DE2759736C2 - Verwendung einer Schlitzdüse und eines Kühlkörpers - Google Patents

Verwendung einer Schlitzdüse und eines Kühlkörpers

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Description

Aus »Zeitschrift für Metallkunde«. 64 (1973). Seiten 835 bis 843 sind für das Stranggießen von Metallstreifen zwei Verfahrenstypen und hierfür geeignete Vorrichtungen bekannt. Bei dem einen Verfahren, mit dem sich auch die Erfindung befaßt, wird die Schmelze unter Zwang aus einer Stranggießdüse auf einen beweglichen Kühlkörper ausgepreßt. Beim anderen Verfahrenstyp, mit dem sich beispielsweise die DE-OS 15 83 577 befaßt, tritt die Schmelze unter Schwerkraft aus der Stranggießdüse aus und bildet durch Oberflächenspannung an der Düsenöffnung einen Meniskus, von dem der Strang mit Hilfe einer sich drehenden Kühltrommel oder eines endlosen gekühlten Bandes abgezogen wird.
Vorrichtungen zur Durchführung dieses letzteren Verfahrenstyps finden sich auch in den US-PS 35 22 836 und 36 05 863 sowie in der DE-OS 24 19 373. Um zusammenhangende Metallfaden oder -streifen zu bekommen, darf die Kühltrommel oder das Kühlband aber nur relativ langsam bewegt werden, so daß man bei diesem Verfahrenstyp keine genügend schnelle Abkühlung und damit keine amorphen zusammenhängenden Metallstreifen erzielen kann.
Eine Vorrichtung für den ersteren Verfahrenstyp mit einer Düse und einem an ihr vorbeigeführten Kühlkörper, auf den eine Metallschmelze aufgedüst und bis zu ihrer Verfestigung belassen wird, ist in der DE-OS 26 06 581 beschrieben.
Bei dem Verfahrenstyp, bei dem die Schmelze unter Druck gesetzt wird, war es bisher nicht möglich, Metallstreifen größerer Breite und mit gleichmäßiger Dicke und gleichen Fesiigkeitseigenschaften, wie Zerreißfestigkeit und Dehnung, in allen Richtungen des Streifens zu bekommen. Bei Metallstreifen ist es aber wichtig, gleichmäßige Dicke und isotrope Festigkeitseigenschaften in Längs- und Querrichtung des Streifens zu bekommen.
Noch ein anderes Verfahren zum Stranggießen von Metallstreifen findet sich in der US-PS 38 62 658, bei dem die Metallschmelze in den Spalt zwischen zwei eng beieinanderliegenden, gegenläufig rotierenden Stahlwalzcn gegossen wird. Die US-PS 9 05 758 beschreibt ein weiteres Verfahren /ur Herstellung von Bögen, Streifen oder Bändern durch Ablagerung des geschmolzenen Metalles auf einer sich bewegenden Kühlfläche. Auch diese Verfahren ergeben aber keine gleichmäßigen Eigenschaften in den verschiedenen Richtungen der Streifen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin. Metallstreifen, insbesondere amorphe Metallstreifen. mit gleichmäßiger Dicke und gleichen Eigenschaften, wie Festigkeit und Dehnung, in Längs- wie in Querrichtung in möglichst beliebiger Breite im Strang zu gießen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst.
ic daß man eine Schlitzdüse mit einer Schlitzdicke von OJ mm bis etwa 1 mm. gemessen ir. Strangbewegungsrichtung, und einen Kühlkörper, dessen Oberfläche im Abstand von 0.03 bis 1 mm von der Schlitzdüse an dieser vorbeigeführt wird, für ein Verfahren zum Stranggießen eines dünnen amorphen Metallstreifens durch Aufdüsen einer Metallschmelze auf die sich mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 200 m/min bewegende Oberfläche im wesentlichen senkrecht zu deren Bewegungsrichtung und Belassen der Metallschmelze auf dieser
μ Oberfläche bis zu ihrer Verfestigung verwendet.
Die Schlitzdicke der Schlitzdüse ist nach oben nicht auf 1 mm beschränkt. Die Schlitzdüse steuert nicht die Fließgeschwindigkeit der Metallschmelze durch die Schlitzdüse, doch darf sie nicht zu schmal sein. Zwar kann ein schmalerer Schlitz in einigem Umfang kompensiert werden, indem man höhere Drücke zum Hindurchpressen des geschmolzenen Metalles anwendet, doch ist es bequemer, einen Schlitz ausreichender Dicke vorzusehen. Wenn andererseits der Schlitz zu dicke ist,
M beispielsweise wesentlich breiter als etwa I mm. dann wird bei einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit der Kühlfläche die von dem Metall bei dessen Verfestigung auf der Kühlfläche gebildete Verfestigungstront entsprechend dicker, was zu einem dickeren Streifen
t> führt, der nicht mit einer ausreichenden Geschwindigkeit gekühlt werden kann, um einen amorphen Streifen zu erhalten. Beispielsweise kann die Schlitzdüse eine Dicke von 0.635. 0.762 oder 1.01 inm haben. Für die Schlitzlänge, gemessen senkrecht zur Strangbewegungsrichtung, gibt es gar keine Begrenzung außer aufgrund praktischer Überlegungen. Die Schlitzlänge bestimmt die Breite des erhaltenen Metallstreifens.
Aus dem beheizten Vorratsbehälter wird die Metallschmelze unter Druck, wie mit Hilfe eines Inertgases
■r. oder unter dem hydrostatischen Druck der Metallschmelze, wenn der Metallspiegel ausreichend hoch ist. aus der Schlitzdüse ausgepreßt.
Um eine ausreichend hohe Abschreckgeschwindigkeit zu erhalten, um einen amorphen Streifen zu bekommen, muß die Oberfläche des Kühlkörpers sich mit einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 200 m/min bewegen. Bei geringeien Geschwindigkeiten ist es allgemein nicht möglich, Abschreckgeschwindigkeiten, d. h. Kühlgeschwindigkciten bis zur Vcrfesiigungstemperatur,
5j von wenigstens IO40OsCc zu erhalten, wie dies erforderlich ist. um amorphe Metallstreifen zu bekommen. Geringere Geschwindigkeiten, wie etwa 100 m/min, führen zu polykristallinen Streifen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Kühlfläche sollte nicht größer als et-
W) wii 2000 m/min sein, da mil einer Steigerung der Geschwindigkeit des Substrates die Höhe der Vcrfestigungsfronl infolge der Verkürzung der für die Verfestigung verfügbaren Zeit herabgedrückt wird. Dies führt zur Bildung eines dünnen Streifens (Dicke geringer als
hi 0.02 mm). Da der Erfolg des vorliegenden Verfahrens an einer sorgfälligen Benetzung des Kühlsubstrates durch das geschmolzene Metall hangt und da sehr dünne Schichten von geschmolzenem Metall (beispielsweise
dünner als 0.02 mm) das Kühlsubstrat nicht genügend benetzen, bekommt man dünne poröse Streifen, die nicht gewerblich verwertbar sind. Dies ist besonders stark, wenn das Gießen anders als im Vakuum erfolgt, da Ströme des umgebenden Gases, wie Luft, einen wesentlichen nachteiligen Einfluß auf die Streifenbildung bei höheren Substratgeschwindigkeiten haben. Vorzugsweise liegen die Geschwindigkeiten bei etwa JOO bis 1500. stärker bevorzugt bei etwa 600 bis 1000 m/min.
Wenn hier von Metallstreifen die Rede ist. so sind darunter Drähte und Bänder zu verstehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht aber insbesondere das Stranggießen breiter Streifen amorpher Metalllegierungen ohne die Nachteile der bekannten Verfahren. Diese Streifen besitzen gleichmäßigere Abmessungen bezüglich der Breite und Dicke und geringere Abweichungen der Festigkeitseigenschaften in der Breite und Länge des Streifens. Auch können bei hohen KOhI-geschwindigkeitfn amorphe Metallstreifen größerer Dicke stranggegsesen werden, und es können Streifen aus Legierungen, wie PdnSi.» stranggegossen werden, die nach bekannten Methoden nicht erhältlich waren. Die Breite der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhältlichen Metallstreifen kann größer als 6 mm sein, ohne daß die Isotropie der Festigkeits- und Zugeigenschaften beeinträchtigt wird.
Der erhaltene amorphe Metallstrang kann etwa 7 mm, aber auch 1 cm oder 3 cm breit und 0.02 bis zu etwa 0,14 mm dick sein und hat isotrope physikalische Eigenschaften, wie Festigkeit und Magnetisierbarkeit.
Der sich bewegende Kühlkörper, dessen Oberfläche aus einem Metall mit relativ höhet Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Beryllium-k'upfer. bestehen und verchromt oder poliert sowie mit einem '.orrosionsbeständigen. hochschmelzenden Überzug aus Keramik oder Metall versehen sein kann, hat eine Kühl- oder Abschreckfläche, auf der das geschmolzene Metall sich verfestigt.
Der Schmelzbehälter, der aus einem Stück mit der Schlitzdüse bestehen kann, enthält Heizeinrichtungen zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Metalles oberhalb seines Schmelzpunktes und steht in Verbindung mit der Stranggießdüse. Bei kurzem Betrieb ist es gewöhnlich nicht erforderlich, den Kühlkörper zu kühlen, vorausgesetzt, daß er eine relativ große Masse hat. so daß er als Wärmesenke dienen und eine merkliche Wärmemenge absorbieren kann. Für längeren Betrieb jedoch, und besonders wenn der Kühlkörper ein Band ist, welches eine relativ kleine Masse hat. wird erwünschiermaßen eine Kühlung für den Kühlkörper vorgesehen. Diese kann bequemerweise erreicht werden, indem man ihn mit Kühlmedien in Berührung bringt, die Flüssigkeiten oder Gase sein können. Wenn der Kühlkörper eine Kühlwalze ist, können Wasser oder andere flüssige Kühlmedien durch sie zirkuliert werden, oder Luft oder andere Gase können auf sie aufgeblasen werden. Alternativ kann eine Verdampfungskühlung angewendet werden, wie durch äußere Berührung des Kühlkörpers mit Wasser oder irgendein anderes flüssiges Medium, das durch Verdampfung ein Kühlen bewirkt. Obwohl man wesentliche Dickenveränderungen entlang der Länge des Streifens infolge Wärmeausdehnung der Kühloberfläche, wenn das Gießverfahren voranschreitet, erwarten sollte, wurde in Experimenten überraschenderweise gefunden, daß Gleichgewichtsbedingungen offenbar sehr schnell innerhalb der Produktion einiger weniger Meter Streifen erreicht werden und daß danach der Streifen von Ende zu Ende gleichmäßige Dicke besitzt. Beispielsweise wurde gefunden, daß die Dicke entlang der Länge des Streifens so wenig wie etwa ±5% variiert. Dies ist besonders bemerkenswert, da die gewöhnlich unvermeidliche Abweichung der Kühlwalze größer als die Veränderung in der Dicke ist. Außerdem ist der nach dem Verfahren hergestellte Streifen von äußerst gleichmäßiger Breite ml; Variationen in der Breite entlang der Länge so klein wi«. etwa ±0.0004 cm.
ίο Die zur Ablagerung von geschmolzenem Metall auf der Kühioberfläche verwendete Schlitzdüse kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen. Erwünschlermaßen wird ein solches Material ausgewählt, das von dem geschmolzenen Metall nicht benetzt wird. Ein übli-
ii eher Werkstoff ist geschmolzene oder gesinterte Kieselsäure, die in die erwünschte Form geblasen und dann durch maschinelle Bearbeitung mit einer Schlitzcffnung versehen werden kann. Praktischerweise können der Vorratsbehälter und die Düse aus einem einzigen Werk-
.1) stück geformt werden.
Das geschmolzene Metall, das nach dem Verfahren der Erfindung zu einem Streifen geformt wird, wird vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 50 bis 1000C oberhalb seines Schmelzes punktes oder höher erhitzt. Ein leichtes Vakuum kann an den das geschmolzene Metall enthaltenden Kessel angelegt werden, um einen vorzeitigen Fluß des geschmolzenen Metalles durch die Düse zu verhindern. Ein Anspritzen des geschmolzenen Metalles durch die
jo Düse ist erforderlich und kann durch den Druck der Säule des geschmolzenen Metalles in dem Vorratsbehälter bewirkt werden, oder vorzugsweise dadurch, daß man den Vorratsbehälter auf einen Druck in der Größenordnung von etwa 1.01 bis 1.05 bar bringt, bis das
J5 geschmolzene Metall austritt. Wenn die Drücke zu hoch sind, kann mehr geschmolzenes Metall durch den Schlitz gedrückt werden, als durch die Kühlfläche weggetragen werden kann, was zu einem ungeregelten Fluß unter Druck führt. Im Ernstfall kann sogar ein Verspritzen des geschmolzenen Metalles resultieren In einem weniger ernsten Fall wird ein Streifen mit einer schartigen Kante und mit unregelmäßiger Dicke gebildet.
Das Verfahren kann auch in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, indem man einfach einen Inertgasstrom, wie Stickstoff. Argon oder Helium, vor der Düse gegen die sich bewegende Kühlfläche richtet. Mit diesem einfachen Mittel ist es möglich, reaktive Legierungen, wie Fc/oMoikCibBj, zu gießen, die leicht verbrennen, wenn sie in geschmolzener Form Luft ausge-
so setzt werden. Stattdessen kann man auch den Kühlkörper in einem Gehäuse anordnen, das mit dem Inertgas gefüllt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung kann in Luft, in einem Teilvakuum oder im Hochvakuum durchgeführt
S5 werden. Wenn das Verfahren im Vakuum durchgeführt wird, wird es erwünschtermaßen unter Vakuum im Bereich von 0.1 bis 3 mm Hg durchgeführt. Durch ein Arbeiten unter Vakuum bekommt man verbesserte Gleichmäßigkeit des Streifens und Ausschaltung des
bo oxidativen Angriffs. Man arbeitet vorzugsweise unter Vakuum im Bereich von 0,2 bis 2 mm Hg.
Beispiel
br> Die verwendet Apparatur besaß eine Kühlwalze und eine Schlitzdüse. Die verwendete Kühlwalze hatte einen Durchmesser von 40 cm und eine Breite von 13 cm. Sie rotierie mit einer Geschwindigkeit von etwa 700 U/min
entsprechend einer linearen Geschwindigkeit der peripheren Oberfläche der Kühlwalze von etwa 895 m/min. Eine Düse mit einer Schlitzöffnung von 0.9 mm Dicke und 51 mm Breite, die durch eine erste Lippe mit einer Breite von 1,8 mm und eine zweite Lippe mit einer Breite von 2,4 mm begrenzt wav, war senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Umfangsfläche der Kühlwalze derart angeordnet, daß der Abstand zwischen der zweiten Lippe und der Oberfläche der Kühlwalze 0,05 mm und der Abstand zwischen der ersten Lippe und der Oberfläche der Kühlwalze 0.06 mm betrug. Ein Metall mit der Zusammensetzung FetoNLtoPMB,, mit einem Schmelzpunkt von etwa 9500C wurde verwendet. Es wurde der Schlitzdüse aus einem unter Druck stehenden Schmelzenbehälter zugeführt, worin es unter einem Druck von etwa 0,048 atü bei einer Temperatur von 10000C schalten wurde. Der Druck wurde mit Hilfe einer Argonatmosphäre erzeugt. Das geschmolzene Metall wurde durch die Schlitzdüse mit einer Geschwindigkeit von 14 kg/min ausgepreßt. Es verfestigte sich auf der Oberfläche der Kühiwaize zu einem Streifen mit einer Dicke von 0,05 mm und einer Breite vo™- 5 cm. Bei der Prüfung durch Röntgenstrahlenbeugung erwies es sich, daß der Streifen amorphe Struktur hatte. Von dem Streifen in Längsrichtung und Querrichtung abgeschnittene Proben ergaben gleiche Zugfestigkeiten und Dehnung in beiden Richtungen. Der Streifen hatte isotrope Zug- oder Dehnungseigenschaften.
JO
40
50
55
b0

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verwendung einer Schlitzdüse mit einer Schlitzdicke von 03 mm bis etwa I mm. gemessen in Strangbewegungsrichiung. und eines Kühlkörpers, dessen Oberfläche iii Abstand von 0.03 bis 1 mm von der Schlitzdüse an dieser vorbeigeführt wird, für ein Verfahren zum Stranggießen eines dünnen amorphen Metallstreifens durch Aufdüsen einer Metallschmelze auf die sich mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 200 m/min bewegende Oberfläche im wesentlicheii senkrecht zu deren Bewegungsrichtung und Belassen der Metallschmelze auf dieser Oberfläche bis zu ihrer Verfestigung.
2. Verwendung einer Schlitzdüse nach Anspruch 1, wobei die Metallschmelze unter einem Vakuum von 0.1 bis 3 mm Hg auf die Oberfläche des Kühlkörpers aufgcdüs! wird.
DE2759736A 1976-10-22 1977-10-14 Verwendung einer Schlitzdüse und eines Kühlkörpers Expired DE2759736C2 (de)

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