DE1596334C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen eines Fadens aus einer Schmelze mit einer
Viskosität bis zu 1000 Poise, die aus einer Stranggießdüse
in eine Gasatmospähre ausgetragen und in der Gasatmosphäre gekühlt wird, zur Verwendung bei
Fäden, an denen sich in ihrem erstarrten Bereich eine durch die Zähigkeitskräfte der Gasatmosphäre bewirkte
Ablenkung aus der Austragsrichtung relativ zum Faden entgegen der Austragsrichtung fortpflanzt.
Derartige Verfahren, bei weichen ein Schmelzstrahl aus der Stranggießdüse in eine Gasatmosphäre austritt
und erst dort erstarrt, sind bekannt. Bei einem dieser bekannten Verfahren (GB-PS 8 14 490), wird der
schmelzflüssige Strahl auf einen horizontalen Gasstrahl aufgebracht, der ein Polster für den Schmelzstrahl in
seinem schmelzflüssigen Bereich bilden und ihn auf diese Weise abstützen soll. Gleichzeitig soll durch den
im Gleichstrom mit dem Schmelzstrahl strömenden Gasstrahl eine Zugkraft auf den Schmelzstrahl ausgeübt
werden, so daß dieser unter Verringerung seines Durchmessers gestreckt, oder in vorbestimmte Fadenlänge
unterteilt wird. Der Gasstrahl soll dabei den Schmelzstrahl im wesentlichen nur so weit abstützen,
wie der noch nicht erstarrte Bereich reicht. Bei einem anderen derartigen Verfahren (GB-PS 8 28 547) wird
die den Schmelzstrahl bis zur Erstarrung kühlende Gasatmosphäre derart zum Zirkulieren gebracht, daß in
.der Nachbarschaft des Schmelzstrahls die Gasatmosphäre in nicht turbulentem Zustand vorliegt. Die
Zirkulation der kühlenden Gasatmosphäre wird im übrigen so eingestellt, daß der Abkühlungsvorgang bzw.
der Wärmeübergang vom Schmelzstrahl auf das Kühlmedium günstig gestaltet wird.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen (DT-OS 15 08 895), den Schmelzstrahl in eine derartige Atmosphäre
auszubringen, daß diese mit seiner Oberfläch unter Ausbildung einer festen Haut chemisch reagiert
kann, welche den Schmelzstrahl bis zur Erstarrur formstabil stützt. Auf diese Weise kann durch die Hai
verhindert werden, daß der Schmelzstrahl in gewisse! Abstand von der Düse unter der Wechselwirkung vo
Oberflächenspannung und Viskosität für geringe Fader durchmesser unstabil wird, bevor er erstarrt. In diese
Weise ist es somit möglich, sehr dünne kontinuierlich Fäden auch aus solchen Fadenwerkstoffen zu erhalte:
weiche in der Schmelze eine sehr geringe Viskosita haben, wie dies bei den meisten Metallen, Metalloider
anorganischen Verbindungen oder Metallegierunge der Fall ist. Damit die stützende Haut wirksan
ausgebildet werden kann, können die Austragsbedin gungen, wie die Geschwindigkeit des Schmelzstrahle'
die Gasdichte und Zähigkeit durch Auswahl eine bestimmten Gases die Gastemperatur und der Gas
druck in Abhängigkeit vom Durchmesser und de; Dichte des Schmelzstrahles eingestellt werden. Auch
dieser ältere Vorschlag gibt somit Maßnahmen an welche zur Beeinflussung des Gießstrahls in seinen·
schmelzflüssigen Bereich dienen.
Zur Erzielung eines einwandfreien Fadens durch Stranggießen sind jedoch noch andere Einflußgrößen zu
berücksichtigen. Beim Austragen eines Fadens in eine Gasatmosphäre sind auf die Zähigkeit der Gasatmosphäre
zurückzuführende Reibungskräfte am Faden wirksam, welche auf diesen entgegengesetzt zu seiner
Austragsrichtung einwirken. Den Reibungskräften wirkt die kinetische Energie des Fadens und gegebenenfalls
die Schwerkraft des Fadens entgegen. Außerdem können noch andere auf den im Strang gegossenen
Faden in seiner Austragsrichtung einwirkende Zugkräfte vorhanden sein. Je nach dem, welche dieser Kräfte
überwiegen, ergibt sich eine Resultierende in Austragsrichtung oder entgegengesetzt dazu. Unter der Wirkung
der Reibungskräfte treten am stranggegossenen Faden Störungen auf, die sich je nach Dicke und Steifigkeit des
Fadens mehr oder weniger stark auswirken können. Diese Störungen können zu einer Ablenkung des
Fadens aus der Austragsrichtung führen und sich entgegengesetzt zur Austragsrichtung entlang des
erstarrten Fadens fortpflanzen und diesen etwa schraubenlinienförmig verformen. Diese Störungen
pflanzen sich ungehindert so lange fort, bis sie dort, wo der Faden ausreichend weich ist, in einem Knick enden
oder den Faden abreißen, insbesondere wenn sie sich bis in den schmelzflüssigen Bereich des Fadens hin
fortsetzen.
Damit somit ein unbeschädigter gestreckter Faden erhalten werden kann und auch die Erstarrung des
Fadens durch die Störungen nicht negativ beeinflußt wird, müssen diese Störungen beseitigt werden.
Andernfalls ist es nicht möglich, Fäden, bei denen derartige Störungen zur Wirkung kommen können, in
zufriedenstellender Länge und Qualität zu erhalten. Die angesprochenen Störungen wirken sich besonders
nachteilig aus, wenn es sich um einen Faden sehr geringen Durchmesser und aus einer Schmelze geringer
Viskosität, d.h. einer Viskosität bis etwa 1000 Poise, handelt.
Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, bei einem Verfahren der vorliegenden Art
schädliche Ablenkungen des erstarrten Fadens unter Wirkung der Zähigkeitskräfte der Gasatmosphäre zu
vermeiden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Ähnlich ist die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit bei Schmelzen von geringer Dichte, beispielsweise
Bor und Aluminium, klein, so daß hier gegebenenfalls das Gas ebenfalls im Gleichstrom mit dem Faden
geführt werden muß. Hingegen liegt die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit für Schmelzen höherer
Dichte, beispielsweise von rostfreiem Stahl und Blei/Zinn, innerhalb des praktikablen Bereichs für die
Strang-Austragsgeschwindigkeit, so daß sich die Strang-Austragsgeschwindigkeit hier entsprechend einstellen
läßt.
Es hat sich gezeigt, daß der Elastizitätsmodul des Fadenwerkstoffs im Gegensatz zu dem, was man
erwarten konnte, nur einen geringen Einfluß auf die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit hat.
Hingegen ist die Dichte der Gasatmosphäre von hohem Einfluß auf die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit,
welche bei zunehmender Gasdichte stark abfällt, wobei vorausgesetzt wird, daß die Gasviskosität
konstant bleibt. Diese Voraussetzung wird von verschiedenen, jedoch nicht von allen Gasen gewährleistet.
Beispielsweise haben Helium und Sauerstoff etwa die gleiche Viskosität, jedoch liegt die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit
für eine Heliumatmosphäre wesentlich höher, als für eine Atmosphäre mit der Dichte
von Sauerstoff.
Auch mit zunehmender Gasviskosität nimmt die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit stark ab, und
zwar um so mehr, je geringer die Dichte und/oder der Durchmesser des Fadens sind. jd
Gewöhnlich am leichtesten kann unabhängig von dem Fadendurchmesser und von der Zusammensetzung
des Fadenwerkstoffs und der Gasatmosphäre das Strömungsmuster der Gasatmosphäre eingestellt werden.
Bei geringen Strang-Austragsgeschwindigkeiten 35-kann eine Gegenstromführung des Gases zum Faden
verwendet werden. Bei höheren Austragsgeschwindigkeiten ist hingegen eine Gasführung im Gleichstrom mit
dem Faden erforderlich, wobei die Gasgeschwindigkeit jedoch beträchtlich geringer sein kann, als die
Strang-Austragsgeschwindigkeit.
Für eine gegebene Schmelze bei einem gegebenen Fadendurchmesser ist es somit möglich, nur die
Eigenschaften der Gasatmosphäre und deren Strömung relativ zum Faden einzustellen. In vielen Fällen kann
eine beachtliche Verbesserung durch Änderung der Gaszusammensetzung erzielt werden. Ist dies wegen
der sonstigen Stranggießbedingungen nicht möglich, läßt sich die geforderte Einstellung der Austragsbedingungen
durch entsprechende Einstellung der Gasströmung relativ zum Faden erreichen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Beispiele unter Bezug auf die Zeichnung erläutert,
weiche graphische Nachbildungen von fotografischen Aufnahmen zeigt.
In eine ruhende Gasatmosphäre aus einer Mischung von 75 Vol.-% Helium und 25 Vol.-°/o Propan bei einem
Druck von einer Atmosphäre wurde durch eine Düse mit einem Durchmesser von etwa 152,5 Mikron und
einer Länge von etwa 50,8 Mikron ein Schmelzstrahl aus einer Schmelze mit 35 Gew.-% Calciumoxid und Ö3
65 Gew.-% Aluminiumoxid mit einem Molverhältnis von 1 :1 bei einer Austragstemperatur von etwa 1685° C
ausgepreßt Zum Auspressen des Schmelzstrahls wurde Austragsbedingungen, wie Gasdichte, Gaszähigkeit und
Gasgeschwindigkeit relativ zum Faden so eingestellt werden, daß die relativ zum Faden gemessene
Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ablenkung am Faden auf einen kleineren Wert als die Strang-Austragsgeschwindigkeit
eingestellt wird.
Auf diese Weise gelingt es, eine Fortpflanzung von Störungen, die aufgrund von Zähigkeitseinflüssen der
Gasatmosphäre am Faden in seinem erstarrten Bereich auftreten, in dessen stromauf der Störungsstelle
liegenden Fadenbereich, insbesondere in den noch schmelzflüssigen Bereich, zu verhindern, so daß sich die
Störungen in diesem festigkeitsmäßig schwachen Fadenbereich nicht nachteilig auswirken können.
Überdies gelingt es durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, von solchen Störungen herrührende örtliche
Abweichungen des Fadens aus seiner Austragsrichtung klein zu halten, so daß nachteilige Verformungen des
Fadens, insbesondere Knickstellen, nicht auftreten können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn zur formstabilen Abstützung des
Fadens in seinem noch schmelzflüssigen Bereich entsprechend dem erwähnten älteren Vorschlag eine
stützende Haut rings der Oberfläche des Schmelzstrahls gebildet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann
jedoch auch bei sonstigen Faden-Stranggießverfahren erfolgreich angewendet werden, bei welchen es durch
die Wechselbeziehung von Viskosität, Oberflächenspannung und Dichte des Schmelzstrahlwerkstoffs bisher
nicht möglich war, kontinuierliche Fäden insbesondere mit sehr kleinem Durchmesser herzustellen.
Erfindungsgemäß sollen diejenigen Austragsbedingungen, welche die Größe des Bewegungswiderstandes
des Fadens in der Gasatmosphäre beeinflussen, wie Gadichte, Gaszähigkeit und Gasgeschwindigkeit relativ
zum Faden, eingestellt werden, um die Bildung und Ausbreitung von auf diesen Bewegungswiderstand
zurückgehenden Ablenkungen des Fadens in der erfindungsgemäßen Weise einzustellen. Die Auswahl
der Einflußgröße, welche eingestellt werden soll, und der jeweils beste Einstellwert sind abhängig vom
jeweiligen Fadenwerkstoff und Fadendurchmesser und können auf der Grundlage der folgenden Beeinflussungsmöglichkeiten
experimentell herausgefunden werden, die bei der Herstellung eines Fadens aus rostfreiem
Stahl durch Stranggießen in einer Gasatmosphäre aus 93% Helium und 7% Sauerstoff ermittelt wurden.
Abgestellt wird im folgenden jeweils auf die kritische Maximalgeschwindigkeit des Fadens, oberhalb welcher
die Geschwindigkeit für die Fortpflanzung von Fadenablenkungen entgegengesetzt zur Austragsrichtung die
Austragsgeschwindigkeit übersteigt
Bei sehr kleinen Fadendurchmessern ist die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit sehr gering, so daß bei
der Herstellung solcher feinen Fäden das Gas der Gasatmosphäre im Gleichstrom mit dem Faden geführt
werden muß. Bei mittleren Fadendurchmessern liegt die kritische Strang-Austragsgeschwindigkeit in dem für
Verfahren der vorliegenden Art praktikablen Bereich, so daß das Stranggießen gewünschtenfalls auch in
ruhender Gasatmosphäre ausgeführt werden kann. Bei größeren Fadendurchmessern nimmt die kritische
Strang-Austragsgeschwindigkeit rasch zu, so daß verhältnismäßig große Werte des Bewegungswiderstandes
des Fadens in der Gasatmosphäre vorhanden sein können und das Gas auch im Gegenstrom mit dem
Faden geführt werden kann.
Eine Schmelze aus Zinn hoher Reinheit wurde bei einer Temperatur von etwa 3000C mittels Argon unter
Drücken von 1,76 atü, 4,57 atü und 6,33 atü durch eine
zylindrische Düse mit einem Durchmesser von 100 Mikron und einer Länge von 100 Mikron in eine
ruhende Gasatmosphäre aus 67 Vol.-% Helium und 33 Vol-% Sauerstoff mit Raumtemperatur und unter
einem Druck von einer Atmosphäre ausgepreßt, so daß ein Schmelzstrahl mit einem Durchmesser von 85
Mikron erhalten wurde.
Bei einem" Auspreßdruck von 1,76 atü entsprechend einer Strang-Austragsgeschwindigkeit von etwa
700 cm/sec wurden glatte lange Fäden (mit einer Länge von mehr als 3,04 m) erhalten. Bei dem Auspreßdruck
von 4,57 atü entsprechend einer Austragsgeschwindigkeit von 1130 cm/sec wurden verformte Fäden kürzerer
Länge (etwa 1,52 m) erhalten. Bei dem Auspreßdruck von 6,33 atü entsprechend einer Strang-Austragsgeschwindigkeit
von 1410 cm/sec wurden stark verformte Fäden wesentlich verringerter Länge (weniger als etwa
0,30 m) erhalten. Diese Beobachtungen zeigten eine gute Übereinstimmung mit einer berechneten kritischen
Strang-Austragsgeschwindigkeit von 1350 cm/sec. Bei Strang-Austragsgeschwindigkeiten in diesem und oberhalb
dieses Geschwindigkeitsbereichs können lange glatte Fadenabschnitte nicht erhalten werden, da durch
die Reibungskräfte an der Gasatmosphäre erzeugte Fadenablenkungen sich stromaufwärts fortpflanzen.
Argon unter Drücken von etwa 7,03 kg/cm2, 4,218 kg/cm2 und 2,46 kg/cm2 Überdruck verwendet, so
daß Schmelzstrahlen mit einem Durchmesser von etwa 152,4 Mikron erhalten wurden.
Unter dem Auspreßdruck von 7,03 atü wurde eine etwa schraubenlinienförmige Verformung des Fadens
beobachtet, welcher überdies unregelmäßig entlang dem Faden verteilte Bereiche mit schleifenförmigem
und geknicktem Verlauf hatte. Ein derartiger Faden ist in F i g. 1 gezeigt, worin mehrere Knickstellen mit K
bezeichnet sind. Der schraubenlinienförmige Fadenverlauf ergab sich dadurch, daß unter den gegebenen
Bedingungen die am Faden angreifenden Reibungskräfte der Gasatmosphäre so groß waren, daß die dadurch
erzeugten Fadenabweichungen sich mit größerer Geschwindigkeit stromaufwärts fortpflanzten als die
Austragsgeschwindigkeit des Fadens betrug. Dies konnte durch entsprechende Einstellung des Auspreßdruckes
und damit der zugehörigen Strang-Austragsgeschwindigkeit auf einen geringeren Wert verhindert
werden, wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich. Bei einem Auspreßdruck von 4,218 atü (F i g. 2) war die schraubenlinienförmige
Fadenverformung auf ein Mittelmaß herabgesetzt. Bei einem Auspreßdruck von 2,46 atü
schließlich wurden die geradlinigen, glasartigen keramischen Fäden gemäß F i g. 3 erhalten. Ähnliche Ergebnisse
sind zu erwarten, wenn anstelle der Austragsgeschwindigkeit die anderen den Bewegungswiderstand
des Fadens in der Gasatmosphäre beeinflussenden Größen entsprechend eingeregelt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum Stranggießen eines Fadens aus einer Schmelze mit einer Viskosität bis zu 1000
Poise, die aus einer Stranggießdüse in eine Gasatmosphäre ausgetragen und in der Gasatmosphäre
gekühlt wird, zur Verwendung bei Fäden, an denen sich in ihrem erstarrten Bereich eine durch die
Zähigkeitskräfte der Gasatmosphäre bewirkte Ablenkung aus der Austragsrichtung relativ zum Faden
entgegen der Austragsrichtung fortpflanzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsbedingungen,
wie Gasdichte, Gaszähigkeit und Gasgeschwindigkeit relativ zum Faden so eingestellt
werden, daß die relativ zum Faden gemessene Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ablenkung am
Faden auf einen kleineren Wert als die Strang-Austragsgeschwindigkeit eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas oberhalb einer vom
Fadenwerkstoff und -durchmesser und der Gasdichte bestimmten Strang-Austragsgeschwindigkeit im
Gleichstrom mit dem Faden, jedoch mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Strang-Austragsgeschwindigkeit
geführt wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEM0076329 | 1967-11-22 |
Publications (1)
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DE1596334C3 true DE1596334C3 (de) | 1977-09-29 |
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