RU2123904C1 - Method of producing quick-harden wire, fibers and fiber and device for its embodiment - Google Patents
Method of producing quick-harden wire, fibers and fiber and device for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123904C1 RU2123904C1 RU94008149A RU94008149A RU2123904C1 RU 2123904 C1 RU2123904 C1 RU 2123904C1 RU 94008149 A RU94008149 A RU 94008149A RU 94008149 A RU94008149 A RU 94008149A RU 2123904 C1 RU2123904 C1 RU 2123904C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- fibers
- mold
- wire
- meniscus
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению быстрозакаленных материалов методом закалки из расплава для производства их в виде проволоки, волокон и фибры. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of rapidly quenched materials by melt quenching for the production of them in the form of wire, fibers and fibers.
Известны способ и устройство для получения лент, волокон и фибры из расплавов методом перелива расплава на вращающуюся цилиндрическую поверхность кристаллизатора, изготовленного из материала с высокой теплопроводностью для быстрого отвода тепла от поступаемого расплава (Патент США N 4813472, B 22 D 11/06, 1985). A known method and device for producing tapes, fibers and fibers from melts by overflowing the melt onto a rotating cylindrical surface of a mold made of a material with high thermal conductivity for rapid heat removal from the incoming melt (US Patent N 4813472, B 22 D 11/06, 1985) .
Для получения волокон и фибры на рабочей поверхности кристаллизатора выполняются специальные кольцевые проточки для получения волокон и указанные кольцевые выступы могут иметь поперечные насечки для получения фибры из расплавов металлов. Для сохранения стабильности процесса получения данной продукции авторы предлагают использовать достаточно высокие скорости вращения кристаллизатора, что значительно сокращает время контакта поверхности кристаллизатора с расплавом и продукция, полученная таким способом и на таком устройстве, отличается малым сечением, достигающим нескольких десятков микрон. Получение непрерывных волокон, проволоки сечением до миллиметра и более таким способом невозможно. To obtain fibers and fibers, special annular grooves are made on the working surface of the crystallizer to produce fibers, and these annular protrusions can have transverse notches for producing fibers from metal melts. To preserve the stability of the process of obtaining this product, the authors propose using sufficiently high mold rotation speeds, which significantly reduces the contact time of the mold surface with the melt, and the products obtained in this way and on such a device have a small cross section reaching several tens of microns. Obtaining continuous fibers, wire with a cross section of up to a millimeter or more in this way is impossible.
Известны также способ и устройство для получения быстрозакаленной продукции из расплава, при котором кристаллизатор вводится в соприкосновение с расплавом, расположенным снизу в ванне. Для получения проволоки, волокон, фибры в зоне контакта расплава с кристаллизатором устанавливают ограничительный элемент (Патент США N 4262732, кл. B 22 D 11/06, 1981). There is also known a method and apparatus for producing rapidly quenched products from a melt, in which the mold is brought into contact with the melt located below in the bath. To obtain wire, fibers, fiber in the zone of contact of the melt with the crystallizer establish a restrictive element (US Patent N 4262732, CL B 22 D 11/06, 1981).
Недостатком данного способа является то, что он предполагает наличие значительной по размерам ванны с расплавом. При получении продукции из материалов, склонных к активному взаимодействию с кислородом окружающей атмосферы или к образованию оксидных пленок на поверхности, происходит попадание продуктов окисления расплава в зону извлечения материала и срывание мениска между поверхностью расплава и затвердевшей продукцией. При этом происходит прерывание контакта диска-кристаллизатора с расплавом с выбросом капель расплава. При этом процесс может сопровождаться сильным налипанием расплава с включениями шлака на поверхность кристаллизатора, что ограничивает производительность процесса и качество получаемой продукции. Для избежания сильного окисления расплава приходится применять защитную атмосферу локально или помещать устройство в камеру с защитным газом. При этом, по классической схеме процесса, управление скоростью кристаллизации, охлаждения и толщиной получаемой продукции возможно только с помощью варьирования скорости вращения кристаллизатора и изменения глубины погружения диска в расплав. Оба эти фактора имеют определенные границы применимости по причине значительного волнообразования при увеличении скорости вращения диска на поверхности ванны с расплавом, что приводит к снижению производительности и получению продукции, неравномерной по толщине. Увеличение глубины погружения диска в расплав способствует увеличению контакта диска с расплавом для получения продукции большей толщины, однако это препятствует отделению продукции с поверхности кристаллизатора после извлечения ее из ванны с расплавом. The disadvantage of this method is that it assumes the presence of a large-sized bath with a melt. Upon receipt of products from materials prone to active interaction with atmospheric oxygen or to the formation of oxide films on the surface, melt oxidation products enter the material recovery zone and the meniscus is torn between the melt surface and the hardened product. In this case, the contact of the crystallizer disk with the melt is interrupted, and droplets of the melt are ejected. In this case, the process can be accompanied by strong adhesion of the melt with inclusions of slag on the surface of the mold, which limits the productivity of the process and the quality of the resulting product. To avoid strong oxidation of the melt, it is necessary to apply a protective atmosphere locally or place the device in a chamber with a protective gas. Moreover, according to the classical process scheme, control of the crystallization rate, cooling and the thickness of the resulting product is possible only by varying the speed of the mold and changing the depth of immersion of the disk in the melt. Both of these factors have certain limits of applicability due to significant wave formation with an increase in the speed of rotation of the disk on the surface of the bath with the melt, which leads to a decrease in productivity and to obtain products that are uneven in thickness. Increasing the depth of immersion of the disk in the melt contributes to an increase in the contact of the disk with the melt to obtain products of greater thickness, however, this prevents the separation of products from the surface of the mold after removing it from the bath with the melt.
Указанные недостатки устраняются с помощью предлагаемых способа и устройства для получения быстрозакаленной проволоки, волокон и фибры, которые основаны на управлении мениском и его поведении в зоне извлечения быстрозакаленной продукции. These disadvantages are eliminated using the proposed method and device for producing rapidly quenched wire, fibers and fibers, which are based on controlling the meniscus and its behavior in the extraction zone of quenched products.
Технической задачей изобретения является улучшение качества получаемой продукции, в основном за счет увеличения стабильности ее геометрических параметров, увеличение производительности и стабильности протекания процесса, возможность управления протяженностью контакта между расплавом и кристаллизатором. An object of the invention is to improve the quality of the products obtained, mainly by increasing the stability of its geometric parameters, increasing productivity and stability of the process, the ability to control the length of the contact between the melt and the mold.
Данный технический результат достигается тем, что создают дополнительное капиллярное давление и изменяют форму и радиус мениска между расплавом и затвердевшей продукцией путем установки ограничительного элемента в зоне извлечения быстрозакаленной продукции перед или после подачи расплава к вращающейся поверхности кристаллизатора, при этом на ограничительный элемент накладывают колебаний с частотой 1-105 Гц. This technical result is achieved by creating additional capillary pressure and changing the shape and radius of the meniscus between the melt and the hardened product by installing a restriction element in the extraction zone of rapidly quenched products before or after the melt is fed to the rotating surface of the mold, and oscillations with a frequency 1-105 Hz.
В процессе получения быстрозакаленной продукции по описанному способу в зоне извлечения затвердевшего материала над поверхностью зеркала расплава образуется мениск между поверхностью расплава и извлекаемой затвердевшей продукцией (фиг. 1а). В зависимости от скорости вращения кристаллизатора, поверхностного натяжения расплава устанавливается определенный радиус мениска. При этом вращающимся кристаллизатором и затвердевшей продукцией, находящейся на его поверхности, выносится слой жидкости из ванны с расплавом, толщина которого определяется выражением:
где
R - радиус мениска;
α - угол наклона касательной к поверхности кристаллизатора в месте извлечения продукции;
η - вязкость расплава;
v - скорость вращения кристаллизатора, м/с;
ρ - плотность расплава;
σ - поверхностное натяжение расплава;
g - ускорение свободного падения.In the process of producing rapidly quenched products according to the described method, a meniscus is formed between the surface of the melt and the recovered hardened products in the zone of extraction of the hardened material above the surface of the melt mirror (Fig. 1a). Depending on the speed of the mold, the surface tension of the melt, a certain meniscus radius is set. In this case, a rotating layer of crystallizer and hardened products located on its surface remove a layer of liquid from the bath with the melt, the thickness of which is determined by the expression:
Where
R is the meniscus radius;
α is the angle of inclination of the tangent to the surface of the mold in the place of extraction of products;
η is the melt viscosity;
v is the mold rotation speed, m / s;
ρ is the melt density;
σ is the surface tension of the melt;
g is the acceleration of gravity.
Величиной указанного слоя можно управлять, изменяя радиус мениска в зоне контакта. При этом можно добиться той же толщины извлекаемого слоя жидкости при больших скоростях вращения. Кроме того, можно увеличить протяженность контакта расплава с поверхностью диска-кристаллизатора (фиг.1б). Устанавливая дополнительный ограничительный элемент в область извлечения продукции, создается дополнительный капилляр с дополнительным давлением, определяемым радиусом нового мениска между краем элемента и затвердевшей продукцией. При определенном радиусе мениска происходит снятие избытка выносимого слоя жидкого расплава и уменьшение вязкого слоя жидкости. При сохранении капилляра, но при увеличении радиуса мениска за счет удаления ограничительного элемента от поверхности кристаллизатора можно только увеличить протяженность расплава относительно поверхности кристаллизатора, что позволяет увеличить результирующее сечение получаемой продукции. The value of the specified layer can be controlled by changing the radius of the meniscus in the contact zone. In this case, it is possible to achieve the same thickness of the extracted liquid layer at high rotation speeds. In addition, you can increase the length of the contact of the melt with the surface of the disk-mold (figb). By installing an additional restrictive element in the product extraction area, an additional capillary is created with additional pressure determined by the radius of the new meniscus between the edge of the element and the hardened product. At a certain meniscus radius, the excess of the carried out layer of the liquid melt is removed and the viscous layer of the liquid decreases. While maintaining the capillary, but with an increase in the meniscus radius due to the removal of the restrictive element from the surface of the mold, it is only possible to increase the length of the melt relative to the surface of the mold, which allows to increase the resulting cross section of the resulting product.
При использовании ограничительного элемента из материала, на котором образуется обратный мениск, можно добиться уменьшения протяженности контакта диска с расплавом меньшего сечения получаемой продукции на тех же скоростях вращения кристаллизатора (фиг.1в). When using a restrictive element of the material on which the reverse meniscus is formed, it is possible to reduce the extent of the contact of the disk with the melt of a smaller cross section of the resulting product at the same speeds of the mold (Fig. 1c).
При этом создающееся в зоне извлечения продукции давление позволяет практически полностью ограничить извлечение жидкости вместе с затвердевшей продукцией. At the same time, the pressure created in the product extraction zone makes it possible to almost completely limit the liquid extraction together with the hardened product.
Кроме того, создание дополнительного капилляра приводит к локализации зоны извлечения продукции от основной массы расплава в ванне и оксидные пленки не попадают в зону контакта диска-кристаллизатора с расплавом, а стекающий слой жидкости с извлекаемой затвердевшей продукции, имеющий образующиеся окислы на наружной поверхности, ограничен радиусом искусственно созданного мениска между ограничительным элементом и затвердевшей продукцией. При этом кусочки шлаков или продуктов окисления расплава в результате взаимодействия окружающей атмосферы с расплавом отсекаются ограничительным элементом и остаются с его наружной поверхности. Этот фактор особенно играет заметную роль при получении волокон или дискретной фибры, когда влияние окислов на наружной поверхности извлекаемой продукции особенно важно. Тем самым достигается высокая стабильность процесса получения быстрозакаленных волокон и фибры. In addition, the creation of an additional capillary leads to the localization of the zone of extraction of products from the bulk of the melt in the bath and oxide films do not fall into the zone of contact of the crystallizer disk with the melt, and the flowing layer of liquid from the recovered hardened product having formed oxides on the outer surface is limited by the radius artificially created meniscus between the restrictive element and hardened products. In this case, pieces of slag or products of melt oxidation as a result of the interaction of the surrounding atmosphere with the melt are cut off by the restrictive element and remain from its outer surface. This factor especially plays a significant role in the production of fibers or discrete fibers, when the effect of oxides on the outer surface of the extracted product is especially important. Thereby, high stability of the process for producing rapidly quenched fibers and fibers is achieved.
С другой стороны, изменение радиуса мениска в зоне извлечения продукции и создание дополнительного давления оказывают определенное воздействие на структуру получаемого быстрозакаленного материала. В этом случае изменяется характер роста дендритов в затвердевшем слое и возможно оплавление их ветвей и размножение кристаллов, характерное для процессов динамической кристаллизации, что приводит к росту зародышей кристаллизации жидкости и проявляется в более равноосной структуре получаемого продукта. Это, в свою очередь, благотворно влияет на свойства проволоки и волокон, увеличивая их пластичность. Интенсифицировать данный процесс можно, прилагая дополнительные колебания в зоне извлечения продукции, что наиболее технологично осуществлять, прилагая звуковые или ультразвуковые колебания на ограничительный элемент с частотой 1-105 Гц. При меньших колебаниях ограничительного элемента, которые могут инициироваться в направлении параллельном или поперечном фронту затвердевания, влияние колебаний не наблюдается, наложение колебаний с частотой более 105 Гц технически трудно осуществимо и на структуре не обнаруживается их влияние, т.к. трудно добиться амплитуды, соизмеримой с величиной зерна в затвердевшей продукции.On the other hand, changing the meniscus radius in the product recovery zone and creating additional pressure have a certain effect on the structure of the obtained rapidly quenched material. In this case, the nature of the growth of dendrites in the hardened layer changes and the melting of their branches and crystal growth is possible, which is characteristic of dynamic crystallization processes, which leads to the growth of liquid crystallization nuclei and manifests itself in a more equiaxed structure of the resulting product. This, in turn, has a beneficial effect on the properties of wire and fibers, increasing their ductility. It is possible to intensify this process by applying additional vibrations in the product extraction zone, which is most technologically feasible by applying sound or ultrasonic vibrations to a limiting element with a frequency of 1-10 5 Hz. With smaller vibrations of the restrictive element, which can be initiated in the direction of the parallel or transverse solidification front, the influence of vibrations is not observed, the imposition of vibrations with a frequency of more than 10 5 Hz is technically difficult and their effect is not detected, because it is difficult to achieve an amplitude commensurate with the size of the grain in the hardened product.
Следует отметить, что условием уменьшения извлекаемого слоя жидкости быстрозакаленной продукцией является соблюдение соотношения:
2R > D
или
где
R - радиус мениска;
D - расстояние между ограничительным элементом и поверхностью затвердевшей продукции на диске-кристаллизаторе;
σ - поверхностное натяжение расплава;
ρ - плотность расплава;
g - ускорение свободного падения.It should be noted that the condition for reducing the recovered liquid layer by rapidly quenched products is compliance with the ratio:
2R> D
or
Where
R is the meniscus radius;
D is the distance between the restrictive element and the surface of the hardened products on the mold disk;
σ is the surface tension of the melt;
ρ is the melt density;
g is the acceleration of gravity.
При несоблюдении данного соотношения способ работает только на создание дополнительного капилляра и увеличение протяженности контакта кристаллизатора с расплавом. If this ratio is not observed, the method only works to create an additional capillary and increase the length of the contact of the mold with the melt.
Для реализации предлагаемого способа предлагается устройство (фиг.2), включающее в себя вращающийся кристаллизатор 1, ванну с расплавом (4 и 3 соответственно), ограничительный элемент 2 в зоне извлечения быстрозакаленной продукции. При этом ограничительный элемент может иметь плоскую или цилиндрическую поверхность, обращенную к поверхности кристаллизатора. В последнем случае рабочая поверхность ограничительного элемента как бы повторяет конфигурацию поверхности кристаллизатора. Для подъема расплава над уровнем его зеркала ограничительный элемент должен быть изготовлен из материала, который смачивается расплавом, т.е. краевой угол смачивания должен быть менее 90o. Для ограничения контакта диска-кристаллизатора с расплавом и смещения зоны извлечения в сторону нижней точки диска ограничительный элемент должен быть изготовлен из материала, который не смачивается расплавом, т.е. угол смачивания должен быть более 90o. Сторона ограничительного элемента, обращенная к поверхности кристаллизатора, может быть расположена под углом 10-120o к плоскости зеркала расплава. При углах менее 10o радиус мениска практически не изменяется и влияние ограничительного элемента не проявляется. При углах наклона более 120o затруднительно создать протяженный капилляр для увеличения протяженности контакта диска с расплавом и верхняя поверхность ограничительного элемента иногда оказывает разрушающее влияние на затвердевший слой продукции.To implement the proposed method, a device is proposed (Fig. 2), including a rotating
Пример 1. Example 1
По предлагаемому способу получали проволоку медно-цинкового сплава, содержащего 20% цинка, 6% никеля, 6% фосфора, остальное - медь. Используют элемент с цилиндрической поверхностью, который устанавливался после подвода ванны с расплавом к поверхности кристаллизатора. При использовании элемента из стали, на которой угол смачивания расплавом составляет 24o, т.е. элемент смачивается расплавом, и сообщения ему колебаний 1...105 Гц, протяженность контакта при скоростях перемещения кристаллизатора 2 м/с удалось увеличить до 2 см. При этом несмотря на склонность сплава к окислению, удалось получить 3,5 кг проволоки толщиной 300 мкм, тогда как без использования ограничительного элемента из-за влияния шлаков на стабильность процесса удавалось получить не более 250 г проволоки. При использовании ограничительного элемента из керамики на основе окиси алюминия, угол смачивания расплавом на которой составляет 150o, удалось уменьшить протяженность контакта на 1,5 см и при тех же скоростных режимах получения толщина проволоки уменьшилась в 2,3 раза. При этом было получено также 3,5 кг непрерывной проволоки без прерывания процесса.According to the proposed method received a wire of copper-zinc alloy containing 20% zinc, 6% nickel, 6% phosphorus, the rest is copper. An element with a cylindrical surface is used, which was installed after the bath with the melt was supplied to the surface of the mold. When using a steel element at which the melt wetting angle is 24 ° , i.e. the element is wetted by the melt, and messages of oscillations of 1 ... 10 5 Hz, the contact length at the mold moving speeds of 2 m / s was increased to 2 cm. Despite the tendency of the alloy to oxidize, it was possible to obtain 3.5 kg of wire 300 μm, whereas without the use of a restrictive element, due to the influence of slags on the stability of the process, it was possible to obtain no more than 250 g of wire. When using a limiting element made of ceramic based on alumina, the wetting angle of the melt at which is 150 o , it was possible to reduce the contact length by 1.5 cm and at the same high-speed production conditions, the wire thickness decreased by 2.3 times. At the same time, 3.5 kg of continuous wire was obtained without interrupting the process.
Пример 2. Example 2
Проводились те же операции, как в примере 2, только кристаллизатор имел кольцевые проточки на рабочей поверхности с поперечными надрезами через 10 мм для получения фибры. Использовали расплав на основе алюминия с добавками 5,4% кремния и 1,5% магния. Угол ограничительного элемента по отношению к зеркалу расплава составлял 90o. Процесс получения фибры протекал стабильно практически до полной выработки ванны с расплавом, при этом окислы расплава собирались снаружи ограничительного элемента и не попадали в зону извлечения материала.The same operations were carried out as in example 2, only the mold had annular grooves on the working surface with transverse cuts through 10 mm to obtain fiber. An aluminum-based melt with additives of 5.4% silicon and 1.5% magnesium was used. The angle of the restrictive element with respect to the melt mirror was 90 ° . The process of obtaining fiber proceeded stably almost until the full production of the bath with the melt, while the oxides of the melt were collected outside the restrictive element and did not fall into the extraction zone of the material.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94008149A RU2123904C1 (en) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | Method of producing quick-harden wire, fibers and fiber and device for its embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94008149A RU2123904C1 (en) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | Method of producing quick-harden wire, fibers and fiber and device for its embodiment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94008149A RU94008149A (en) | 1996-02-20 |
| RU2123904C1 true RU2123904C1 (en) | 1998-12-27 |
Family
ID=20153341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94008149A RU2123904C1 (en) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | Method of producing quick-harden wire, fibers and fiber and device for its embodiment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2123904C1 (en) |
-
1994
- 1994-03-09 RU RU94008149A patent/RU2123904C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0372375B2 (en) | ||
| EP0972591B1 (en) | Method and apparatus for casting molten metal, and cast piece | |
| US4930565A (en) | Melt overflow system for producing filamentary and film products directly from molten materials | |
| EP0729798B1 (en) | Method of continuously casting molten metal and apparatus therefor | |
| US4479528A (en) | Strip casting apparatus | |
| EP0147912B1 (en) | Melt overflow system for producing filamentary or fiber products directly from molten materials | |
| US5298109A (en) | Process for the production of metal wafers and the use of silicon wafers | |
| JPH07106434B2 (en) | Continuous casting method for metal ribbon | |
| RU2123904C1 (en) | Method of producing quick-harden wire, fibers and fiber and device for its embodiment | |
| CA1194269A (en) | Strip casting nozzle | |
| USRE33327E (en) | Melt overflow system for producing filamentary and film products directly from molten materials | |
| JPH0255642A (en) | Method and device for continuously casting strip steel | |
| EP0040069B1 (en) | Strip casting apparatus | |
| EP0141577A2 (en) | Method and apparatus for forming a continuous strip | |
| CA1242304A (en) | Method of producing disordered materials | |
| JPS6123559A (en) | Oscillating method of mold for continuous casting of steel | |
| JP4207562B2 (en) | Continuous casting method and continuous cast slab manufactured by the method | |
| JPS63183747A (en) | Continuous casting device for thin strip from molten metal | |
| JPS6340650A (en) | Apparatus for reducing center segregation in continuously casting slab | |
| JP2968046B2 (en) | Method and apparatus for continuous casting of molten metal | |
| JP3247240B2 (en) | Manufacturing method of fine metal wire | |
| JPS62240146A (en) | Continuous casting method for casting sheet | |
| JP2003080353A (en) | Method for casting molten metal | |
| JPS59166358A (en) | Continuous casting method | |
| JPH0999350A (en) | Method for continuously casting cast slab having little sand mark under surface skin |