DE3146417C2

DE3146417C2 -

Info

Publication number: DE3146417C2
Application number: DE3146417A
Authority: DE
Inventors: Sven Torbjoern Norrtaelje Se Ekerot
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-08
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1993-02-04
Also published as: SE8003487L; JPS57500548A; JPH0130589B2; GB2085336A; US4479530A; HK42490A; GB2085336B; WO1981003136A1; SG33288G; EP0051611A1; SE427090B; DE3146417A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum direkten Gießen metallischer Drahtprodukte entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Metalldrähten, wobei der Ausdruck Draht sich auf ein Produkt bezieht, daß eine verhältnismäßig kleine Querschnittsfläche und eine beträchtliche Länge hat, wird ein Metallbad absatzweise zu Blöcken oder kontinuierlich zu Strängen vergossen, die quer zu ihrer Längsrichtung in Drahtbarren unterteilt werden. Die Blöcke bzw. die Barren haben eine Querschnittsfläche von etwa 10 000 mm² oder mehr, und sie werden in Walzwerken auf geeignete Querschnittsdimensionen heiß gewalzt, die für Stahl normalerweise rund mit einem Durchmesser von 5 bis 9 mm sind. Der auf diese Weise hergestellte Draht wird einer Weiterbehandlung unterworfen, indem er in kaltem Zustand gezogen wird.

Die vorstehend schematisch beschriebene Herstellungsmethode ist sehr teuer und bringt Materialverluste mit sich. Die Walzwerksausrüstung ist unter anderem teuer, weil der Unterschied zwischen der Querschnittsfläche des Ausgangsmaterials, d. h. den Blöcken bzw. den Barren, und der Querschnittsfläche des heiß gewalzten Drahtes groß ist und eine große Anzahl von Durchgängen erfordert. Das Material muß außerdem eine gute Verarbeitbarkeit haben, die im wesentlichen von der Analyse des Materials abhängt und die daher vom Material her gesehen Beschränkungen erfordert.

Ein zufriedenstellend arbeitendes Verfahren zum direkten Gießen von Draht, bei dem ein verhältnismäßig kleiner Querschnitt im wesentlichen kontinuierlich gegossen wird, muß daher eine große Anzahl offensichtlicher technischer und wirtschaftlicher Vorteile bieten. Gegenwärtig existiert kein Verfahren, bei dem die beträchtlichen technischen Probleme gelöst sind, die mit einem solchen direkten Gießprozeß verbunden sind, und deswegen wird auch kein solches Verfahren in der kommerziellen Produktion angewendet.

Ein bekanntes und getestetes Verfahren zum direkten Gießen ist der Michelin-Prozeß, bei dem ein Strahl geschmolzenen Metalls unter hohem Druck durch eine kleine Öffnung oder Düse herausgedrückt wird, wodurch unter günstigen Bedingungen ein Draht von etwa 0,2 mm Durchmesser gebildet werden kann.

Durch Aufrechterhaltung eines hohen Siliziumgehalts in dem Bad und durch Ummantelung des Strahls mit einer Sauerstoff- Gas-Atmosphäre wird gemäß Michelin eine Oxidhülse gebildet, die den Strahl zusammenhält, bis er erstarrt ist. Das Verfahren, das bisher nur im Laboratoriumsmaßstab getestet wurde, ist sehr schwierig zu steuern. Es gestattet ferner die Herstellung von nur sehr dünnem Material und erfordert hohe Siliziumgehalte in dem Drahtmaterial.

Andere Verfahren zum direkten Gießen sind getestet worden, bei denen vorwiegend eine schnell erstarrende Struktur des Drahtes erwünscht ist. In diesen Fällen werden sehr kleine Dimensionen angestrebt, und erfolgversprechende Ergebnisse sind im Laboratoriumsmaßstab mit Legierungen erzielt worden, die eine niedrige Liquidus-Temperatur haben, d. h. eine Temperatur der beginnenden Erstarrung. Wegen der kleinen Abmessungen sind solche Verfahren jedoch ohne Interesse unter einem Produktionsgesichtspunkt für "normale" Produkte und Materialarten.

Verfahren zum Herstellen von Stahlfasern aus einem geschmolzenen Bad sind bekannt und bis fast zur kommerziellen Produktion entwickelt worden. Bei diesen Verfahren wird ein Rad so gedreht, daß ein Teil seines Umfangs in das Bad eintaucht. Es hat sich jedoch als undurchführbar herausgestellt, auf diese Weise einen zusammenhängenden Draht mit annehmbarem Querschnitt herzustellen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das "Tauchformen", das zum Aufbringen einer sehr reinen äußeren Schicht aus Kupfer auf einen Kupferdraht verwendet wird. Es hat sich herausgestellt, daß es durch dieses Verfahren möglich ist, einen Überzug auf einen Draht "aufzufrieren", indem der Draht in ein geschmolzenes Bad desselben Materials wie der Draht eingetaucht wird. Aus technischen Gründen ist dieses Verfahren jedoch nicht zur Verwendung bei Stahl geeignet. Das Verfahren ist vielmehr als ein Verfahren der Oberflächenbeschichtung anzusehen.

Zusammenfassend kann man sagen, daß trotz der offensichtlichen technischen und wirtschaftlichen Vorteile, die mit dem direkten Gießen von Stahldrahtprodukten verbunden sind, bisher kein Arbeitsverfahren hierfür zur Verfügung steht.

Im Prinzip sollte das einfachste Verfahren zum Herstellen eines Drahtes durch direktes Gießen darin bestehen, das geschmolzene Metall zu veranlassen, durch eine Öffnung, eine sogenannte Düse, eines Behälters auszufließen und dadurch einen zusammenhängenden Strahl zu bilden, der dazu bestimmt ist, zu einem Draht zu erstarren. Es ergeben sich jedoch bisher ungelöste Probleme, einen solchen Strahl zu veranlassen, zu einem Draht von gewünschten Abmessungen zu erstarren. Infolge der hohen Oberflächenspannung des Stahls ergibt sich eine starke Tendenz des Aufbrechens des Strahls in Tröpfchen, weil von einem energetischen Standpunkt die Tröpfchenform für das Bad günstiger ist. Diese Tendenz wird ferner durch Anforderungen an abnehmende Durchmesser begünstigt, und zwar aufgrund des Beschleunigungseffekts der Schwerkraft auf den Strahl in Verbindung mit den Anforderungen an konstante Volumen.

Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der FR-PS 14 57 615 bekannt. Nach diesem bekannten Verfahren wird ein Draht oder ein anderer länglicher Gegenstand aus Metall mittels eines metallischen Überzuges besichtet. Hierzu läßt man einen Draht durch eine Auslaßdüse laufen, die mit einem Bad von geschmolzenem Überzugsmetall in Verbindung steht und deren Durchmesser nur wenig größer ist als der Durchmesser des Drahts. Man läßt das geschmolzene Überzugsmetall aus der Auslaßdüse in Richtung des Vorschubs des Drahtes fließen, wobei ein Gegendruck mittels eines Gases gegen das geschmolzene Metall von der Außenseite der Auslaßdüse her aufgebracht wird. Das Metall fließt somit nicht frei als Strahl durch die Auslaßdüse, sondern die austretende Metallmenge wird durch den Gasgegendruck bestimmt, so daß wegen der verhältnismäßig kleinen Auslaßdüse und wegen der verhältnismäßig geringen Austrittsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls nur ein dünner Überzug auf dem Metall hergestellt werden kann. Dennoch handelt es sich um ein recht kompliziertes Überzugsverfahren, bei dem vorzugsweise eine dünne Schicht von Aluminium auf einen Stahldraht aufgebracht wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch direktes freies Gießen eines flüssigen Metallstrahls kontinuierlich einen Draht herzustellen, der beim Abkühlen des Gießstahls nicht in einzelne Stücke aufbricht. Hierbei soll ein Drahtprodukt mit beträchtlichem Querschnitt und nicht nur ein dünner Überzug auf einem vorhandenen Draht hergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Bei diesem Verfahren wird der Führungsdraht nur zur Stabilisierung des frei austretenden Metallstrahls verwendet, sozusagen als Kern zur Bildung des eigentlichen Drahtprodukts, das wegen des verhältnismäßig großen Querschnitts des Auslaßlochs im Verhältnis zum Kerndraht einen beträchtlichen, homogenen Querschnitt aufweist. Dies wird dadurch erreicht, daß man das geschmolzene Metall frei als Strahl austreten läßt, und zwar im Gegensatz zum Stand der Technik ohne Gasgegendruck. Dabei wird der Draht mit etwa der gleichen Geschwindigkeit geführt, wie sie sich durch den Austritt des Strahls des geschmolzenen Metalls einstellt. Das sich hierbei bildende Drahtprodukt wird durch den stabilisierenden Kerndraht über einen verhältnismäßig großen Querschnitt zusammengehalten, ohne daß sich an dem gebildeten Draht Bruch- oder Rißstellen ergeben. Das Verfahren kann in einfacher Weise gesteuert werden, u. a. durch Einstellung der Höhe des Bades des geschmolzenen Metalls im Behälter sowie durch Einstellung der Austrittsgeschwindigkeit des Drahts und der Temperatur des Metallbades.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4, wobei das Auftreten des Metallüberzugs bereits in dem Metallbad dadurch erfolgen kann, daß die Temperatur des geschmolzenen Metalls nur unbedeutend oberhalb der Liquidus-Temperatur gehalten wird und/oder der Draht abgekühlt wird, bevor er in Berührung mit dem Bad gebracht wird.

Die Ansprüche 5 bis 15 kennzeichnen vorteilhafte Merkmale einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben, in der

Fig. 1 ein lotrechter Schnitt durch ein schematisch gezeichnetes erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,

Fig. 2 ein lotrechter Schnitt durch einen wesentlichen Teil der Vorrichtung ist,

Fig. 3 ein lotrechter Schnitt durch einen schematisch gezeigten Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist,

Fig. 4 ein lotrechter Schnitt durch einen schematisch gezeigten Teil eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist,

Fig. 5 ein lotrechter Schnitt durch einen schematisch gezeigten Teil eines vierten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist,

Fig. 6 ein lotrechter Schnitt durch ein schematisch gezeigtes zweites Ausführungsbeispiel einer Auslaßöffnung gemäß der Erfindung ist.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Abwickelspule oder dergleichen, von der ein Metalldraht 2 abläuft. Die Abwickelspule 1 kann ein Drahtmagazin sein, sie kann aber auch ein Block sein, in den Draht von einem Magazin aufgenommen wird, der von dem Block ablaufen soll.

Vorzugsweise unterhalb oder auf der gleichen Höhe wie die Abwickelspule 1 ist ein Behälter 3, ein sogenannter Gießkasten 3 oder dergleichen, angeordnet, der dazu bestimmt ist, ein Bad 4 geschmolzenen Metalls zu halten, das auf den Draht 2 aufgebracht werden soll. In dem Boden 5 des Behälters 3 ist ein Auslaßloch 6 für geschmolzenes Metall vorgesehen, beispielsweise in einer sogenannten Düse 7 oder dergleichen, welche Düse z. B. aus einem perforierten Keramikeinsatz 7 in dem Boden 5 des Behälters 3 besteht.

Der Draht 2 ist dazu bestimmt, in das Bad 4 eingeführt zu werden, durch dieses hindurchgeführt zu werden und aus dem Bad 4 und dem Behälter 3 durch das Auslaßloch 6 herausgeführt zu werden, das einen Durchmesser oder eine entsprechende Abmessung hat, die den Durchmesser oder eine entsprechende Abmessung des Drahtes 2 wesentlich übersteigt. Auf diese Weise soll geschmolzenes Metall aus dem Bad 4 heraus durch das Auslaßloch 6 längs des Drahts 2 fließen und einen Überzug 8 um den Draht 2 herum bilden.

Vorzugsweise unterhalb des Behälters 3 ist eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die im wesentlichen einen Behälter 9 oder dergleichen mit einem Kühlmittel 10, beispielsweise einer Flüssigkeit oder einer Schmelze, aufweist. Durch dieses Kühlmittel 10 soll der Draht 2 mit dem Überzug 8 aus geschmolzenem herausgeflossenem Metall hindurchgeführt werden. In vielen Fällen wird ein Kühlmittel bevorzugt, das bei der Berührung mit dem Überzug nicht verdampft.

Der Behälter 9 ist in einer für diesen Zweck geeigneten Weise angeordnet, beispielsweise nach oben offen und hat ein Loch 11 in seinem Boden 12, wo vorzugsweise eine Dichtung 13 einer geeigneten Art in Verbindung mit dem Loch 11 angeordnet ist, um gegen den Draht 2 mit dem Überzug 8 abzudichten, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Die Kühlvorrichtung 9, 10 ist vorzugsweise für eine Zirkulation des Kühlmittels 10 mittels eines Sammelbehälters 14 und einer Rückführleitung 16 ausgebildet, die mit einer Pumpe 15 versehen ist, wie es schematisch in Fig. 1 angedeutet ist.

Der Draht 2 mit dem Überzug 8 wird, nachdem er durch die Kühlvorrichtung 9, 10 gelaufen ist, auf einer Aufwickelspule 17 aufgewickelt. Zu dieser Zeit soll der Überzug 8 erstarrt sein.

In Fig. 2 sind das Auslaßloch 6, die Düse 7 und der Draht 2 mit dem Überzug 8 in größerem Detail dargestellt.

In Fig. 3, die sich auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung bezieht und in der die Kühlvorrichtung 9, 10 nicht gezeigt ist, bezeichnet die Bezugszahl 18 ein Rohr oder dergleichen aus beispielsweise keramischem Material, welches Rohr 18 in das Bad 4 aus geschmolzenem Metall eingetaucht ist. Das Rohr 18 ist so angeordnet, daß seine obere Mündung 19 vorzugsweise oberhalb der oberen Oberfläche 20 des Bades 4 angeordnet ist, und seine untere Mündung 21 ist in Verbindung mit dem Auslaßloch 6 im Boden 5 des Behälters 3 angeordnet. Durch dieses Rohr 18 wird der Draht 2 in das Bad 4 eingeführt. Das Rohr 18 kann vorzugsweise angehoben und abgesenkt werden, und seine untere Mündung 21 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie gegen den Behälter 3 an dessen Innenseite 22 an dem Ausflußloch 6 abdichten kann, so daß der Ausfluß von geschmolzenem Metall aus dem Bad 4 durch das Auslaßloch 6 mittels des Rohres 18 eingestellt und/oder vollständig abgesperrt werden kann.

Das Rohr 18 kann angeordnet und ausgebildet sein wie in Fig. 4 gezeigt, wo ein Kühlmittel 23, beispielsweise flüssiges Argon, in das Rohr 18 eingeführt werden kann und dazu dient, den Draht 2 während seines Durchgangs durch das Rohr 18 zu kühlen. Das Rohr 18 ist hier beispielsweise mit einer Öffnung 24 nahe seiner oberen Mündung 19 ausgebildet, durch welche Öffnung das Kühlmittel 23 unter Druck über eine Zufuhrleitung 25 zugeführt werden kann. Es ist natürlich möglich, mehrere Öffnungen 24 und Zufuhrleitungen 25 vorzusehen. Die Bezugszahl 26 bezeichnet eine Abdichtung zwischen dem Draht und dem Rohr 18 an der oberen Mündung 19 des Rohres an der Stelle, an der der Draht 2 eingeführt werden soll.

Das Rohr kann, wie in Fig. 5 gezeigt, ausgebildet sein, wo radial gerichtete Löcher 27 geringfügig oberhalb der unteren Mündung des Rohres angeordnet sind, durch welche Löcher geschmolzenes Metall von dem Bad 4 zu dem Rohr und dem Draht zugeführt werden soll.

In Fig. 6, die ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Auslaßloches 6 zeigt, bezeichnet die Bezugszahl 28 ein Kühlgehäuse, beispielsweise aus Kupfer, das am Boden 5 angeordnet ist und durch das ein Kühlmittel 29 fließen soll, wobei das Auslaßloch 6 ein durch das Kühlgehäuse 28 gebildetes Loch ist, wie in Fig. 6 gezeigt. Das Auslaßloch 6 ist hier vorzugsweise im wesentlichen konisch und verjüngt sich zu der äußeren Oberfläche des Behälters 3, wodurch es möglich ist, einen Überzug 30 zusammenzudrücken, der bereits in dem Bad 4 auf dem Draht 2 aufgefroren worden ist.

In Verbindung mit dem Auslaßloch 6 können, unabhängig von seiner speziellen Ausbildung, Einrichtungen bekannter Art vorgesehen sein, um magneto-hydrodynamische (MHD) Kraftfelder zu bilden, wie es beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, wo diese Felder mit 31 bezeichnet sind. Die MHD-Einrichtungen sind so angeordnet, daß das durch das Auslaßloch 6 ausfließende geschmolzene Metall gebremst werden kann und daß die erzeugte Bremskraft variiert werden kann. Die MHD-Einrichtungen tragen weiterhin zu einer ruhigen Erstarrung und einer gleichförmigen Oberfläche des erstarrten Überzugs bei.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt.

Der mit einem Überzug aus Metall zu versehende Draht 2 wird von der Abwickelspule 1 nach unten in den Behälter 3 in das Bad 4 geschmolzenen Metalls geführt, das auf den Draht 2 aufgebracht werden soll. Danach wird der Draht 2 aus dem Bad 4 heraus durch das Auslaßloch 6 im Boden 5 des Behälters 3 geführt. Das Auslaßloch 6 hat einen Durchmesser oder eine entsprechende Abmessung, die den Durchmesser oder die entsprechende Abmessung des Drahtes 2 wesentlich übersteigt. Geschmolzenes Metall fließt durch das Auslaßloch heraus und längs des Drahtes, der zusammenhaltend auf den Strahl einwirkt und den Strahl daran hindert, in Tröpfchen aufgebrochen zu werden.

Der einen Überzug aus geschmolzenem Metall darstellende Strahl wird so auf den Draht aufgebracht, wobei dieser Überzug eine Dicke hat, die unter anderem vom Durchmesser des Auslaßlochs in bezug auf den Durchmesser des Drahts abhängt.

Das Verfahren schließt das Erstarren des Überzugs aus geschmolzenem Metall ein, und deswegen muß die Temperatur des geschmolzenen Metalls erniedrigt werden, vorzugsweise durch zwangsweise Kühlung, und zwar zunächst unterhalb der Temperatur, bei der das Abkühlen beginnt, die sogenannte Liquidus-Temperatur, und dann unterhalb der Temperatur, bei der das vollständige Erstarren erfolgt, die sogenannte Solidus-Temperatur.

Das Kühlen wird auf verschiedene Weise bewirkt. Der Überzug aus geschmolzenem Metall wird teilweise vom Draht her, also "von innen" abgekühlt, vorausgesetzt, daß der Draht eine niedrigere Temperatur als der Überzug hat, und teilweise durch das umgebende Medium, zum Beispiel Luft nach dem Herausfließen aus dem Auslaßloch. Die Hauptabkühlung findet jedoch zwangsweise statt, wenn der Draht durch den Behälter 9 mit dem Kühlmittel 10 hindurchgeführt wird, wobei das Kühlmittel eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder eine Schmelze ist. Der Draht mit dem aufgebrachten erstarrten Überzug läuft durch ein Loch, das mit einer Dichtung versehen ist, in dem Behälterboden hinaus, worauf der Draht mit dem Überzug mittels der Aufwickelspule 17 aufgewickelt wird. Ein möglicherweise austretendes Kühlmittel wird aufgesammelt und zu dem Behälter 9 zurückgeführt, wenn dies geeignet und möglich erscheint. Der notwendige Kühleffekt der Kühlvorrichtung variiert mit dem pro Zeiteinheit zu kühlenden Volumen, d. h. mit der Dicke des Überzugs und der Geschwindigkeit des Drahtes. Der Kühleffekt kann je nach Wunsch eingestellt werden, unter anderem durch Veränderung der Tiefe des Bades in dem Behälter, wobei der Kühleffekt mit der Badtiefe zunimmt. Es ist auch vorstellbar, daß man den Draht in irgendeiner Schleifenform durch den Behälter laufen läßt, wodurch die Aufenthaltszeit in dem Bad und dadurch der Kühleffekt vergrößert wird.

Das Abkühlen kann natürlich auch auf verschiedene andere Arten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann Flüssigkeit oder Gas gegen den Draht gesprüht werden. Auch ein Berührungskühlen ist vorstellbar, wobei der Draht mit dem Überzug zwischen gekühlten Walzen oder dergleichen hindurchgeführt wird. Es ist natürlich möglich, mehrere Kühlverfahren miteinander zu kombinieren.

Allgemein gilt, daß das Abkühlen so eingestellt werden muß, daß der Überzug aus geschmolzenem Metall vor dem Aufwickeln im wesentlichen vollständig erstarrt ist. Bei einer bestimmten Kühlwirkung ergeben sich hierdurch Beschränkungen in bezug auf die Dicke des Überzuges und die Drahtgeschwindigkeit.

Bestimmte Bedingungen oder Beschränkungen sind auch mit dem Durchgang des Drahts durch das Bad 4 von geschmolzenem Metall vor dem Aufbringen des Überzugs aus geschmolzenem Metall verbunden. Beispielsweise darf der Draht beim Durchgang durch das Bad nicht veranlaßt werden zu schmelzen. Wenn das Material in dem geschmolzenen Metall dasselbe ist wie in dem Draht, muß die Aufenthaltszeit des Drahts in dem Bad so kurz sein, daß die Temperatur des Drahtes nicht bis auf die Solidus-Temperatur für das Material ansteigen kann. Die Aufenthaltszeit kann vermindert werden durch Erhöhung der Drahtgeschwindigkeit, aber dann muß das Abkühlen in Betracht gezogen werden, weil, wie zuvor erwähnt, die Anforderungen an die Kühlung desto höher sind, je höher die Drahtgeschwindigkeit ist. Die Aufenthaltszeit kann auch vermindert werden durch Verkürzung der Entfernung, über die der Draht durch das Bad geführt wird. Dies wird vorzugsweise erreicht durch Einführen des Drahtes in das Bad unterhalb dessen Oberfläche und nahe dem Auslaßloch. Dies ist die Funktion des Rohres 18 bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, wobei die untere Mündung des Rohres dazu bestimmt ist, nahe dem Auslaßloch gehalten zu werden, und der innere Durchmesser des Rohres übersteigt nur unbedeutend den Durchmesser des Drahtes, so daß geschmolzenes Metall nicht in dem Rohr aufsteigt wegen des schmalen Raumes zwischen dem Draht und der Innenwand des Rohres und wegen der Bewegung des Drahtes. Dies ist auch die Hauptfunktion des Rohres 18 bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Draht auch durch das Kühlmittel 23 gekühlt, daß beispielsweise aus flüssigem Argon besteht. Das Kühlmittel 23 wird in das Rohr unter Druck eingeführt und hindert geschmolzenes Metall daran, in dem Rohr aufzusteigen. Das Kühlen des Drahtes vermindert die Gefahr des Schmelzens. Dies ist auch die Hauptfunktion des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5, bei dem das Rohr geringfügig oberhalb seiner unteren Mündung mit den radial gerichteten Löchern versehen ist, durch welche geschmolzenes Metall von dem Bad dem Rohr und dem Draht zugeführt wird. In entsprechender Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 gezeigt ist, wird das Kühlmittel in das Rohr eingeführt, wodurch geschmolzenes Metall daran gehindert wird, in dem Rohr aufzusteigen, während gleichzeitig der Draht gekühlt wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 bezieht sich auf Fälle, das heißt auf solche Verfahrensbedingungen, bei denen ein Auffrieren von Metall auf den Draht schon in dem Bad erreicht wird. Das Kühlgehäuse 28 ist in diesem Fall ein Werkzeug, das unter anderem wegen seiner konischen Gestalt, die sich zu der Außenseite des Behälters hin verjüngt, und durch Wahl eines genügend kleinen Durchmessers oder einer entsprechenden Abmessung seiner Auslaßöffnung den aufgefrorenen Überzug zusammendrückt, d. h. die Dicke des Überzuges vermindert. Gleichzeitig werden der Überzug und herausfließendes geschmolzenes Metall gekühlt.

Wie oben angedeutet, bestehen auf diese Weise eine große Anzahl möglicher Kombinationen von Bedingungen, unter denen der Überzug von geschmolzenem Metall aufgebracht und veranlaßt werden kann, auf dem Draht zu erstarren. Wichtige Parameter sind unter anderem die Temperatur des Drahtes, die Liquidus- und die Solidus-Temperaturen des Drahtes, die Temperatur des geschmolzenen Metalls in dem Bad, die Liquidus- und Solidus-Temperaturen des geschmolzenen Metalls, die thermische Diffusionsfähigkeit des geschmolzenen Metalls, der Durchmesser des Auslaßlochs in bezug auf den Drahtdurchmesser, die Temperatur des möglichen Kühlmittels und der Wärmeübertragungskoeffizient in bezug auf den Wärmeübergang zwischen dem Überzug und dem Kühlmittel. Von großer Wichtigkeit ist natürlich auch die Geschwindigkeit, mit der der Draht durch das Bad und das Auslaßloch geführt wird, und die Aufenthaltszeit des Drahts in dem Bad. Hier hat auch die Höhe oder Tiefe des Bades unter gewissen Bedingungen einigen Einfluß.

Von großer Bedeutung für die Funktion des Verfahrens ist natürlich der Durchmesser oder die entsprechende Abmessung des Auslaßlochs 6 in bezug auf den Durchmesser oder die entsprechende Abmessung des Drahtes 2. Die Dicke des aufgebrachten Überzugs aus geschmolzenem Metall entspricht nämlich im wesentlichen dem Unterschied zwischen dem Radius des Auslaßlochs und dem Drahtradius. Unter bestimmten Bedingungen besteht natürlich im allgemeinen eine Begrenzung für die Dicke des aufzubringenden Überzugs.

In der unten stehenden Tabelle sind Beispiele von Bedingungs- Kombinationen gezeigt, unter denen das Verfahren durchgeführt werden kann. Es ist charakteristisch für diese Kombinationen, daß die Temperatur des geschmolzenen Metalls nur geringfügig höher als die Liquidus-Temperatur des geschmolzenen Metalls gehalten wird, was das Erstarren erleichtert, und daß die Drahtgeschwindigkeit und die Dicke des aufgebrachten Überzugs so eingestellt sind, daß vernünftige Anforderungen an das Kühlen gestellt werden, nachdem der Draht mit dem Überzug das Bad verlassen hat.

In der Tabelle gelten folgende Werte:
⌀_t = Drahtdurchmesser (mm)
⌀_u = Durchmesser des Auslaßlochs (mm)
v = Drahtgeschwindigkeit (m/s)
T_s = Temperatur des geschmolzenen Metalls in dem Bad (°C)
T₁ = Liquidus-Temperatur des geschmolzenen Metalls (°C)

Die Geschwindigkeit des Drahtes 2 kann höher sein als die Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls 8 an dem Auslaßloch 6, wodurch ein dünneres Produkt erhalten wird, als wenn die Geschwindigkeit des Drahtes 2 der Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls entsprechen würde.

Der Durchmesser des Auslaßlochs ist vorzugsweise 1,5 bis 2mal größer als der Drahtdurchmesser. Diese Verhältnisse können jedoch innerhalb weiter Grenzen durch Veränderung der übrigen Parameter geändert werden.

Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, bietet das Verfahren gemäß der Erfindung eine Lösung für die mit dem direkten Gießen von Draht verbundenen Probleme. Das Verfahren schafft ausgezeichnete Möglichkeiten zum Steuern des Gießprozesses, wobei die Gießbedingungen innerhalb weiter Grenzen verändert werden können.

Es ist ersichtlich, daß mehrere Abwandlungen des Verfahrens und Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorstellbar sind, ohne die der Erfindung zugrunde liegende Idee zu verlassen.

Das Material in dem Draht kann zum Beispiel so gewählt werden, daß es eine Solidus-Temperatur hat, die die Temperatur des geschmolzenen Metalls übersteigt oder nahe dieser Temperatur ist, wodurch die Gefahr des Schmelzens des Drahtes ausgeschaltet oder vermindert ist.

Aufgabe oder Vorteil unterschiedlicher Materialien in dem Draht und in dem Bad kann es auch sein, dem äußeren Überzug des vollständigen Drahtes bessere Eigenschaften zu geben als dem inneren Draht, zum Beispiel in bezug auf Korrosionswiderstandsfähigkeit. Dies ist ein Weg, um Materialkosten zu vermindern. Ein rostfreier oder nicht rostender Stahl kann beispielsweise auf einen Draht aus unlegiertem oder niedrig legiertem Stahl aufgebracht werden.

Wesentlich unterschiedliche Eigenschaften des Drahtes 2 und des gegossenen Überzuges können auch dadurch erzielt werden, daß man die Dicke des Überzuges und das Abkühlen so steuert, daß das Erstarren außerordentlich schnell vor sich geht. Hierdurch kann eine amorphe oder im wesentlichen amorphe Struktur erzielt werden, die außerordentlich guten Eigenschaften in bezug auf Stärke und Widerstandsfähigkeit aufweist.

Um den Ausfluß des geschmolzenen Metalls durch das Auslaßloch zu steuern, kann das geschmolzene Metall oder das Bad einem Druck unterworfen werden, wodurch der Ausfluß durch Steuerung des Druckes gesteuert werden kann.

Die Abwickelspule kann auf der gleichen Höhe wie der Behälter oder unterhalb des Behälters für das Bad angeordnet werden, derart, daß der Draht über Umlenkrollen oder dergleichen nach unten in das Bad geführt wird. Dies ist eine Möglichkeit, die Gesamterstreckung der Vorrichtung in lotrechter Richtung kurz zu halten. In entsprechender Weise kann der Draht über Umlenkrollen oder dergleichen waagerecht zu der Aufwickelspule herausgeführt werden, wobei wenigstens ein Teil der Kühleinrichtung aus einem Bad oder dergleichen in einer waagerechten Rinne oder dergleichen bestehen kann.

Die Erfindung ist daher als nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung beschränkt anzusehen.

Claims

1. Verfahren zum direkten Gießen metallischer Drahtprodukte aus geschmolzenem Metall, das in Form eines Bades in einem Behälter enthalten ist und durch ein Auslaßloch im Boden des Behälters austritt, wobei außer dem flüssigen Metall durch das Auslaßloch in gleicher Richtung ein Draht hindurchgeführt wird, an dem sich das Metall anlagert, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Draht (2) aus einem Metall besteht, das im wesentlichen den gleichen Schmelzpunkt wie das geschmolzene Metall (4) hat,
- daß das geschmolzene Metall (4) frei aus dem Auslaßloch (6), das einen wesentlichen größeren Querschnitt als der Draht (2) aufweist, herausfließt,
- daß der Draht (2) wenigstens mit einer Geschwindigket durch das Auslaßloch (6) geführt wird, die im wesentlichen der Geschwindigkeit des Strahls des geschmolzenen Metalls (4) am Auslaßloch (6) entspricht,
- daß das den Draht (2) umgebende Metall (8) nach dem Austritt aus dem Auslaßloch (6) abgekühlt und dadurch erstarrt wird und
- daß das gebildete drahtförmige Produkt aufgesammelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (2) mittels eines Rohres (18) in das Bad aus geschmolzenem Metall (4) eingeführt wird, wobei der Draht (2) in das Rohr (18) an dessen oberer Mündung (19) oberhalb der oberen Oberfläche des Bades (4) eingeführt und durch das Rohr (18) hindurchgeführt wird und an dessen unterer Mündung (21) im Bereich des Auslaßloches (6) herausbewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (2) während des Durchgangs durch das Rohr (18) mittels eines in dem Rohr (18) enthaltenen Kühlmittels (23), beispielsweise flüssiges Argon, gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Metallüberzug (30) schon in dem Bad aus geschmolzenem Metall (4) auf den Draht (2) auffrieren läßt und daß die Dicke des Metallüberzuges (30) beim Durchgang des Drahtes (2) durch das Auslaßloch (6) vermindert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß oberhalb des Behälters (3) für das geschmolzene Metall (4) eine Abwickelspule (1) für den Draht (2) angeordnet ist,
- daß unterhalb des Behälters (3) eine Kühleinrichtung (9, 10) für das den Draht (2) umgebende Metall (8) angeordnet ist,
- und daß eine Aufwickelspule (17) zum Aufwickeln des Drahtes (2) mit dem erstarrten Metallüberzug (8) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (9, 10) einen Behälter (9) mit einem flüssig gehaltenen Kühlmittel (10) zum Hindurchführen des Drahtes (2) mit dem Metallüberzug (8) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (9) nach oben offen und am Boden (12) mit einem Loch (11) mit einer Dichtung zum Hindurchleiten des Drahtes (2) mit dem Metallüberzug (8) ausgestattet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (14, 15, 16) zum Rezirkulieren und/oder Kühlen des Kühlmittels (10) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet,

- daß zum Einführen des Drahtes (2) ein Rohr (18) in das Bad aus geschmolzenem Metall (4) eingetaucht ist,
- daß die obere Mündung (19) des Rohres (18) oberhalb der oberen Badoberfläche (20) angeordnet ist,
- und daß die untere Mündung (21) des Rohres (18) im Bereich des Auslaßloches (6) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (18) lotrecht beweglich angeordnet ist und daß seine untere Mündung (21) so ausgebildet ist, daß sie zur Steuerung des Ausflusses des geschmolzenen Metalls (4) an dem Auslaßloch (6) gegen die Innenseite (22) des Behälters (3) abdichtet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (18) aus Keramik besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Rohr (18) zur Aufnahme eines Kühlmittels (23) ausgebildet ist und nahe seiner oberen Mündung (19) mit mindestens einer Zuführöffnung (24) für das Kühlmittel (23) versehen ist
- und daß das Rohr (18) an seiner oberen Mündung (19) eine Dichtung (26) für die Einführung des Drahtes (2) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Auslaßloches (6) etwa 1,5 bis 2mal größer ist als der Querschnitt des Drahtes (2).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßloch (6) konisch mit in Auslaßrichtung abnehmendem Querschnitt ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-14, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaßloch (6) Einrichtungen (31) zur Bildung magnetohydrodynamischer Kraftfelder zum Bremsen des herausfließenden geschmolzenen Metalls (4) vorgesehen sind.