del av sin overflate, for dannelse av et filament-produkt 20. Den eksakte utformning av skivens overflate vil imidlertid blir drøftet i forbindelse med andre prosess-parametre. ;I alminnelighet vil et kontinuerlig filament 20 avgis fra ;en skive 30 som roterer med et lite område 32 av sin omkrets i kontakt med overflaten av smeiten 10 eller en oppbygning av smeltet material over nevnte overflae. Når det skiveformede legeme bare føres ned i smeltebadet med en liten kordelengde av sin ytterkant, vil skivens kontakt med smeiten være smal og ha sin vesentligste utstrekning i retningen av filamentet, hvilket best betegnes som en linjekontakt. Denne linjekontakt fremmer størkning over et smalt område 32 av legemet 30, og retning av varmebortledningen medfører størkning av en filament-form som ikke bare er ét avtrykk av den ytterkant som nedføres i overflaten av smeiten 10. Prosessen vil bli ustabil når den varme smelte 10 frembringer hevning av temperaturer i området 32 i sådan grad at størkningsgraden vesentlig nedsettes, hvilket vil føre til at området 32 føres ut av smeiten 10 før størkningsprosessen rekker ;å frembringe et filament 20<*> over området 32, slik som vist i i fig. 2, 3 og 4. Det er overraskende funnet at det roterende legeme kan føres gjennom smeiten med hastighet opp til 60 m/sek. og fremdeles fremme nevnte størkning. Det anvend-

bare hastighetsområdet begrenses av utstyret i større grad enn prinsipielt av prosessen. Det er herunder funnet at det foretrukkede driftsområde for skivens periferihastighet ligger mellom 1,5 og 30 m/sek.

Vedkommende filament dannes normalt i smeiten ved innstilling av kontaktområdet for det roterende legeme likesom varigheten av dets kontakt med det smeltede material, på en slik måte at den typiske tverrsnittsdimensjon for filamentproduktet blir mindre enn 1,5 mm, men større enn bredden av den kant som føres ned i det smeltede material, målt parallelt med legemets rotasjons-

akse i den midlere nedsenkningsdybde for ytterkanten av det roterende legeme. Under henvisning til fig. 4, vil bredden av tverrsnittet 20', være større enn bredden av den avrundede del av legemet 30 ved r.

Den kilde av smeltet material som betegnes som smeiten 10 kan utgjøres av et metallisk grunnstoff, en metall-legering eller en uorganisk forbindelse som er opphetet og innesluttet i kar 11, utstyrt med varmeelementer 12 for oppvarming av nevnte material til en tempratur over dets smeltepunkt. Skjønt overoppvarmningen (antallet grader over materialets smeltepunkt) vil påvirke om-

fanget eller tverrsnittet av filamentet 20, er det funnet at en hovedsakelig konstant filamentdiameter kan oppnås ved en smelte som holdes ved en temperatur mindre enn 125% av likevektsmelte-punktet (i °TO for det anvendte material, uten at det behøves noen presis kontroll av smeltetemperaturen under drift. Idet denne, j kvantitative definisjon av den foretrukkede temperatur normalt vil omfatte vanlige smeltetemperaturer, vil det forstås at foreliggende prosess kan gjennomføres med metaller og metall-legeringer ved normale støpetemperaturer, som utgjør et kompromiss mellom opphetningsomkostningene og den ønskede fluiditet av det smeltede material. Smeiten 10 kan ha et tynt,.beskyttende fluss-dekke for å forhindre for kraftig reaksjon med den omgivende atmosfære, uten at dette i vesentlig grad forstyrrer

dannelsen av filementet 20. Filamentdannelsen finner opprinnelig sted som angitt i fig. 2 og 3, under overflaten av smeiten 10 og vil kunne føres gjennom de fleste overflate-flussihidler uten noen ufordelaktig virkning. Der det er ønskelig eller nødvendig, vil apparatets enkle utførelse gjøre det mulig å inneslutte det i et enkelt hylster (ikke vist), hvorved filamentet 20, skjønt det fremdeles har høy temperatur, kan holdes inert.

Filamenter er blitt fremstilt med hell fra flere metaller og metall-legeringer slik som tinn, sink, kobber, nikkel, aluminium, aluminiumlegeringer, aluminiumbronse, støpejern, smijern, stål med høyt og lavt karboninnhold, 18/8 rustfritt stål, samt manganstål. Disse materialer er kjent for å kunne lett formes til filamenter, men foreliggende oppfinnelse kan øyensynlig også anvendes for et større: område av smelte-materialerl Foreliggende prosess kan anvendes i forbindelse med et hvilket som helst material med egenskaper som stort sett tilsvarer egenskapene for et smeltet metall, hvilket vil si at de må ha lav viskositet i området mellom 10 3 til 1 poise, høy overflatespenning i området fra 10 til 2500 dyn /cm,

samt et forholdsvis veldefinert smeltepunkt. I tillegg bør vedkommende material i det minste under en kort tid kunne heftes til et fast -material med tilstrekkelig varmekapasitet og termisk ledningsevne til å bevirke innledende størkning på ytterkanten 32 av en skive 30 av vedkommende faste material. I forbindelse med foreliggende oppfinnelse menes med et forholdsvis veldefinert smeltepunkt den temperatur som fore-ligger ved et materials overgang fra flytende til fast tilstand, en tilsvarende tilstandsforandring for en legerings-komponent som passerer en liquidus-linje i et fasediagram som angir sammenheng mellom temperatur og legeringssammensetning, eller en hvilken som helst tilstandsforandring som medfører en diskontinuerlig viskositetsøkning ved reduksjon av smeltens temperatur. Filamentprodukter er blitt fremstilt fra et smeltet alkali-nitrat, som utgjør et varmebehandlingssalt kommersielt kjent som Houghton's Draw Temp 430 og tilgjengelig fra E.F. Houghton & Company, Philadelphia, Pennsylivania. Dette salt er typisk for uorganiske forbindelser med ovenfor

angitte egenskaper i smeltet tilstand.

Skiven 30 som er vist i fig. 1 til 4, har en utformning som

er gunstig for fremstilling av kontinuerlige metallfilamenter 20 fra smeiten 10. Fig. 2 og 3 viser to forskjellige projeksjoner for skiven 30 i forbindelse med smeiten 10, mens fig. 4 viser formen av ytteravsnittet 31 av skiven 30. Som vist i fig. 1 og 2, roteres skiven 30 med sin ytterkant nedsenket i smeiten 10 like under dens overflate 15, og etter kantens nedføring i smeiten 10 ved 13 bevirker skiven 30 størkning av metall på sin ytterkant 32, men ikke nødvendigvis i punktet 13, ved fjerning av overtemperaturen og størknings-varmen fra en del av smeiten 10. Under rotasjon av skiven 30 fortsetter smeiten 10 å størkne langs skivekanten 32 for dannelse av filamentet 20'. Tverrsnittet 20' av filamentet 20' bestemmes av omfang|og form av vedkommende ytterkant 32 av skiven samt den varmemengde som fjernes av skiven 30. Den bort-ledede varmemengde avhenger videre av flere styrbare variable, hvorav den ene er oppholdstiden for et punkt på skivens 30 ytterkant 32 i smeiten 10, hvilket er en funksjon av avstanden langs skivekanten 32 mellom punktene 13 og 14 samt rotasjons-hastigheten av skiven 30.

En annen variabel størrelse som påvirker varmebortledningen,

er utformningen av skivens ytterkant 32. Denne må bevirke inn-ledningen av størkningen samt vekst av et filament-produkt, og samtidig avlede tilstrekkelig varme til å bibeholde sidekanten nå en temperatur under temperaturen for smeiten 10. Størrelsen av denne temperaturforskjell vil bli drøftet i et senere avsnitt av beskrivelsen. Den ytterkant av skiven 30 sorti er vist i fig. 4, viser de fysiske dimensjoner som påvirker varmebortledningen. Skiven 30 nedsenkes i smeiten 10 til en dybde som i figuren er angitt som "d". Skjønt foreliggende prosess kan anvendes for dannelse av kontinuerlig strimmel-liknende produkter ved store verdier av d, oppnås filamentprodukter lettest når verdien av d er mindre enn 1,5 mm og det oppnås et filamentprodukt med tverrsnitt mindre enn 6,3 mm 2.

Ved noen anvendelser holdes denne verdi av d hovedsakelig konstant under hele prosessen, men for visse materialer bringes kanten av skiven 30 tilbake til eller ovenfor over-flatens likevektsnivå 15 ved føring av nevnte kant gjennom en oppbygning av smeltet material 16 frembragt ved rotasjon av legemet 30. Når prosessen utføres på denne måte, frembringes oppbygningen 16 innledningsvis ved rotasjon av legemet 30 under overflaten 15 av smeiten, slik som vist i fig. 3. Legemet 30 heves derpå langsomt inntil den bare befinner seg i kontakt med smeiten i vedkommende oppbygning 16 av smeltet material, på utløpssiden av rotasjonsbevegelsen.

Krumningsradien r ved skivens ytterkant 32 vil påvirke den endelige form av filamentet 20, siden den i vesentlig grad utgjør en støpeform for den ene side av filamentet såvel som et utgangspunkt for den begynnende størkning. Det er med hell fremstilt filamenter med r i området fra 0,38 mm til 00. Sistnevnte verdi tilsvarer en smal, flat ytterkant i smeiten 10. I en foretrukket utførelse bør r ligge i området mellom 0,025 og 2,5 mm. I tillegg til den V-formede utformning, kan et legeme 30 med en jevnt avrundet ytterkant også anvendes.

Et filament-produkt kan dannes ved hjelp av et sådant legeme hvis nedstikningsdybden er mindre enn 0,5 mm og krumningsradien er mindre enn 12,5 mm. Alle aktuelle ytterkanter 32

av legemet 30 har det fellestrekk at de er avrundet eller på annen iftite oppviser et avsmalnet tverrsnitt, for å være i stand til lett frigjøring av et produkt som størknes på ytterkanten. De variable størrelser 8, T og D som er vist i fig. 4, påvirker bortledningen av den varme som mottas ved ytterkanten 32, til kjøligere avsnitt av skiven 30. Disse variable størrelser bestemmes av det indre kjølemiddel og enhver form for eventuell ytre kjøling av skiven 30. Bestemmelsen av disse variable er ikke kritisk og en kyndig person på området kan lett komme frem til en brukbar utformning uten :for meget forsøksarbeide.

Verdien av R påvirker prosessen på to måter, hvorav den ene

er påvirkning av massen av skiven 30 og således dets varmekapasitet. Varmekapasiteten for skiven 30 kan imidlertid

bestemmes med materialvalg, ytre avkjøling samt hensiktsmessig fastleggelse av variablene ©, T og D. En variasjon av R anvendes derfor ikke i første rekke for fastleggelse av den totale varmekapasitet for skiven 30. R påvirker imidlertid direkte visse viktige prosessvariable, nemlig den tidligere nevnte oppholdstid for et punkt på skivekanten i smeiten 10, samt frembringelse av sentrifugalkrefter som bestemmer den spontane fjerning av filamentet 20 fra skiven 30. Forskjellige skiver 30 med radius så liten som 6,25 mm (enden av en roterende stang som stikkes ned i smeiten i en viss vinkel) og så stor som 38 cm har med hell vært anvendt for å fremstille et filament, uten at det er funnet tegn på at de nevnte dimensjoner utgjør den minimale eller maksimale radius som begrenser et kritisk område av skivestørrelser.

Det antas at således prosessen ikke i seg selv er begrenset

av en viss maksimal skivestørrelse, men en praktisk grense ser ut til å utgjøres av en skive med radius større enn 50 cm. Med skiveradius større enn denne verdi, vil oppholdstiden i smeiten bli meget stor, likesom sentrifugalkraften, som er kritisk for spontan frigjøring av det frembragte produkt, reduseres. Forskjellige skiveformer 30 er anvendt med hell for å frembringe et filament, inkludert den form som er vist i fig. 1-4. I tillegg frembragte en tynn sirkulær skive 30 med en flat ytterkant 32 og en tykkelse på 1,66 mm en kontinuerlig metalltråd i løpet av noen få sekunder inntil varmen fra smeiten 10 øket temperaturen i skiven 30 i en sådan grad at det ikke lenger ble dannet noe filament

20. Temperaturforskjellen mellom skivekanten 32 og smeiten

10 <p>åvirker prosessen, men vesentlige variasjoner i temperaturforskjellen kan tolereres uten at virkningen blir merkbar. Ved prosessen kan en skive 30 som opprinnelig befinner seg på omgivelsestemperatur etter flere minutters drift nedsenket i smeltet jern, fremdeles frembringe kontinuerlige filamenter med hovedsakelig samme diameter. På grunn av skivens begrensede termiske kapasitet vil imidlertid temperaturen ved skivekanten 32 etterhvert stige til et nivå hvor det ikke lenger kan dannes en kontinuerlig tråd.

Fig. 5 viser en skive 30 med midler for sirkulasjon av et kjølemiddél inne i skiven, for derved å holde skiven 30 og dens ytterkant 32 ved konstant temperatur så snart termisk likevekt er opprettet. Innretninger for bestemmelse av kjølemidlets strømningstakt vil lett kunne anordnes av fagfolk på om-

rådet, idet prosessen fungerer innenfor et stort område av skivetemperaturer.

Det produkt som frigjøres fra skiven 30 vil i visse tilfeller ikke være fullstendig fast og vil i så fall utgjøres av et fast skikt som opprinnelig ble dannet på skiven 30 samt en flytende del som føres ut av kilden for smeltematerialet av dette faste, skikt. Avhengig av skivens termiske kapasitet og det punkt hvor filamentet frigjøres fra skiven, kan produktet fortsette sin størkningsprosess eller, hvis dets flytende andel har tilstrekkelig masse og overtemperatur, kan den på nytt smelte hele filamentet etter at det er frigjort fra den termiske påvirkning fra skiven 30. Ved hensiktsmessig innstilling av prosessparametrene kan det oppnås at denne fullstendig smeltede tilstand bibeholdes tilstrekkelig lenge til å omforme filamentet til sirkulært tverrsnitt, ved hjelp materialets høye overflatespenning. Den gass som omgir filamentet 20, er viktig for denne prosesstype, idet filamentet bare kan befinne seg i fullstendig smeltet tilstand under en meget kort tidsperiode, uten at filamentet brytes ned i dråper. Kjølemidler i gassform som luft eller ikke oksyderende gasser som nitrogen eller argon, kan anvendes enten alene eller i

it

sammensetning sammen med en tåke av flytende kjølemiddel.

Prosessen for tilvirkning av et kontinuerlig filament-produkt kan også anvendes for fremstilling av filamenter med forut bestemt lengde. Fig. 6 viser en skive med flere hakk 34

langs ytterkanten 32. Virkningen av disse hakk er å forstyrre dannelsen av filamentet 20 ved skivekanten 32 i tilstrekkelig grad til å frembringe et diskontinuerlig produkt av en lengde lik avstanden langs skivekanten mellom påfølgende hakk 34. Den form av hakkene 34 som med størst hell har frembragt sådanne diskontinuerlige filamenter utgjør hovedsakelig en skjev V, slik som antydet i fig. 6. Uten tvil vil

imidlertid også andre former av hakkene gi tilfredsstillende resultat. Den skjeve V-form har vist seg å effektivt begrense lengden av vedkommende filamenter, uten at det samles størknet material i hakkene 34, hvilket etterhvert ville påvirke den tilsiktede virkning av hakkene 34. Siden avstanden mellom påfølgende hakk 34 langs skivekanten 32 bestemmer lengden av de fremstilte filamenter, kan avstanden mellom de respektive hakk gjøres slik at det fremstilles korte filamenter av samme lengde, en bestemt fordeling av filamenterlengder eller en rekke lengre filamenter med en utstrekning som er begrenset av skiveomkretsen,. ved anvendelse av et enkelt hakk 34. Hakkene 34 gjør det mulig å rotere skiven med høyere hastighet og mindre nedsenkning i smeiten.

De prosessparametere som er angitt å påvirke prosessen, behøver ikke å bestemmes nøyaktig, og et metallfilament 20

vil som regel kunne fremstilles ved å bringe relativt lite område 32 av ytterkanten på den roterende skive 30 i forbindelse med et bad av smeltet metall 10, når skiven 30

har en periferihastighet i området 0,9 til 60 m/sek.,

samt tilstrekkelig temperaturforskjell i forhold til smeiten til å bevirke at størkning av i det minste et rudimentært filament 20 på skivekanten 32. For å starte prosessen aksellereres skiven 30 i stilling ovenfor smeiten til det ønskede omdreiningstall for å gi en periferihastighet innenfor det ønskede område. Jekken 45 innstilles for senkning av skiven 30 ned i smeiten 10, hvorved innledningsvis et filamentavsnitt dannes ved kontakt med smelteoverflaten 15. Når skiven 30 har nådd en tilstrekkelig nedstikningsdybde i ; smeiten 10, vil et kontinuerlig produkt 20 frembringes fra smeiten 10, hovedsakelig på den måte som er vist i fig. 1 og 2. Som tidligere nevnt, er det også mulig å heve skiven 30 opp til eller over smelteoverflaten 15, etter at et

filament 2 0 er dannet, idet skiveomkretsen føres gjennom en overflateoppbygning 16 av smeltet material for fortsatt dannelse av filamentet 20.

Fig. 7 viser en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse, hvor skivekanten 32 er avrundet og nedstukket i det smeltede filamentprodukt. For å oppnå dette bør krumningsradien av ytterkantens tverrsnitt -være mindre enn 12,5 mm.

Foreliggende oppfinnelse har vært anvendt i forbindelse med forskjellige utformninger for dannelse av filamentprodukter ut fra forskjellige materialer. I de følgende eksempler vil den del av skivens overflate som bringes i kontakt med smeiten hovedsakelig ha en overfiatefinhet på 0,4 til 0,5 yam, frembragt ved hjelp av smergelpapir nr. 600, idet skivens nedstikningsdybde, når intet annet er angitt, vil være omtrent 0,25 mm.

EKSEMPEL 1

Et kontinuerlig f ilament-^produkt ble fremstilt ved hjelp

av en kobberskive med en "V-formet ytterkant og følgende dimensjoner:

Skiven roterte med en omdreiningshastighet på 375 omdreininger pr. min. i overflatekontakt med et bad av manganstål (10 Mn, 1C, resten Fe), Periferihastigheten for skiven ved dens kontaktområde med smeiten var 3,85 m/sek. Smeltetemperaturen var 1480 til 1540°C og skivens temperatur varierte mellom 55 og 180°C. Omtrent 450 g filamenter ble fremstilt med tverrsnitt på 0,23 x 0,81 mm.

EKSEMPEL 2

Den samme skive ble anvendt for '(fremstilling av et filament av mykt stål (1020) ved rotasjon av skiven med 375 omdr./min.

i kontakt med et bad av smeltet stål ved en temperatur på

1515 til 1570°C. Skivens temperatur steg fra romtemperatur til

182°C under fremstillingen av et kontinuerlig filament-

produkt med tverrsnitt 0,1 x 0,46 mm.

EKSEMPEL 3

Den samme skive ble anvendt for fremstilling av et filament av en legering på nikkelbassis ved rotasjon av skiven med 400 omdr:/ min., hvilket tilsvarer en periferihastighet på 4,2 m/sek. Nikkellegeringen (3% Al, resten nikkel) befant seg ved en temperatur på 1480°C under prosessen og et kontinuerlig filament med tverrsnitt 0,15 x 0,89 mm ble fremstilt.

EKSEMPEL 4

Et kontinuerlig filament-produkt av sink ble fremstilt ved anvendelse av en aluminiumskive med hovedsakelig samme V-formede ytterkant som ovenfor angitte kobberskive, men med følgende øvrige dimensjoner:

Skiven roterte med 290 omdr./min., tilsvarende en periferihastighet på 2,22 m/sek.. Smeiten var kommersielt ren sink ved en temperatur på omtrent 450°C. Skivens temperatur lå under drift i området mellom 60 og 150°C, og dens rotasjon frembragte et kontinuerlig filament med tverrsnitt på 0,18 x 0,43 mm.

EKSEMPEL 5

Den samme skive og det samme smeltematerial ble anvendt for fremstilling av et kontinuerlig filament ved en rotasjonshastighet for skiven på 700 omdr./min. Ved den tilsvarende periferihastighet på 5,4 m/sek. ble skiven bragt i kontakt med overflaten av smeiten, som hadde en temperatur på omtrent 450°C. Skiven hadde under drift en temperatur i området mellom 93 og 210°C, og frembragte et filament med et

•tverrsnitt på 0,25 x 0,75 mm.

EKSEMPEL 6

Den samme skive ble anvendt for fremstilling av filamenter fra en smeltet uorganisk forbindelse. Forbindelsen var et nitratsalt av et alkalimetall, anvendt kommersielt i smeltet tilstand som•varmebehandlingsbad. Dets kommersielle navn er Houghton's Draw Temp 430 tilvirket av E.F. Houghton & Company i Philadelphia, Pennsylvania. Denne forbindelse ble oppvarmet til omtrent 23 0°C og skiven ble derpå bragt i kontakt med forbindelsens overflate ved en rotasjonshastighet på 240 omdr./min. (1.83 m/sek.). Skivens driftstemperatur lå i området 27 til 93°C under prosessen og filamenter med tverrsnitt 0,30 x 0,75 mm ble fremstilt.

EKSEMPEL 7 og 8

Kontinuerlige tråder av aluminium (1100) og aluminiumslegering

(2024) ble fremstilt ved anvendelse av en kobberskive med V-formet ytterkant og de følgende fysiske dimensjoner:

Begge produkter ble fremstilt ved en rotasjonshastighet på 1000 omdr./min. og en periferihastighet på 6,25 m/sek. mens aluminium 1100 befant seg i smeltet tilstand ved en temperatur på 680°C og legeringen 2024 ved temperaturen 760°C. I begge tilfeller var skivens driftstemperatur omtrent 93°C, og filamenter med et tverrsnitt på 0,15 x 0,38 mm ble fremstilt.

EKSEMPEL 9 .

Foreliggende oppfinnelse ble bragt til utførelse ved fremstilling av et diskontinuerlig filament med forut bestemt lengde, ved anvendelse av en kobberskive med hakk langs sin V-formede ytterkant. Skiven hadde følgende dimensjoner:

Hakkene langs skivens ytterkant var av hovedsakelig samme utførelse som hakkene vist i fig. 6, idet hakkdybden var omtrent 0,75 mm og tennenes utstrekning langs skivens omkrets var 0,8 mm. Skiven roterte med en omdreiningshastighet på 700 omdr./min., hvilket tilsvarer en periferihastighet på 3,63 m/sek. Den ble bragt i konatkt med overflaten av et bad av smeltet sink ved 480°C, idet skivens driftstemperatur lå mellom 50 og 93°C. Et filamentprodukt med tverrsnitt på 0,20 x 0,40 mm og en langde på 25 mm ble fremstilt.

EKSEMPEL 10

Samme skive og smeltematerial som i eksempel 9 ble anvendt,

idet også smeltetemperaturen og skivens driftstemperatur hovedsakelig ble holdt på samme verdier som i sistnevnte eksempel. Skivens rotasjonshastighet ble øket til 1190 omdr./min., hvilket tilsvarer er periferihastighet på 6,2 m/sek.,

mens skivens nedstikningsdybde i smeiten ble redusert'til 0,05 mm. Filament-produktet hadde et tverrsnitt på omtrent 0,5 x 0,30 mm samt en lengde på 23 mm.

EKSEMPEL 11

Den samme skive som i eksemplene 9 og 10 anvendt for å fremstille filamenter av støpejern. Skiven roterte med en hastighet på 3200 omdr./min, hvilket gir en periferihastighet på 16,8 m/sek., mens skivekanten er nedsenket 0,,05 mm under overflaten av et smeltebad av støpejern ved en temperatur på 1480°C. Skivens driftstemperatur var til å begynne med 24°C, og skiven var fremdeles i stand til å fremstille filamenter etter at dens temperatur var steget til 315°C.

De fremstilte filamenter hadde tverrsnitt på 0,25 x 0,9 mm og lengde på omtrent 25 mm.

EKSEMPEL 12

Diskontinuerlige tråder er også blitt fremstilt ved hjelp av en skive med andre dimensjoner. En kobberskive med følgende dimensjoner ble anvendt for fremstilling av diskontinuerlige tråder av manganstål: (12,4 Mn, 1,3 C, resten Fe):

Skivens V-formede ytterkant hadde samme type hakk som i eksemplene 9, 10 og 11, idet hakkene var plassert med 2,5 cm avstand rundt skivens omkrets. Skiven roterte med en omdreiningshastighet på 550 omdr./min., hvilket tilsvarer en periferihastighet på 5,76 m/sek., og hadde en driftstemperatur i området 65 til 225°C. Smeiten av manganstål hadde en temperatur på omtrent 1590°C, og de fremstilte filamenter hadde et V-formet tverrsnitt med en høyde på 0,25 mm og en bredde på 1 mm, idet filamentlengden var 25 mm.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av faste filamenter fra smeltet material med viskositet i området 10 3 til 1 poise og overflatespenning i området 10 til 2.500 dyn/cm når materialets temperatur ligger mellom smeltepunktet og 125% av denne temperaturverdi regnet i Kelvin-grader, hvorunder én roterende skive(3Q)er anordnet med sin ytterkant (32) i kontakt med et overflateområde (15) av et bad (10) av nevnte smeltede material og varme bortledes fra nevnte ytterkant (32) i sådan grad at det oppnås i det minste delvis størkning av det smeltede material i filamentform (20) langs ytterkanten, for påfølgende spontan frigjøring av nevnte filament fra den roterende skive etter ytterkantens rotasjon ut av badets overflateområde (15) , karakterisert ved at ytterkanten av den roterende skive nedsenkes opptil 1,5 mm under badets overflate og beveges med en periferihastighet på 0,9 til 60 m/sek.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den roterende skives ytterkant beveges med en hastighet på 1,5 til 30 m/sek.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den roterende skives ytterkant (32) etter oppbygging av en smelteopphopning over badoverflatens likevektsnivå, heves i sådan grad at ytterkanten bringes til bevegelse i opphopningen.