Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Drahtgiessen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Gießen von Draht aus metallischen Werkstoffen. Kennzeichen der Erfindung ist, daß ein durch ein elektromagnetisches Feld eingeformter Schmelzenstrahl im freien Fall auf eine profilierte Gießscheibe herabfließt und auf ihr unter dem Einfluß der Grenzflächenspannung zu einem Draht erstarrt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Drahtgießen.

[0002] Für das direkte Gießen von Draht aus Stahl und Nichteisenmetallen ist das vertikale und horizontale Verfahren mit stationärer Kokille nach der go and stop- bzw. Pilgerschritt-Methode betrieblich eingeführt. Neuerdings wird beim Horizontal-Strangguß in ähnlicher Weise wie beim vertikal-Strangguß auch mit oszillierender Kokille und konstanter Strangabzugsgeschwindigkeit gearbeitet. Beiden Verfahrensprinzipien haften jedoch zwei wesentliche Nachteile an:

- Ausbildung von Gefügeinhomogenitäten an den unvermeidlichen Knotenstellen mit der Gefahr des Auftretens von Heißrissen und Kaltschweißen, die eine Weiterverarbeitung beispielsweise durch Ziehen oder Walzen bzw. den direkten Einsatz des Gießprodukts verhindern.

- Die Gießgeschwindigkeit ist wegen der großen spezifischen Oberfläche und den damit verbundenen ungünstigen Reibungsverhältnissen zwischen Strang und Kokille auf etwa 8 m/min begrenzt. Dies beschränkt die erreichbare Gießleistung auf technisch-wirtschaftlich nicht befriedigende Werte, wenn der Produktionsdurchmesser auf < 3 mm abgesenkt werden soll.

[0003] Schwer umformbare Werkstoffe, wie Hartschweißlegierungen im Durchmesserbereich von 8 bis 3 mm 0 werden im Horizontalstrangguß hergestellt.

[0004] Die für moderne automatisierte Schweißverfahren benötigten Schweißelektroden werden in Form von aufgespultem Draht mit einem Durchmesser < 2 mm erzeugt. In den Fällen, in denen ein Ziehen von dickeren Abmessungen an die Endabmessungen nicht möglich ist, stehen hier nur aufwendig hergestellte Fülldrähte zur Verfügung. Bei ferritischen Heizleiterlegierungen auf Eisen-Chrom-Aluminium-Basis ist ein langwieriger und kostenintensiver Ziehprozeß erforderlich, um Draht in den Einsatzabmessungen < 1 mm 0 herzustellen. Die mit steigendem Aluminium-Gehalt ansteigenden Schwierigkeiten bei der Umformung begrenzen zudem die anwendbaren Aluminium-Gehalte auf 5 bis 6 %, obgleich bekannt ist, daß die Zunderbeständigkeit bei weiter erhöhten Aluminium-Gehalten weiter verbessert werden kann.

[0005] Es ist auch ein Gießverfahren für Metalldrähte bekannt geworden, bei dem eine metallische Schmelze in einem Freistrahl in eine rotierende Kühlflüssigkeit einfließt und frei in einem kreisförmigen Querschnitt erstarrt. Hierbei gelingt es bisher nicht, den Durchmesser der Drähte auf Werte > 1 mm zu steigern. Zur Erzielung hoher Gießgeschwindigkeiten ist es erforderlich, mitlaufende Kokillen einzusetzen. Dies kann in Form von rotierenden Walzen und/oder umlaufenden Bändern geschehen. Für das Gießen von Folien genügt es, flüssige Schmelze aus einer Auslaufdüse auf eine Gießwalze aufzubringen und in einseitigem Kontakt mit dieser erstarren zu lassen. Wichtiges Merkmal dieser Verfahrensweise ist der sich zwischen Düse und Gießwalze ausbildende Schmelzsumpf. Die Herstellung von dickeren Querschnitten erfordert die Verwendung von geschlossenen Gießhohlräumen, wie sie mit Hilfe zweier Gießwalzen oder auch einer profilierten Gießwalze und eines dagegenlaufenden Bandes geschaffen werden können. Das letztere Verfahren wird für das Gießen von dickeren Profilen von z.B. Nichteisenmetallen eingesetzt (Properzi-Gießrad).

[0006] Alle Verfahren mit mitlaufender Kokille vermeiden den Nachteil der Knotenstellenbildung, wie sie beim Horizontal-Drahtstrangguß verfahrensbedingt unvermeidlich ist, und gestatten hohe Gießgeschwindigkeiten von mehr als 10 m/min. Für das Gießen von Draht mit einem Durchmesser von < 3 mm sind sie jedoch ungeeignet.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Draht mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm zu schaffen, mit dem ein homogener Draht in technisch- wirtschaftlich zufriedenstellender Weise erzeugt werden kann.

[0008] Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile des Horizontal-Drahtstranggusses wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein durch ein elektromagnetisches Feld eingeformter Schmelzenstrahl im freien Fall auf eine profilierte Gießscheibe herabfließt und auf ihr unter dem Einfluß der Grenzflächenspannung zu einem Draht erstarrt.

[0009] Die Zufuhr der metallischen Schmelze zur Gießscheibe erfolgt mittig über der Drehachse der Gießscheibe oder zur Verringerung des Abknickwinkels des Metallstranges in geeigneter Weise seitlich in Drehrichtung versetzt. Der Schmelzenstrahl wird dabei bevorzugt auf einen mittleren Drahtdurchmesser von 0,1 bis 3 mm eingeformt.

[0010] Neben dem Einsatz von flüssigem Metall, das nach Ausfließen aus einer feuerfesten Düse einen stabilen Freistrahl formt, ist das Abschmelzen von stab- oder blockförmigem festen Vormaterial besonders vorteilhaft. Hierbei kommen bevorzugt induktives, konduktives als auch Aufschmelzen im Elektronen- oder Laserstrahl in Betracht. In diesen Fällen macht die einfache Regelung der Schmelzleistung eine sichere Führung des Gießprozesses möglich.

[0011] Bei einer induktiven Beheizung besteht der weitere Vorteil, daß durch die Kraftwirkung des elektromagnetischen Wechselfeldes der flüssige Metallstrahl geformt und zentriert werden kann, wodurch auch bei einem großen Querschnitt des Abschmelzstabes eine Düse zur Ausbildung des abfließenden Metallstrahles überflüssig wird. Das Durchmesserverhältnis von Abschmelzstab und Gießstrang kann so leicht auf 100 : 1 und mehr gesteigert werden.

[0012] Zur Vermeidung der Bildung von oxidischen Zunderpartikeln, die das gleichmäßige Abfließen des aufgeschmolzenen Metalles behindern und die Reinheit des Gießprodukts beeinträchtigen, kann es zweckmäßig sein, den Prozeß unter einer Schutzgasatmosphäre bestehend aus Argon, Helium, Stickstoff, gegebenenfalls unter Zusatz von Anteilen an Wasserstoff oder auch im Vakuum ablaufen zu lassen. Hierzu ist dann eine entsprechende Einhausung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlich. Gleichzeitig wird damit auch die Abreicherung von z.B. Seltenen Erden und anderen reaktiven Begleitelementen, wie sie beispielsweise bei Heizleiterlegierungen und Dentallegierungen üblich sind, unterbunden.

[0013] Die Dicke des erzeugten Drahtes ist abhängig von der Aufschmelzleistung bzw. der Zufuhrgeschwindigkeit des flüssigen Metalls und der Geschwindigkeit im Auftreffpunkt auf der sich mit mindestens gleicher Bahngeschwindigkeit bewegenden Gießscheibe. Die Auftreffgeschwindigkeit kann durch vertikale Abstandsveränderung der Gießscheibe und damit Veränderung der freien Fallhöhe des Metallstrahles leicht verändert werden, so daß in zweierlei Hinsicht der gewünschte Durchmesser des Drahtes eingestellt werden kann. So ist es auch möglich, im gleichen Profil der Gießscheibe eine größere Durchmesserspanne zu erzeugen. Es hängt lediglich von der jeweils erforderlichen Rundheit des Drahtes ab, wie genau in jedem Einzelfalle die Anpassung des kreisrunden oder auch elliptischen o.ä. Gießprofils erfolgen muß.

[0014] Es bestehen auch keine Schwierigkeiten, mehrere Gießprofile gleicher oder unterschiedlicher Abmessungen prallel nebeneinander auf der Gießscheibe anzuordnen.

[0015] Eventuell kann auch durch einen nachfolgenden Umformprozeß durch leichtes Nachziehen oder Walzen eine Korrektur des Gießquerschnitts des erzeugten Drahtes erfolgen. Das durch die rasche Erstarrung des Drahtes im direkten Kontakt mit der Gießscheibe entstandene feinkörnige und homogene Gefüge erleichtert hierbei in bekannter und erwünschter Weise den Umformvorgang oder macht ihn überhaupt erst möglich.

[0016] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum direkten Gießen von Draht aus metallischen Werkstoffen mit einem Gießrad, welches mindestens eine dem Durchmesser des Drahtes angepaßte Umfangsnut aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Gießrades eine ein trichterförmiges elektromagnetisches Feld erzeugende Induktionsspulenanordnung aus einer oder mehreren Spulenschleifen angeordnet ist (Elektromagnetische Düse).

[0017] Die elektromagnetische Düse entspricht einer Schwebeschmelze mit einem Loch im elektromagnetischen Feld zum kontinuierlichen Abfließen der Schmelze unter ständiger Zufuhr von Vormaterial.

[0018] Die Kraftwirkung eines elektromagnetischen Feldes gemäß der Erfindung ermöglicht durch die getrennte Einstellbarkeit von Heizleistung und Kraftwirkung den Kontakt Schmelze/Feuerfest zumindest im engsten Düsenquerschnitt, bevorzugt aber in der gesamten Düse, zu vermeiden.

[0019] Der innere Flankenwinkel beeinflußt den Feldlinienverlauf in der Düse. Je nach Vormaterialgeometrie, gewünschter Gießgeschwindigkeit und Halbzeugabmessungen sind Flankenwinkel von 0...90 _° günstig. Der bevorzugte Flankenwinkelbereich von 10 bis 30 _° ist günstig für das Vergießen von Stählen mit Vormaterialdurchmesser von 50 mm rund auf ca. 3 mm rund. Der aufgeschmolzene Bereich des Vormaterials hat dabei nur eine geringe, kegelförmige Ausbildung (Kegelgrundkreisradius 25 mm, Kegelhöhe ca. 15 mm) und verursacht nur eine geringe Wärmeabstrahlung von ca. 3 kW. Die notwendige Heizleistung beträgt bei 2,4 mm/s Vormaterialzufuhrgeschwindigkeit 44 kW. Die Gießgeschwindigkeit des Drahthalbzeuges liegt bei 0,7 m/s.

[0020] Der Verlauf der Feldlinien kann durch das Verschieben eines Kurzschlußrings verändert werden.

[0021] Die Frequenz des Wechselstromes in der erfindungsgemäßen Induktionsspulenanordnung stellt sich als Resonanzfrequenz des Parallel- bzw. Reihenschwingkreises mit oder ohne Übertrager ein. Die Frequenzwahl beeinfluß das Verhältnis von Heizleistung zu Kraftwirkung. Tiefere Frequenzen ergeben im Prinzip eine größere Kraftwirkung auf die Schmelze und ermöglichen einen größeren Abstand zwischen der Spulenanordnung und der Schmelze. Eine nennenswerte Kraftwirkung auf den Gießstrahl erfolgt nur solange die Gießstrahlabmessungen größer sind als die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes. Die restliche Querschnittsabnahme erfolgt aufgrund der Fallbeschleunigung. Der zum Guß von z.B. 1 mm 0 Draht aus festem 50 mm 0 Vormaterial, aus z.B. der Qualität 1.4841 oder auch 1.4767 mit 5 bis 10 % Aluminium und 0,02 Cer oder 0,1 Titan und Zirkonium, bevorzugte Frequenzbereich liegt bei 100 bis 200 kHz.

[0022] Die Frequenzregelung in einem Schwingkreis erfolgt erfindungsgemäß über die Veränderung der Kapazität und/oder Induktivität, wobei auch Streuinduktivitäten ausgenutzt werden können. Besonders einfach ist die Veränderung der Induktivität in Schwingkreisen ohne Übertrager. Der Induktorstrom wird gemäß Fig. 1 in den Zuleitungen über einen mit einer verschiebbaren Kurzschlußbrücke verstellbaren Umweg geführt, der eine zusätzliche Induktivität darstellt. Hat die zusätzliche Induktivität den dreifachen Wert der restlichen Induktivität als Maximalwert, so kann die Mittelfrequenz um ± 33 % durch das Verschieben der Kurzschlußbrücke verändert werden. Die schnelle Veränderung der Frequenz ermöglicht das Verhältnis von Heizleistung zu Kraftwirkung schnell zu verändern, was Voraussetzung dafür ist, ein Halbzeug mit konstanten Querschnittsabmessungen herzustellen und definierte Schmelzüberhitzungen einzustellen.

[0023] Der die elektromagnetische Düse verlassende Schmelzstrahl soll über die gesamte Gießdauer eine vorgegebene Temperatur und einen konstanten Querschnitt haben. Um dies zu erreichen, werden die unabhängigen Größen "Spannung" (beim Reihenschwingkreis "Strom") und "Frequenz" im Schwingkreis sowie die Vormaterialzufuhr geregelt. Die notwendige Heizleistung stellt sich gemäß der eingestellten Spannung, Frequenz und Vormaterialzufuhr als abhängige Größe ein. Die Regelung kann z.B. nach dem folgenden Schema durchgeführt werden:

[0024] Zur Messung der Strahldicke kommt bevorzugt eine Thermokamera mit Diodenzeilenauswertung oder ein Lasercanner und zur Messung der Schmelztemperatur ein Pyrometer infrage.

[0025] Die Drahtherstellung kann mit der elektromagnetischen Düse sowohl mit flüssigem als auch mit festem Vormaterial durchgeführt werden. Beim festen Vormaterial liefert die elektromagnetische Düse auch die notwendige Heizleistung für das Abschmelzen des Vormaterialstabes, wobei zur Vergleichmäßigung des Abschmelzens das Vormaterial in der Regel gedreht wird. Die Vormaterialzufuhrgeschwindigkeit sollte so groß gewählt werden, daß sich die Temperatur des Vormaterials beim Eintritt in den Düsenbereich nicht mit der Betriebsdauer erhöht. Je nach zu vergießendem Werkstoff und Abmessungen ergeben sich Vormaterialgeschwindigkeiten von 0,1 bis 100 mm/s. Die die Düse umgebende Atmosphäre ist einstellbar (Luft, Schutzgas oder Vakuum), weil die Ausbildung des Schmelzstrahles von den Eigenschaften der Schmelzenoberfläche wie Oberflächenspannung, Oxidschichten und Wärmeübergang abhängt.

[0026] In der elektromagnetischen Düse erfolgt die erfindungsgemäße Umformung der Schmelze auf Endkonturnähe. Zur ausreichenden Ankopplung des elektromagnetischen Feldes an das Vormaterial ist der Eingangsbereich der Induktionsspulenanordnung geometrisch ähnlich dem Vormaterialquerschnitt ausgebildet. Zur konkreten Formgebung der Schmelze ist der Ausgangsbereich der Düse dem Halbzeugquerschnitt geometrisch ähnlich ausgebildet. Bei vorgegebener Düsengeometrie bestimmt die Anzahl und das Querschnittsprofil der Spulenschleifen die Abstimmung des Schwingkreises (bei Übertragerschwingkreisen: Anpassung an den Schwingkreis) und die Ankopplung an das Vormaterial. Das Verhältnis von Kraftwirkung zu Heizleistung der Induktionsspulenanordnung wird mit steigender Windungszahl zugunsten der Kraftwirkung verschoben und ermöglicht so stärkere Querschnittabnahmen. Die für dieses Verfahren günstigen Windungszahlen liegen im Bereich 1 bis 10.

[0027] Die induktive Kraftwirkung im elektromagnetischen Feld ist immer senkrecht zu den Feldlinien gerichtet. Der trichterförmige Feldlinienverlauf bewirkt, daß gleichzeitig tragende und einschnürende Kraftkomponenten vorhanden sind und stellt damit den Düsencharakter der Induktionsspulenanordnung sicher.

[0028] Die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der zwischen der Induktionsspulenanordnung und dem Schmelzstrahl eine Abschirmung aus Feuerfestmaterial oder wassergekühlten Kupferelementen als Schutz gegen Wärmestrahlung und Spritzern angeordnet ist, verhindert, daß die Schmelze, Spritzer oder Tropfen die Induktionsspule erreichen und zu einem Abschalten der elektrischen Anlage führen. Sie vermindert weiterhin eine übermäßige Wärmeabfuhr durch die wassergekühlten Spulenschleifen. Zum Abfangen der Schmelze und als Spritzer- oder Tropfenschutz können auch wassergekühlte Kupfersegmente zwischen Induktionsspulenanordnung und Schmelze eingefügt werden, die gleichzeitig analog dem kalten Schmelztiegel eine formende Wirkung auf die Schmelze ausüben.

[0029] Eine zweite Induktionsspule gemäß Anspruch 9 kann dazu benutzt werden, den Schmelzstrahlenquerschnitt weiter zu reduzieren und/oder aufzuheizen. Es werden dabei in der Regel höhere Frequenzen als in der Düse benutzt (200 bis 1000 kHz). Zusätzlich wirkt ein elektromagnetisches Feld stabilisierend auf eine fallende Metallschmelze und erhöht dadurch die Abreißlänge. Zusätzlich zur stabilisierenden Wirkung läßt sich mit einom DC- oder Permanentmagnetfeld auch eine Beruhigung des Schmelzstrahls erreichen. Die Erhöhung der Abreißlänge ermöglicht, schneller und dünner zu gießen. Die Beruhigung des Schmelzstrahls erhöht die Oberflächenqualität des Halbzeugs.

[0030] Die Ausführung gemäß Anspruch 10 bewirkt, daß der sonst beim Ein-Walzen-Verfahren auftretende Schmelz-"puddle" unterdrückt wird und das entstehende Halbzeug gleichmäßigere Querschnittsabmessungen aufweist.

[0031] Die Ausführung gemäß Anspruch 11 ermöglicht, Kräfte in Laufrichtung der kühlenden Unterlage in der flüssigen Schmelze zu erzeugen.

[0032] Die Ausführung gemäß Anspruch 12 ermöglicht, die Gießgeschwindigkeit und Halbzeugabmessung während des Gießvorgangs definiert zu verändern.

[0033] Die Ausführung gemäß Anspruch 13 stellt sicher, daß die Schmelze aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Kupfers oder der Kupferbasislegierung während der Kontaktzeit mit der Kokille ausreichend durcherstarrt.

[0034] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

[0035] 

Fig. 1 zeigt den bereits erwähnten Anschluß einer Kurzschlußbrücke,

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Gießvorrichtung,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt der Gießscheibe,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Gießscheibe mit dauermagnetischer Strahlablenkung und

Fig. 5 zeigt den Querschnitt einer anderen dauermagnetischen Strahlablenkung.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführung einer Gießvorrichtung in Seitenansicht.

Fig. 7 zeigt eine elektromagnetische Düse zum Abschmelzen eines Schmelzstrahls von einem Vormaterialstab.

Fig. 8 zeigt eine elektromagnetische Düsenanordnung mit permanentmagnetischer Beruhigung des Strahls in teilweise geschnittener Ansicht.

[0036] Bei der Drahtgießvorrichtung gemäß Fig. 2 wird zunderfreies, überdrehtes Vormaterial in Form eines Abschmelzstabes 1 von 50 bis 100 0 mm und mehreren Metern Länge vertikal einer Induktionsspule 2 mit geregelter Geschwindigkeit zugeführt und abgeschmolzen. Die regelbare Frequenz und die davon unabhängig ebenfalls regelbare Leistung des HF-Generators ermöglichen, die Aufschmelzmenge schnell zu regeln und die über den sich ausbildenden Abschmelzkegel abfließende Schmelze gegen das Vormaterial zu drücken und am unteren Ende zu einem dünnen, flüssigen Strahl 3 ohne Tropfenbildung zu formen. Der durch die Schwerkraft beschleunigt nach unten abfließende Strahl schnürt sich ein und trifft, bevor er in Tropfen abreißt, auf das Gießprofil 4 der Gießscheibe 5. Eine Drehung des Abschmelzstabes um seine Längsachse erhöht die Gleichmäßigkeit des Abfließens.

[0037] Bei 10 cm Abstand des Auftreffpunktes vom Ausgangspunkt des Gießstrahls beträgt die Geschwindigkeit rd. 1,4 m/s. Dies ist auch die erforderliche Mindestgeschwindigkeit der gekühlten Gießscheibe, die hierfür rd. 1 Umdrehungs/s ausführen muß, wenn ihr Durchmesser beispielsweise 500 mm 0 beträgt. Unter dem Einfluß der Grenzflächenspannung und der spontan beginnenden Erstarrung bildet sich im Gießprofil ein nahezu kreisförmiges Profil des erstarrten Drahtes aus, wie es Fig. 3 schematisch darstellt.

[0038] Wird die Abschmelzgeschwindigkeit auf 30 kg/h eingestellt, beträgt der mittlere Durchmesser rd. 1 mm, und es werden rd. 5000 m/h Draht produziert.

[0039] Reicht bei dickeren Drahtquerschnitten die Verweildauer im Gießhohl, die im Beispiel bei einer senkrechten Abförderung des Drahtes nach unten rd. 0,2 s beträgt, nicht aus, eine hinlängliche Abkühlung des Drahtes zu ermöglichen, läßt sich durch geeignete Anordnung von Treibrollen eine Vergrößerung des Umschlingungswinkels erreichen.

[0040] Der Kurzschlußring 10 oberhalb der Induktionsspule 2 führt in seiner Umgebung zu einer Schwächung des Magnetfeldes und zu einem horizontalen Feldverlauf. Dies bewirkt eine verstärkte magnetische Tragkraft, welche den Schmelzstrahl 3 stabilisiert.

[0041] Innerhalb des unmagnetischen Mantels der Gießscheibe 5 ist gemaß Fig. 4 ein Rad 6 angeordnet, das mit radial magnetisierten Permanentmagneten 7 (z.B. AINiCo, SmCo, NdFeB) besetzt ist. Das Magnetfeld der Permanentmagneten 7 durchdringt den Mantel der Gießscheibe 5 und kann auf die Schmelze einwirken. Das innere Rad 6 läuft vorzugsweise gleichschnell oder schneller als die Gießscheibe 5. Der Schmelzstrahl 3 wird dann bereits vor dem Erreichen der Gießscheibe 5 durch die Kraftwirkung des ihm gegenüber bewegten Magnetfeldes horizontal beschleunigt. Dadurch wird die Schmelze beim Ablegen des Schmelzfadens stabilisiert, und es wird eine höhere Gießgeschwindigkeit erreicht.

[0042] Zur Verlängerung der Kontaktzeit der Schmelze mit der Gießscheibe kann der Schmelzfaden auch unterhalb der höchsten Stelle 8 der Gießscheibe 5 abgelegt werden. Das mitlaufende Magnetfeld kann auch außerhalb der Gießscheibe 5 erzeugt werden (Fig. 5), z.B. durch zwei magnetbesetzte Räder 6 zu beiden Seiten der Gießscheibe 5.

[0043] Ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung von Draht mit 3 mm Durchmesser aus dem Werkstoff St 60 zeigt Fig. 6. Die 1 m lange Elektrode 1 mit einem Durchmesser von 50 mm wird für den kontinuierlichen Betrieb mit einer Schraubverbindung 11 aufeinandergereiht.

[0044] Die Vorschubrollen 12 führen die Vormaterialstäbe mit der Geschwindigkeit 1,25 mm/s auf die Induktionsspule 2 zu. Der entstehende Schmelzstrahl 3 mit ca. 3,2 mm Durchmesser wird ca. 30 mm unterhalb der Induktionsspule 2 mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,31 m/s auf der Gießscheibe 5 abgelegt. Durch den Abstreifer 13 wird der Draht 14 von der Gießscheibe 5 abgehoben und nach dem Ausführen aus der Einhausung 15 zu einer Spule 16 aufgehaspelt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Kühlwalze beträgt 0,35 m/s. Der entstehende Draht 14 hat einen Durchmesser von 3 mm. Die Vergießzeit für einen Abschmelzstab 1 von ca. 15 kg beträgt ca. 13 min. Daraus ergeben sich ca. 280 m Draht. Die Gießleistung beträgt damit ca. 1,2 kg/min, die elektrische Leistungsaufnahme für das Gesamtsystem ca. 80 kW.

[0045] Die elektromagnetische Düse ist in Fig. 7 gezeigt. Sie besteht aus zwei Spulen 2 (wassergekühltes Kupferprofil 8 x 16 mm²), die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Innendurchmesser der Spulen 2 betragen 38 und 60 mm. Die kleinere Spule 2 ist um 10 mm nach unten versetzt. Die Leerlaufinduktivität beträgt 0,27 uH. Die Düse ist Bestandteil eines Schwingkreises mit einer Kapazität von 10,200 uF. Die Leerlauffrequenz liegt bei 96 kHz. Die Düse wird mit einer Spannung von 450 V betrieben. Die Frequenz im Schwingkreis steigt im Betrieb durch die Feldverdrängung des Abschmelzstabes 1 und des Schmelzstrahls 3 auf 100 kHz (I = 1880 A), was einer Arbeitsinduktivität von 0,25 /1.H entspricht. Der entstehende Schmelzstrahl 3 hat eine geschlossene Länge von ca. 40 mm und einen kleinsten Durchmesser von ca. 3 mm. Die Gesamtleistungsaufnahme des Schwingkreises beträgt 77 kW. Dabei entfallen auf das Vormaterial und die Schmelze 28 kW Heizleistung.

[0046] Eine Düse mit permanentmagnetischer Beruhigung zeigt Fig. 8. Der Abschmelzstab 1 wird auf die Induktionsspule 2 aus einem wassergekühlten Kupferprofil zugefahren. Der entstehende Schmelzstrahl 3 wird durch ein von Permanentmagneten 17 (Werkstoffe AINiCo oder SmCo oder NdFeB) erzeugten Magnetfeld von ca. 1 T stabilisiert. Die Permanentmagnete 17 befinden sich jeweils in einem wassergekühlten Kupfergehäuse 18, welches elektrisch gegenüber der Induktionsspule 2 isoliert ist. Die Wandstärke ist größer als die zweifache Eindringtiefe des in der elektromagnetischen Düse erzeugten Wechselfeldes. Feuerfestmaterial 19 verhindert einen zu großen Wärmeverlust des Schmelzstrahls 3.

Ansprüche

1. Verfahren zum direkten Gießen von Draht aus metallischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch ein elektromagnetisches Feld eingeformter Schmelzenstrahl im freien Fall auf eine profilierte Gießscheibe herabfließt und auf ihr unter dem Einfluß der Grenzflächenspannung zu einem Draht erstarrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenstrahl durch induktives oder konduktives, Elektronenstrahl- oder Laserstrahl-Abschmelzen eines im Durchmesser gegenüber dem des Schmelzenstrahls größeren Stabes gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenstrahl auf einem mittleren Durchmesser des erstarrten Drahtes von 0,1 bis 3 mm eingeformt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenstrahl auf einen Durchmesser im Verhältnis von weniger als 1 : 100 zum Durchmesser des Stabes eingeformt wird.

5. Vorrichtung zum direkten Gießen von Draht aus metallischen Werkstoffen mit einem Gießrad, welches mindestens eine dem Durchmesser des Drahtes angepaßte Umfangsnut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Gießrades (5) eine ein trichterförmiges elektromagnetisches Feld erzeugende Induktionsspulenanordnung aus einer oder mehreren Spulenschleifen (2) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel der Induktionsspulenanordnung 10 bis 30 ° beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und/oder unterhalb der Induktionsspulenanordnung ein gegenüber ihr verschiebbarer Kurzschlußring (10) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Induktionsspulenanordnung und dem Schmelzstrahl eine Abschirmung (19) aus Feuerfestmaterial oder wassergekühlten Kupferelementen als Schutz gegen Wärmestrahlung und Spritzern angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Induktionsspulenanordnung eine ein Gleichstrom- oder Dauermagnetfeld erzeugende Induktionsspule angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Gießrades gleich oder bis zu 20 % größer ist als die Fallgeschwindigkeit des Schmelzstrahls beim Auftreffen auf das Gießrad.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Gießrades eine mit ihm umlaufende Dauermagnetanordnung vorgesehen ist, welche eine Öffnung für den Schmelzstrahl bildet und ihn in Umfangsrichtung des Gießrades ablenkt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Induktionsspulenanordnung zum Gießrad verstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Außenmantel des Gießrades aus Kupfer oder einer Kupferbasislegierung besteht.

Zeichnung