DE1729190B2 - Stranggiessduese fuer faeden aus metallen, ihren legierungen und anorganischen verbindungen - Google Patents
Stranggiessduese fuer faeden aus metallen, ihren legierungen und anorganischen verbindungenInfo
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Description
20
Die Erfindung betrifft eine Stranggießdüse für Fäden aus Metallen, ihren Legierungen, intermetallischen
Verbindungen und anorganischen Werkstoffen, die erst in einer der Düse nachgeschalteten gasartigen Atmosphäre
erstarren, durch deren chemische Reaktion mit der Schmelze auf der Oberfläche des Schmelzstrahls
eine ihn bis zur Erstarrung formstabil stützende Haut erzeugt wird.
In der älteren DT-OS 15 08 895 wurde bereits vorgeschlagen. Fäden aus Metallen, deren Legierungen,
nichtmetallischen Verbindungen oder Metalloiden, die in der Schmelze eine geringe Viskosität haben, so daß
der aus der Stranggießdüse austretende Schmelzstrahl unter Wirkung seiner Oberflächenspannung vor dem
Erstarren instabil wird und zertropft, dadurch im Strang zu gießen, daß auf dem Schmelzstrah! vor seiner
Erstarrung durch chemische Reaktion mit der Gasatmosphäre, in welche die Schmelze austritt, eine dünne Haut
erzeugt wird, welcher einen höheren Schmelzpunkt als der Fadenwerkstoff oder eine Viskosität am Schmelzpunkt
des Fadenwerkstoffs von wenigstens 1000 Poise hat. Durch ein solches Verfahren kann das Zertropfen
des Schmelzstrahles vor seiner Erstarrung wirksam vermieden werden. Denn die den Schmelzstrahl
formstabil stützende Haut kann schneller erzeugt werden, als der Strahl vom Austritt aus der Düse bis zum
Instabilwerden braucht.
Jedoch ist innerhalb der Stranggießdüse zwischen der Düsenwandung und dem Schmelzstrahl eine Reibung
vorhanden, welche bewirkt, daß die Schmelze im Randbereich des schmelzflüssigen Strahles langsamer
strömt als im Inneren des Strahles. Sobald jedoch der Schmelzstrahl die öffnung verlassen hat, bewirkt die
Zähigkeit der Schmelze, auch wenn diese nur gering ist, einen Ausgleich der unterschiedlichen Geschwindigkeiten,
wodurch sich die Randbereiche des Schmelzstrahles gegenüber der Mitte des Schmelzstrahles verschieben
bzw. Störungen an der Oberfläche des Schmelzstrahles
auftreten. Diese Störungen oder Verschiebungen können schließlich dazu führen, daß die Bildung der
Haut, welche den Strahl bis zu seiner Erstarrung formstabil stützen soll, beeinträchtigt wird oder daß die
bereits gebildete Haut unregelmäßig verformt wird oder Risse erhält. Hierdurch wiederum wird der
stranggegossene Faden über seine Länge hin ungleichförmig oder er zerlegt sich in verhältnismäßig kurze
Stücke.
Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, für derartige Verfahren, bei welchen zur
Stabilisierung des Schmelzstrahles bis zur Erstarrung auf dessen Oberfläche eine Haut erzeugt wird, die
Stranggießdüse so auszubilden, daß wesentliche, die Hautbildung beeinträchtigende Flüssigkeitsverschiebungen
an der Oberfläche des Schmelzstrahles nach seineni Austritt aus der Stranggießdüse nicht auftreten.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Düsenöffnung von weniger
als 5:1, insbesondere weniger als 2 :1, erreicht.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Stranggießdüse ist das Geschwindigkeitsprofil des daraus
austretenden dünnen Schmelzstrahls verhältnismäßig gleichmäßig, so daß es nicht mehr zu wesentlichen
Flüssigkeitsverschiebungen an der Oberfläche des Strahls kommt Dadurch entfallen entsprechende
Beeinträchtigungen für die Bildung mad Wirksamkeit
der um die Oberfläche des Strahls gebildeten stützenden
Haut, so daß Fäden hoher Gleichförmigkeit über die Fadenlänge und großer Längen auch dann noch
erhalten werden können, wenn eine Beschleunigung der Hautbildung durch Wahl einer entsprechend schnell mit
dem Schmelzstrahl chemisch reagierenden Atmosphäre nicht mehr möglich ist. Durch die erfindungsgemäße
Gestaltung der Düse ist somit dafür gesorgt, daß die Haut während der Verfestigung des Schmelzstrahls im
wesentlichen intakt gehalten wird.
Die besten Ergebnisse im Sinne der Erfindung können erzielt werden, wenn die Düsenöffnung messerkantenartig
begrenzt wird, so daß ein infinitesimal kleines Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Düsenöffnung
vorliegt. Jedoch ist eine derartige scharfkantig begrenzte Düsenöffnung nur aufwendig herzustellen
und sie unterliegt überdies erhöhter Abnutzung. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene kapillare Düsenöffnung
mit gleichförmigem Querschnitt und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von höchstens
5 :1 ermöglicht jedoch noch gute Stranggießergebnisse, wobei sich ein gegebenenfalls auftretendes parabolisches
Strömungsgeschwindigkeitsprofil über den Schmelzstrahl hin, welches zu den erwähnten Flüssigkeitsverschiebungen
an der Oberfläche des Strahls nach dem Austritt aus der Düse führen kann, durch Einstellung der Stranggießgeschwindigkeit und/oder
der Viskosität der Schmelze auf einen geringeren Wert und/oder der Dichte der Schmelze auf einen höheren
Wert in Grenzen reduzieren läßt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung besteht darin, daß durch eine Annäherung an die
ideale scharfkantig begrenzte Düsenöffnung eine beträchtliche Verringerung des Durchmessers des
ausgetretenen Schmelzstrahls im Vergleich mit dem Durchmesser der Düsenbohrung erreicht werden kann.
Es ist daher möglich, Fäden zu gießen, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Düsenbohrung
ist und ohne großen Aufwand für die Herstellung sehr feiner Düsenbohrungen können daher
Fäden mit einem außerordentlich kleinen Durchmesser erzeugt werden.
Die erfindungsgemäße Stranggießdüse ist somit insbesondere geeignet für die Herstellung von Fäden
mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 Mikron aus Werkstoffen, deren Schmelze eine geringe Viskosität
von weniger als 500 Poise hat, wie Metalle, ihre Legierungen und intermetallischen Verbindungen, die
meisten Oxide, Sulfide, Nitride und anderer Salze und die meisten sonstigen anorganischen Substanzen und
Gemische von ihnen.
3ie Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
in Beispielen näher erläutert In der Zeichnung
Fig-1 eine teilweise im Schnitt gehaltene senkrechte
Ansicht der bei den Beispielen verwendeten Stranggießvörrichtung in vereinfachter Form und
Fig.2a bis 2f Teilschnittansichten verwendeter
Stranggießdüsen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wurde zur Durchführung
der Versuche, die zur Erläuterung der Erfindung dienen, eine sehr einfache Stranggießvorrichtung verwendet
Diese Vorrichtung weist ein Behälterrohr 10 auf, welches auf einer Düsenplatte 12 aufliegt so daß ein
gasdichter Abschluß zwischen dem Rohr 10, der Düsenplatte 12 und einem Plattenhalter 14 gebildet ist
Der Plattenhalter 14 ist zur Aufnahme des Rohres 10 mit Innengewinde versehen und mit eir.jm mittig
angeordneten divergierenden Austritt zur Verbindung der Düsenöffnung 16 mit der gasartigen Atmosphäre
versehen. Wenngleich nur eine Düsenöffnung dargestellt ist, können auch andere Anzahlen verwendet
werden. Da die in den Beispielen angesprochenen Werkstoffe geringen Schmelzpunkt haben, war es
möglich, eine elektrische Widerstandserhitzung in Form eines isolierten Mantels 18 zu verwenden, in welchem
elektrische Widerstandsheizelemente 20 eingebettet sind. Das Rohr 10 kann mit unter Druck stehendem,
inertem Gas in Verbindung stehen, damit die Behältjrkammer
22 durch zyklisches Auspumpen gespült und ein positiver Anspreßdruck auf die Schmelze aufgebracht
werden kann. Zum Austauschen der Düsenöffnung gegen eine Düsenöffnung anderer Gestalt brauchte
lediglich das Rohr 10 von dem Halter 14 gelöst und eine Düsenplatte eingesetzt zu werden, welche eine Düsenöffnung
mit der gewünschten Gestalt aufweist
Mögliche Änderungen der Gestalt einer solchen Düsenöffnung innerhalb der oberen Grenze des
Verhältnisses von Länge zu Durchmesser der kapillaren Düsenöffnung von 5:1 sind in den Fig.2a bis 2f
angegeben. Die Gestaltung der Düsenbohrung gemäß F i g 2f erläutert das begrenzende Verhältnis zwischen
Düsenlänge in der Strömungsrichtung, über welche hin sich der minimale Querschnitt erstrecken kann, bevor
das Ausmaß der durch die Zähigkeit der Schmelze angetriebenen Flüssigkeitsverschiebungen im Schmelzstrahl
zum Ausgleichen des durch die Stranggießdüse erzeugten Strömungsgeschwindigkeitsprofils so groß
wird, daß eine gebildete, den Schmelzs\rahl formstabil
stützende Haut aufreißt
In Fig.2a ist eine aus rostfreiem Stahl gebildete
Düsenbohrung dargestellt, die einen minimalen Halsdurchmesser von 192 Mikron aufweist Die Düsenbohrung
in F i g. 2b wurde in einer Tantalscheibe mit einer Dicke von etwa 0,103 mm durch Lochen und Ausbohren
des Loches auf einen Durchmesser von 137 Mikron gebildet Die Abschrägung der Düsenbohrung an der
stromaufwärts liegenden Seite der Scheibe ergab sich aus dem Lochvorgang und es wurde kein Versuch
unternommen den Grat auf der Austrittsseite zu entfernen. Die Düs^nbohrungen aus F i g. 2c und 2e
wurden in einer Tantalscheibe mit einer Dicke von etwa 1,103 mm hergestellt, wobei die gezeigten Abschrägungen
durch maschinelle Bearbeitungen erhalten wurden und jede Gratbildung wurde durch Schleifen mit feinem
Karborund entfernt
Die kapillare Düsenbohrung aus F i g. 2d hatte einen Durchmesser von 135 Mikron und eine Länge von etwa
5 mm, so daß ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Düse von 37 erhalten wurde. Als Düsenwerkstoff
wurde ein Standard-Pyrex-Material verwendet Mit Ausnahme der in Fig.2d dargestellten Düsenbohrung
liegt somit jede der dargestellten öffnungen innerhalb des Bereichs, in welchem der minimale
Querschnitt sich in Strömungsrichtung dieser minimalen Querschnittsfläche erstreckt
In einer Versuchsreihe wurde Blei geschmolzen und senkrecht nach unten mit unterschiedlichen Stranggießdrücken
in eine oxidierende Atmosphäre ausgetragen, so daß eine Haut aus Bleioxid auf den Schmelzstrahlen
bei ihrem Austritt aus der jeweiligen Stranggießdüse gebildet wurden. Die Versuchsbedingungen und Versuchsergebnisse
sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich.
Temperatur | Druck | Faden durchmesser |
Fadenlänge | Durchmesser verhältnis Faden/Düse |
Düse |
(0C) | (kg/cm*) | (μ) | (cm) | ||
350 | 0,703 | 160 | 10-15 | 0,83 | |
360 | 3,515 | 176 | 14,6 | 0,91 | |
360 490 |
3,515 0,703 |
181 99 |
15,2 20,8 |
0,94 0.51 |
F i g. 2a |
350 | 0,703 | 116 | 23,4 | 0,85 | |
350 | 0,703 | 83 | 37,2 | 0,61 | |
350 350 350 350 |
1,406 1,406 3,515 0,703 |
96 73 109 109 |
32,2 59,6 23,8 23,8 |
0,70 0,53 0,80 0,80 |
F i g. 2b |
350 365 380 |
0,703 1,406 0,351 |
111 114 90 |
20,b 22,4 17,8 |
0,89 0,91 0,72 |
F i g. 2c |
350 350 350 |
0,703 1,406 2,812 |
118 120 121 |
7,9 4,1 2,5 |
0,87 039 0,90 |
F i g. 2d |
335 450 |
0,703 1,406 2.812 |
83 65 80 |
31,8 51,3 42,5 |
0,665 0,52 0,64 |
F i g. 2e |
Aus den obigen Ergebnissen ist ersichtlich, daß eine Düsenbohrung kurzer Länge zu einer beträchtlichen
Vergrößerung der Stabilität eines durch eine Haut gestützten Schmelzstrahles führt im Vergleich zu
Kapillardüsenöffnungen, deren Verhältnis von Länge zu Durchmesser 5 :1 überschreitet. Wie ersichtlich, wurde
• die Länge des Fadens mit zunehmendem Durchmesser für die in den F i g. 2a bis 2e dargestellten Düsenbohrungen
kürzer. Dies ist dem Einfluß der Schwerkraft zuzuschreiben, der mit größerem Durchmesser und
damit größerem Fadengewicht zunimmt und dadurch zum Abreißen des Fadens führen kann, wenn er nicht
durch die Stranggießbedingungen und durch die Art des Sammelns des fertigen Fadens kompensiert wird.
Die in der Tabelle angegebenen Ergebnisse zeigen deutlich, daß die kurzen Düsenbohrungen aus den
F i g. 2a bis 2c und 2e zu größeren Fadenlängen führten, als die Düsenbohrung aus 2d Die größte Fadenlänge,
die mit der Düse aus Fig.2d erhalten wurde, wird für
die anderen Düsenbohrungen um einen Faktor von wenigstens 2 überschritten. Auch ist ersichtlich, daß im
Mittel eine höhere Strahlkontraktion in den Düsenbohrungen aus den F i g. 2a bis 2c und 2e im Vergleich zu der
Düsenbohrung aus F i g. 2d erhalten wurde.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Stranggießdüse für Fäden aus Metallen, ihren Legierungen und intermetallischen Verbindungen
und anorganischen Werkstoffen, die erst in einer der Düse nachgeschalteten gasartigen Atmosphäre
erstarren, durch deren chemische Reaktion mit der Schmelze auf der Oberfläche des Schmelzstrahles
eine ihn bis zur Erstarrung formstabil stützende ι ο Haut erzeugt wird, gekennzeichnet durch
ein Verhältnis., von Länge zu Durchmesser der Düsenöffnuhg von weniger als 5 :1.
2. Stranggießdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von 2 :1.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|
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- 1967-04-27 BE BE697673D patent/BE697673A/xx unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL6705791A (de) | 1967-10-30 |
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CH466497A (de) | 1968-12-15 |
DE1729190A1 (de) | 1971-11-11 |
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