DE1729190C3

DE1729190C3 -

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Publication number: DE1729190C3
Application number: DE19671729190
Authority: DE
Priority date: 1966-04-27
Filing date: 1967-04-15
Publication date: 1977-09-22

Description

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.The invention relates to a continuous casting nozzle for threads made of metals, their alloys, intermetallic Compounds and inorganic materials that only occur in a gaseous atmosphere downstream of the nozzle solidify through their chemical reaction with the melt on the surface of the melt jet a skin that is dimensionally stable until it solidifies is produced.

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 Schmelzstrahl 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.In the older DT-OS 15 08 895 it was already proposed that threads made of metals, their alloys, non-metallic compounds or metalloids which have a low viscosity in the melt, so that the melt jet emerging from the continuous casting nozzle under the action of its surface tension before the Solidification becomes unstable and droplets, thereby pouring in the strand that on the melt stream in front of his Solidification through chemical reaction with the gas atmosphere into which the melt emerges, a thin skin is generated, which has a higher melting point than the thread material or a viscosity at the melting point of the thread material of at least 1000 poise. Such a procedure can prevent the droplets of the melt stream can be effectively avoided before it solidifies. Because the melt stream Dimensionally stable supporting skin can be generated faster than the jet from the exit from the nozzle to the Needs to become unstable.

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 Schnielzstrahles verschieben bzw. Störungen an der Oberfläche des Schmelzstrahles auftreten. Diese Störungen oder Verschiebungen können schließlich dazu führen, daß die Bildung der Haut, weiche 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.However, there is friction within the continuous casting nozzle between the nozzle wall and the melt jet present, which causes the melt in the edge region of the molten stream more slowly flows than inside the beam. However, as soon as the melt jet has left the opening, the Viscosity of the melt, even if it is only low, a balance of the different speeds, whereby the edge areas of the melt jet move relative to the center of the Schnielz jet or disturbances occur on the surface of the melt jet. These disruptions or shifts can eventually lead to the formation of the skin, softening the beam until it solidifies Is to support dimensionally stable, is impaired or that the already formed skin is irregularly: deformed or cracks. This in turn causes the continuously cast thread to become non-uniform over its length or it can be broken down into relatively short pieces.

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 seinem Austritt aus der Stranggiebdüse nicht auftreten.In contrast, the object is achieved by the invention, for such methods in which to Stabilization of the melt jet until it solidifies on the surface of which a skin is created that Train continuous casting nozzle so that substantial, the skin formation impairing liquid displacements do not occur on the surface of the melt jet after it has emerged from the continuous casting nozzle.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Düsenöffnung von weniger als 5 :1, insbesondere weniger als 2 :1, erreicht.According to the invention, this is achieved by a ratio of length to diameter of the nozzle opening of less than 5: 1, in particular less than 2: 1, is achieved.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Stranggießdüse ist das Geschwindigkeitsprofil des daraus austretenden dünnen Schmelzstrahls verhältnismäßig gleichmäßig, so daß es nicht mehr zu wesentlichen Flüssigkeitsverschiebungert an der Oberfläche des Strahls kommt. Dadurch entfallen entsprechende Beeinträchtigungen für die Bildung und 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 de/ Düse ist somit dafür gesorgt, daß die Haut während der Verfestigung des Schmelzstrahls im wesentlichen intakt gehalten wird.Due to the design of the continuous casting nozzle according to the invention, the speed profile of the thin melt jet emerging therefrom is relatively uniform, so that there is no longer any significant shifting of the liquid on the surface of the jet. This eliminates the corresponding impairments for the formation and effectiveness of the supporting skin formed around the surface of the jet, so that threads of high uniformity over the thread length and great lengths can still be obtained if an acceleration of the skin formation by selecting a correspondingly fast with the melt jet chemically reactive atmosphere is no longer possible. The inventive design de / nozzle thus ensures that the skin is kept essentially intact during the solidification of the melt stream.

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.The best results within the meaning of the invention can be achieved if the nozzle opening is like a knife edge is limited, so that an infinitesimally small ratio of length to diameter of the nozzle opening is present. However, such a sharp-edged nozzle opening is difficult to manufacture and it is also subject to increased wear and tear. The capillary nozzle opening proposed according to the invention with a uniform cross-section and a length to diameter ratio of at most However, 5: 1 still enables good continuous casting results, with a possibly occurring parabolic Flow velocity profile over the melt jet, which leads to the liquid displacements mentioned on the surface of the jet after exiting the nozzle, by adjusting the continuous casting speed and / or the viscosity of the melt to a lower value and / or the density of the melt to a higher value Can reduce value within limits.

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.Another advantage of the design according to the invention is that by approaching the ideal sharp-edged nozzle opening a considerable reduction in the diameter of the escaped melt jet can be achieved in comparison with the diameter of the nozzle bore. It is therefore possible to cast threads whose diameter is smaller than the diameter of the nozzle bore is and without great effort for the production of very fine nozzle bores can therefore Threads are generated with an extremely small diameter.

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.The continuous casting nozzle according to the invention is therefore particularly suitable for the production of threads with a diameter in the range of 1 to 10 microns from materials whose melt has a low viscosity of less than 500 poise, like metals, their alloys and intermetallic compounds that have most oxides, sulfides, nitrides and other salts and most other inorganic substances and Mixtures of them.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichin Beispielen näher erläutert. In der ZeichnungThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing in examples. In the drawing

^Z pig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene senkrechte Ansicht der bei den Beispielen verwendete η Stranggießvortichtung in vereinfachter Form und ^Z pig. 1 shows a partially sectioned vertical view of the η continuous casting device used in the examples in simplified form and FIG

Fig.2a bis 2f Teilschnittansichten verwendeter Stranggießdüsen.2a to 2f partial sectional views of the used Continuous casting nozzles.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wurde zur Durchführung der Versuche, die zur Erläuterung der Erfindung dienen, ι ο 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 einem 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 Behälterkammer 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 gew ünschten Gestalt aufweist. As shown in Fig. 1, was to carry out the experiments that serve to explain the invention, ι ο uses a very simple continuous caster. This device has a container tube 10, which rests on a nozzle plate 12, so that a gas-tight seal between the pipe 10, the Nozzle plate 12 and a plate holder 14 is formed. The plate holder 14 is for receiving the tube 10 provided with an internal thread and with a centrally arranged diverging outlet for connection the nozzle opening 16 is provided with the gaseous atmosphere. Although only one nozzle opening is shown other numbers can also be used. Since those mentioned in the examples Materials have low melting points, it was possible to form an electrical resistance heating to use an insulated jacket 18 in which electrical resistance heating elements 20 are embedded are. The tube 10 can be in communication with pressurized, inert gas, therewith the container chamber 22 flushed by cyclic pumping out and a positive contact pressure applied to the melt can be. Needed to replace the nozzle opening with a nozzle opening of a different shape only the pipe 10 is detached from the holder 14 and a nozzle plate inserted which has a nozzle opening with the desired shape.

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 F i g. 2a bis 2f angegeben. Die Gestaltung der Düsenbohrung gemäß 4c Fig.2f erläutert das begrenzende Verhältnis zwischen dem minimalen Düsenquerschnitt und der maximalen Düsenlange 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 Schmelzstrahl formstabii stützende Haut aufreißt.Possible changes in the shape of such a nozzle opening within the upper limit of the The ratio of length to diameter of the capillary nozzle opening of 5: 1 are shown in FIGS. 2a to 2f specified. The design of the nozzle bore according to 4c Fig.2f explains the limiting relationship between the minimum nozzle cross-section and the maximum nozzle length in the direction of flow over which the minimum cross-section can extend before the extent of the toughness of the melt Driven liquid displacements in the melt jet to compensate for the flow caused by the continuous casting nozzle generated flow velocity profile is so large that a formed, the melt jet form stabilii supportive skin tears open.

In Fig. 2a ist eine aus rostfreiem Stahl gebildete Düsenbohrung dargestellt, die einen minimalen Halsdurchmesser von 192 Mikron aufweist. Die Düsenbohrung in Fig.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 Düsenbohrungen aus Fig. 2e 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.In Fig. 2a is one formed from stainless steel Nozzle bore shown as having a minimum throat diameter of 192 microns. The nozzle hole in Fig.2b was in a tantalum disk with a Thickness of about 0.103 mm by punching and boring the hole to a diameter of 137 microns educated. The bevel of the nozzle bore on the upstream side of the disk resulted from the punching process and no attempt was made to cut the burr on the exit side remove. The nozzle bores from Fig. 2e and 2e were made in a tantalum disk about 1.103 mm thick, with the bevels shown by machining and any burr formation was made by grinding with fine Carborundum removed.

Die kapillare Düsenbohrung aus F ig.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.The capillary nozzle bore from FIG. 2d had a diameter of 135 microns and a length of approximately 5 mm so that a length to diameter ratio of the nozzle of 37 was obtained. As a nozzle material a standard Pyrex material was used.

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.With the exception of the nozzle bore shown in Figure 2d thus, each of the openings shown lies within the range in which the minimum Cross section extends in the flow direction of this minimum cross-sectional area.

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.In a series of tests, lead was melted and vertically downwards with different continuous casting pressures discharged into an oxidizing atmosphere, so that a skin of lead oxide on the melt rays were formed when they emerged from the respective continuous casting nozzle. The test conditions and test results can be seen from the following table.

Temperatur Druck
(o C) (kg/cm*)Temperature pressure
(o C) (kg / cm *)

Fadendurchmesser Thread diameter

(μ) Fadenlänge (μ) thread length

(cm)(cm)

Durchmesserverhältnis
Faden/DüseDiameter ratio
Thread / nozzle

Düsejet

350350 0,7030.703 160160 10-1510-15 0,830.83 F i g. 2aF i g. 2a 360360 3,5153.515 176176 14,614.6 0,910.91 360
490360
490 3,515
0,7033.515
0.703 181
99181
99 15,2
20,815.2
20.8 0,94
0,510.94
0.51 350350 0,7030.703 116116 23,423.4 0,850.85 350350 0,7030.703 8383 37,237.2 0,610.61 350350 1,4061.406 9696 32,232.2 0,700.70 F i g. 2bF i g. 2 B 350350 1,4061.406 7373 59,659.6 0,530.53 350
350350
350 3,515
0,7033.515
0.703 109
109109
109 23,8
23,823.8
23.8 0,80
0,800.80
0.80 F i g. 2cF i g. 2c 350350 0,7030.703 UlUl 20,b20, b 0,890.89 F i g. 2dF i g. 2d 365
380365
380 1,406
0,3511.406
0.351 114
90114
90 22,4
17,822.4
17.8 0,91
0,720.91
0.72 F i g. 2eF i g. 2e 350
350
350350
350
350 0,703
1,406
2,8120.703
1.406
2.812 118
120
121118
120
121 7,9
4,1
2,57.9
4.1
2.5 0,87
0,89
0,900.87
0.89
0.90 335
450
450335
450
450 0,703
1,406
2,8120.703
1.406
2.812 83
65
8083
65
80 31,8
51,3
42,531.8
51.3
42.5 0,665
0,52
0,640.665
0.52
0.64

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 kurzer. 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.From the above results it can be seen that a short length nozzle bore becomes a substantial one An increase in the stability of a melt jet supported by a skin leads in comparison to Capillary orifices with a length to diameter ratio exceeding 5: 1. As can be seen, was the length of the thread with increasing diameter for the in the F i g. 2a to 2e shown nozzle bores shorter. This is due to the influence of gravity, the larger diameter and larger so that the thread weight increases and can lead to the thread tearing if it does not is compensated for by the continuous casting conditions and the way in which the finished thread is collected.

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 F i g. 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.The results given in the table clearly show that the short nozzle bores from the F i g. 2a to 2c and 2e led to longer thread lengths than the nozzle bore from 2d. The greatest length of thread with the nozzle from FIG. 2d is obtained for the other nozzle bores by a factor of exceeded at least 2. It can also be seen that on average there is a higher jet contraction in the nozzle bores from FIGS. 2a to 2c and 2e in comparison to the nozzle bore from FIG. 2d was obtained.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Continuous casting nozzle for threads made of metals, their alloys and intermetallic compounds and inorganic materials that are only present in a gaseous atmosphere downstream of the nozzle solidify through their chemical reaction with the melt on the surface of the melt jet a dimensionally stable supporting skin is produced until it solidifies, characterized by a length to diameter ratio of the nozzle orifice of less than 5: 1.

2. Continuous casting nozzle according to claim 1, characterized by a ratio of 2: 1.