DE60015432T2

DE60015432T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Wärmebehandeln von metallischem Material

Info

Publication number: DE60015432T2
Application number: DE60015432T
Authority: DE
Inventors: Susumu Ninomiya
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: US6630038B1; EP1057897A2; EP1057897A3; JP2000345236A; DE60015432D1; EP1057897B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verarbeitungsvorrichtung zum Bilden eines Metallmaterials und insbesondere eine Verarbeitungsvorrichtung, welche die Eigenschaften des Metalls verbessern kann.
Die Eigenschaften von Metallmaterialien ändern sich abhängig von dem Metallbildungsprozess und es werden sowohl ein Komponenteneinstellverfahren als auch Heiz-, Abkühl- und Walzverfahren eingesetzt, um diese Eigenschaften zu steuern.
Im Fall des Erhitzens und Abkühlens können die Kristalle, der Teilchendurchmesser der Kristalle, die Komponentenverteilung der Kristalle und dergleichen, die von den Eigenschaften des Stahls abhängen, durch Steuern der Erhitzungsmuster und Abkühlungsmuster verändert werden. Dabei ist die Berücksichtigung der Temperatur der Abkühlungsmuster wichtiger, wenn sie sich mit dem Modifikationspunkt des Metallmaterials überschneidet. Ferner vermindert die Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit die Teilchengröße der Kristalle und die Strukturgröße der Metallmaterialien, wodurch die Festigkeit und Zähigkeit von Metallmaterialien verbessert werden.
Es ist auch bekannt, dass die Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit die Teilchengröße der Kristalle und die Strukturgröße von Metallmaterialien vermindert, wenn sich geschmolzene Metalle verfestigen. Insbesondere führt ein schnelles Abkühlen zur Bildung amorpher Metalle. Folglich ist das Auswählen eines Abkühlungsverfahrens und eines Kühlmittels für jeden Zweck wichtig, um Materialien mit den erforderlichen Eigenschaften zu erhalten.
Bezüglich der Kühlmittel werden Gase, Dampf, Sprühnebel, kaltes Wasser, destilliertes Wasser, geschmolzenes Salz, Blei, Zinn und dergleichen verwendet, um diese wie einen Strahl direkt auf Metallmaterialien zu sprühen, oder um sie in einem Behälter zu lagern, um Metallmaterialien darin einzutauchen.
Bei anderen vorgeschlagenen Kühlverfahren werden die Metallmaterialien mit einer Metallkühlwalze in Kontakt gebracht und die Metallmaterialien werden in flüssiges metallisches Natrium eingetaucht.
Das Erhitzungs/Abkühlungsverfahren, bei dem flüssiges metallisches Natrium als Kühlmittel verwendet wird, wird in einer kontinuierlichen Anlassvorrichtung zum Abkühlen von Stahl verwendet. Daher ist der Primärzweck des Einsatzes des flüssigen metallischen Natriums in dieser Anlassvorrichtung ein Wärmetausch oder eine Energieeinsparung. In diesem Fall wird das flüssige metallische Natrium gekühlt, wenn sich der Stahl in einem Erhitzungsprozess befindet, und das flüssige metallische Natrium wird erhitzt, wenn sich der Stahl in einem Abkühlungsprozess befindet, was als Wärmetauscher des Gegenstromtyps bekannt ist. Der Stahl und das flüssige metallische Natrium bewegen sich in entgegengesetzter Richtung. Wie es aus dem in der 1 veranschaulichten Temperaturübergangsmuster ersichtlich ist, erzeugt das auf einen Wärmetausch gerichtete herkömmliche Verfahren eine große Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der Temperatur des Stahls und der Temperatur des flüssigen metallischen Natriums. Dadurch besteht bezüglich der Abkühlungsgeschwindigkeit zur Bildung eines Metallmaterials mit den gewünschten Eigenschaften eine bestimmte Beschränkung. Mit flüssigem metallischen Natrium kann nur unter Schwierigkeiten gearbeitet werden.
Beispielsweise explodiert es beim Kontakt mit Wasser. Daher wurde die Verwendung von flüssigem metallischen Natrium kritischen Anwendungen wie z.B. in Kernkraftwerken vorbehalten.
US 3,430,680 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung eines kontinuierlichen Gießverfahrens, bei dem ein flüssiges geschmolzenes Metall durch Strömenlassen eines Stroms von geschmolzenem Metall in einem Wärmeübertragungskontakt mit einem Strom oder mehreren Strömen eines Kühlflüssigkeitsformmaterials wie z.B. Natrium stromgegossen wird, wodurch das flüssige geschmolzene Metall durch das flüssige Natrium abgekühlt und verfestigt wird.
US 3,845,805 beschreibt ein Verfahren, bei dem Metallfilamente durch eine schnelle Verfestigung eines geschmolzenen Strahls in einem Fluidmedium gebildet werden und Filamente metastabiler Legierungen wie z.B. amorpher Metalle und Filamente mit einer feinkörnigen Struktur und einer neuen Orientierung erhalten werden können.
US 3,256,119 beschreibt ein kontinuierliches Verfahren zum Anlassen von Stahlbändern durch Schicken des Bands durch ein heißes flüssiges Metall wie z.B. Natrium.
US 2,797,177 beschreibt ein Verfahren zum Wärmebehandeln relativ dünner eisenhaltiger Metallkörper, wobei das Verfahren das Einbringen der Metallkörper in ein flüssiges Bad von Natrium mit konstanter Zusammensetzung mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt und einem hohen Siedepunkt, wobei das Bad Zonen mit nach und nach ansteigender Temperatur aufweist, um das Metall einheitlich auf eine geeignete Anlasstemperatur zu erhitzen, und Herausziehen des eisenhaltigen Metalls durch das Bad zu einem Austrittspunkt, der mindes tens teilweise von dem Ort der höchsten Temperatur in Richtung des Eintrittspunkts entfernt ist, umfasst, um das eisenhaltige Metall zu kühlen.
DE 35 05 689 A1 beschreibt ein Verfahren zum Abschrecken spezifischer austenitischer Stähle, die gegen eine interkristalline Korrosion nur bis zu einem gewissen Ausmaß beständig sind, wenn diese Stähle herkömmlich in Luft oder Wasser abgeschreckt werden, wobei das Verfahren das Abschrecken der spezifischen austenitischen Stähle mit Natrium, Kalium oder einer Legierung davon umfasst.
Patent Abstracts of Japan, Band 008, Nr. 071, 3. April 1984 und JP 58 224120 A beschreiben ein Verfahren zum einheitlichen und kontinuierlichen Anlassen eines Metallbands durch Einspeisen von Elektrizität in metallisches Na zu dem Metallband auf einer Hochtemperaturseite und elektrisches Erhitzen des Metallbands auf die Anlasstemperatur, und dann schnell Abkühlen des Bands mit dem geschmolzenen Na.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Umstände gemacht und soll die vorstehend genannten Probleme lösen. Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Verarbeitungsvorrichtung zum Bilden eines Metallmaterials, das ein Metallmaterial mit feinen Kristallteilchen und einer feinen Struktur aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Verarbeitungsvorrichtung für ein Metallmaterial, die aus Metallmaterialien amorphe Metalle bilden kann.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden durch die Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 11 der vorliegenden Erfindung gelöst. Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Figuren der Zeichnungen ersichtlich.
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung einbezogen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 ist ein Graph, der den Temperaturübergang einer Stahlplatte und von flüssigem metallischen Natrium in einer herkömmlichen kontinuierlichen Anlassvorrichtung zeigt, wenn flüssiges metallisches Natrium die Stahlplatte erhitzt und abkühlt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Verarbeitungsvorrichtung für ein Metallmaterial gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Graph, der den Oberflächentemperaturübergang einer Stahlplatte zeigt, wenn flüssiges metallisches Natrium oder Wasser bei 800°C auf die Stahlplatte gesprüht wird.
4 ist ein Graph, der die Temperaturübergänge von zwei Flüssigkeiten bei verschiedenen Temperaturen bezüglich zwei Wärmetauschertypen zeigt: Eines Parallelstromtyps, bei dem die beiden Flüssigkeiten in der gleichen Richtung fließen, und eines Gegenstromtyps, bei dem die beiden Flüssigkeiten in entgegengesetzten Richtungen fließen.
5 ist ein Diagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung für ein Metallmaterial gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung für ein Metallmaterial gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung für ein Metallmaterial gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verarbeitungsvorrichtung für ein Metallmaterial spezifisch und detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wenn möglich werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um ähnliche oder gleiche Teile zu bezeichnen.
Erste Ausführungsform
In einer ersten Ausführungsform wird zur Erläuterung als Beispiel ein plattenartiges Metallmaterial verwendet. In dieser Ausführungsform kann jedoch auch ein stabartiges Metallmaterial, ein drahtartiges Metallmaterial und dergleichen verwendet werden.
Eine Verarbeitungsvorrichtung für Metallmaterialien gemäß der ersten Ausführungsform führt einen Erhitzungsprozess und einen Abkühlungsprozess für ein kontinuierlich zugeführtes Metallmaterial durch. Gemäß der 2 umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 100 eine Heizwanne 2 als Metallmaterial-Heizeinrichtung. Diese Heizwanne 2 kann den Stahl 1, bei dem es sich um ein Beispiel für die Metallmaterialien handelt, über seinen Modifikationspunkt erhitzen. D.h. die Heizwanne 2 kann den Stahl 1 auf eine Temperatur von mehr als 700°C erhitzen.
Die Verarbeitungsvorrichtung 100 umfasst auch Sprühdüsen 5 als Natriumzuführungseinrichtung und eine Kühlwanne 3. Die Sprühdüsen 5 können flüssiges metallisches Natrium auf den Stahl 1 sprühen, der durch die Heizwanne 2 erhitzt worden ist, wodurch der Stahl 1 schnell abgekühlt wird. Die Kühlwanne 3 enthält das flüssige metallische Natrium 4 und der durch die Sprühdüsen 5 schnell abgekühlte Stahl 1 wird weiter abgekühlt, während er sich unter dem flüssigen metallischen Natrium 4 in der Kühlwanne 3 bewegt.
Gassprühdüsen 12 sind als Inertgassprühvorrichtung so angeordnet, dass sie das flüssige metallische Natrium auf dem Stahl 1 entfernen, der aus der Kühlwanne 3 herausgezogen worden ist, und zwar durch Sprühen von Inertgas auf den Stahl 1. Mit den Gassprühdüsen 12 ist ein Inertgaszuführungsrohr 13 verbunden.
Eine Umwälzeinrichtung für flüssiges metallisches Natrium 20 wälzt flüssiges metallisches Natrium 4 in der Kühlwanne 3 um. Diese Umwälzeinrichtung 20 wird so gesteuert, dass das flüssige metallische Natrium 4 in der Kühlwanne 3 in der gleichen Richtung fließt, wie sich der Stahl 1 bewegt.
Insbesondere ist die Umwälzeinrichtung 20 mit einem Ansaugrohr 7, einer Kühleinrichtung für flüssiges metallisches Natrium 8, einer Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9, einem Abgaberohr 6 und einer Umwälzpumpe 10 ausgestattet. Das Ansaugrohr 7 saugt das flüssige metallische Natrium 4 von dem Abschnitt angrenzend an die Stelle an, bei welcher der Stahl aus der Kühlwanne 3 herausgezogen wird. Die Kühleinrichtung für flüssiges metallisches Natrium 8 kühlt das flüssige metallische Natrium 4, das von dem Ansaugrohr 7 angesaugt worden ist. Die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 entfernt Verunreinigungen von dem flüssigen metallischen Natrium 4. Das Abgaberohr 6 führt das flüssige metallische Natrium 4, das gekühlt worden ist und von dem die Verunreinigungen entfernt worden sind, zu den Sprühdüsen 5. Die Umwälzpumpe 10 wälzt das flüssige metallische Natrium 4 von dem Ansaugrohr 7 zu dem Abgaberohr 6 um.
Über dem flüssigen netallischen Natrium 4 in dem Kühlrohr 3 befindet sich ein Raum 11, der mit einem Inertgas wie z.B. Stickstoff, Argon und dergleichen gefüllt ist. Der Raum 11 ist von der Luft mit einem Deckel (nicht gezeigt) isoliert, jedoch weist der Deckel einen Eintritt und einen Austritt auf, die es dem Stahl 1 ermöglichen, durch diesen hindurchzutreten.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Bereitstellung des Stahls 1 mit einer feinen Struktur durch Anwenden von Erhitzungs- und Abkühlungsprozessen erläutert.
Als erstes wird der Stahl 1 in der Heizwanne 2 auf eine vorgegebene Temperatur von mehr als 700°C erhitzt. Danach wird der Stahl 1 in die Kühlwanne 3 eingetaucht und das abgekühlte flüssige metallische Natrium 4 von den Sprühdüsen 5 wird auf den Stahl 1 gesprüht, so dass der Stahl 1 abgekühlt wird.
Dabei befindet sich das flüssige metallische Natrium 4 in der flüssigen Phase, deren Temperatur im Bereich von 98°C bis 886°C liegt. Daher wird kein Dampffilm aus dem flüssigen metallischen Natrium 4 auf dem Stahl 1 gebildet, obwohl das flüssige metallische Natrium 4 den Stahl 1 kontaktiert, der eine Temperatur von über 700°C aufweist. Dadurch kann dessen Wärmeleitfähigkeit in geeigneter Weise aufrechterhalten werden.
Die Temperatur des flüssigen metallischen Natriums 4, das von der Kühleinrichtung für flüssiges metallisches Natrium 8 gekühlt worden ist, erreicht den niedrigsten Wert, und die Temperatur des Stahls 1, der durch die Heizwanne 2 erhitzt wird, erreicht den höchsten Wert. Daher erreicht die Temperaturdifferenz zwischen dem Stahl 1 und dem flüssigen metallischen Natrium 4 an der Position der Sprühdüsen 5 den maximalen Wert.
Wie es vorstehend erläutert worden ist, kann durch Sprühen des flüssigen metallischen Natriums 4 auf den Stahl 1 eine hohe Abkühlungsgeschwindigkeit wie z.B. mehr als 10000°C/s erreicht werden, wodurch eine rasche Abkühlung auf weniger als 300°C stattfindet.
Die 3 ist ein Graph, der den Oberflächentemperaturübergang des Stahls 1 zeigt, wenn flüssiges metallisches Natrium 4 oder Wasser bei 800°C auf den Stahl 1 gesprüht wird. Dabei stellt eine durchgezogene Linie in der Figur den Fall dar, bei dem flüssiges metallisches Natrium als Kühlmittel verwendet wird (vorliegende Erfindung), und die gestrichelte Linie den Fall, bei dem Wasser als Kühlmittel verwendet wird (herkömmliches Verfahren). Wie es aus der 3 ersichtlich ist, liegt eine beträchtliche Differenz bei der Abkühlungsgeschwindigkeit im Bereich von 600°C bis 800°C vor.
In der vorliegenden Erfindung fließt das flüssige metallische Natrium 4 in der Kühlwanne 3 in der gleichen Richtung, wie sich der Stahl 1 bewegt. Dies ermöglicht es, dass die Tempera turübergänge des Stahls 1 und des flüssigen metallischen Natriums 4 der durchgezogenen Linie in der 4 folgen, d.h. einem Parallelstromwärmetauschermuster. Dieses Muster ermöglicht das Erreichen einer größeren Temperaturdifferenz (ΔT1) als die Temperaturdifferenz (ΔT2) eines Wärmetauschermusters des Gegenstromtyps.
Somit kann der Stahl 1, der eine Temperatur aufweist, die dem Modifikationspunkt entspricht oder höher als dieser ist, wie z.B. mehr als 700°C, schnell auf eine Temperatur unter dem Modifikationspunkt gekühlt werden. Daher kann die Struktur des Stahls 1 fein sein. Insbesondere wird ein Stahl 1 mit Kristallteilchen erhalten, deren Durchmesser im Bereich von 1 μm bis 10 μm liegen.
Inertgas wird auf den Stahl 1 an der Position gesprüht, bei welcher der Stahl 1 aus dem flüssigen metallischen Natrium 4 herausgezogen wird und es befindet sich in dem Raum 11, der mit einem Inertgas gefüllt ist. Das flüssige metallische Natrium 4 auf dem Stahl 1 wird entfernt und dann wird der Stahl 1 an die Luft bewegt. Gemäß dieses Verfahrens wird das flüssige metallische Natrium 4 nicht von der Kühlwanne 3 an die Luft bewegt und dadurch wird eine Verbrennung vermieden.
Wie es vorstehend erläutert worden ist, strömt das flüssige metallische Natrium 4, das durch die Sprühdüsen 5 zugeführt und in der Kühlwanne 3 gelagert wird, in die gleiche Richtung wie sich der Stahl 1 bewegt und wird von dem Ansaugrohr 7 gesammelt, das von den Sprühdüsen 5 entfernt ist. Da die Temperatur des flüssigen metallischen Natriums 4 aufgrund des Wärmetauschs mit dem Stahl 1 erhöht wird, wird das flüssige metallische Natrium 4 durch die Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium 8 gekühlt. Nach der Entfernung von Verunreinigungen wie z.B. Oxiden, Hydroxiden, Carbiden und dergleichen durch die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 und nach dem Beaufschlagen mit Druck durch die Umwälzpumpe 10 wird das flüssige metallische Natrium 4 von dem Abgaberohr 6 der Kühlwanne 3 zugeführt.
Es sollte beachtet werden, dass ein fettgedruckter Pfeil in der 2 die Bewegungsrichtung des Stahls 1 und ein dünngedruckter Pfeil die Fließrichtung des flüssigen metallischen Natriums darstellt.
In der vorliegenden Erfindung wird der Stahl 1, der auf dessen Modifikationspunkt oder darüber erhitzt worden ist, durch das aufgesprühte flüssige metallische Natrium 4 sofort unter den Modifikationspunkt abgekühlt. Daher kann die Struktur des Stahls 1 fein sein, wodurch die Festigkeit und die Zähigkeit des Stahls 1 verbessert werden. In dem herkömmlichen Ver fahren wurde ein Stahl mit einem Durchmesser von 10 μm bis 100 μm erhalten, wohingegen in der vorliegenden Erfindung ein Stahl mit einem Durchmesser von 1 μm bis 10 μm erhalten werden kann.
Das flüssige metallische Natrium 4 wird aus Natrium hergestellt, wodurch das flüssige metallische Natrium 4 einfach erhalten werden kann. Dessen Abfall kann unter Verwendung von Chlorwasserstoffsäure als Neutralisationsmittel behandelt werden, wodurch eine Umweltverschmutzung vermieden wird. Das flüssige metallische Natrium 4 weist aktive Eigenschaften auf und vereinigt sich mit Verunreinigungen wie Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und dergleichen. Daher werden Beläge, die gewöhnlich aus Oxid, usw., bestehen, selbst dann nicht erzeugt, wenn das flüssige metallische Natrium 4 mit dem Stahl 1 in Kontakt kommt. Daher kann eine Belagentfernungseinrichtung weggelassen werden, die gewöhnlich für diese Art von Vorrichtung erforderlich war, und die wirtschaftlichen Vorteile können verbessert werden. Es können auch jegliche Chemikalien für die Belagentfernungsvorrichtung vermieden werden, wodurch auch in dieser Hinsicht eine Umweltverschmutzung verhindert werden kann.
Gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform fließt das flüssige metallische Natrium 4 in der Kühlwanne 3 in der gleichen Richtung, wie sich der Stahl 1 bewegt. Dies bedeutet, dass der Temperaturübergang für den Stahl 1 und das flüssige metallische Natrium 4 mit dem des Parallelstromwärmetauschertyps identisch ist. Bei diesem Typ kann die Temperaturdifferenz (ΔT1) einen größeren Wert aufweisen als die Temperaturdifferenz (ΔT2), wodurch der Stahl 1 mit einer feinen Struktur erhalten wird.
Zweite Ausführungsform
Eine Verarbeitungsvorrichtung für Metallmaterialien gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 5 erläutert. In dieser Ausführungsform wird ein drahtartiges Metallmaterial als Beispiel zur Erläuterung verwendet, jedoch kann in dieser Ausführungsform auch ein plattenartiges Metallmaterial, ein stabartiges Metallmaterial und dergleichen verwendet werden.
Gemäß der 5 umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform zwei Wannen, d.h. eine Heizwanne 112 als Metallmaterialheizvorrichtung und die Kühlwanne 3. Entsprechend der vorstehenden Ausführungsform enthält die Kühlwanne 3 flüssiges metallisches Natrium 4 für Kühlzwecke und das flüssige metallische Natrium 4 fließt durch die Umwälzeinrichtung für das flüssige metallische Natrium 20 in der gleichen- Richtung, wie sich der Draht 101 in der Kühlwanne 3 bewegt.
Die Umwälzeinrichtung 20 ist mit der Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium 8, der Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 und der Umwälzpumpe 10 ausgestattet. Das flüssige metallische Natrium 4, das die durch die Kühleinrichtung 8 erreichte minimale Temperatur aufweist, wird durch die Sprühdüsen 5 auf den Draht 101 gesprüht.
Die Kühlwanne 3 weist einen U-förmigen Abschnitt auf und die Abdichtungswalzen 103 sind in jedem Ende der Kühlwanne 3 angeordnet, bei dem der Draht 101 eintritt oder austritt. Auf der Abdichtungswalze 103 auf der Austrittsseite der Kühlwanne 3 ist ein Austrittsraum 106 mit einem Inertgas gefüllt. Die Gassprühdüsen 12 sind in dem Austrittsraum 106 angeordnet. Der Austrittsraum 106 ist von der Luft durch eine weitere Abdichtungswalze 110 isoliert und die Bedingungen in dem Austrittsraum 106 werden durch ein Inertgas gesteuert.
In dem unteren Strom des Austrittsraums 106 sind eine Waschwanne 107 und eine Aufwickelvorrichtung 108 angeordnet. Die Waschwanne 107 enthält Wasser oder ein Neutralisationswaschmittel. Die Aufwickelvorrichtung 108 wickelt den verarbeiteten Draht 101 auf.
Die Heizwanne 112 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält das flüssige metallische Natrium 113 für Heizzwecke, das eine Temperatur aufweist, die gleich dem Modifikationspunkt des Drahts 101 oder höher als dieser ist. Das flüssige metallische Natrium 113 in der Heizwanne 112 wird durch eine Umwälzeinrichtung für das flüssige metallische Natrium 111 umgewälzt und erhitzt.
Die Umwälzeinrichtung 111 umfasst eine Heizeinrichtung für das flüssige metallische Natrium 109, die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 und die Umwälzpumpe 10. Die Heizeinrichtung für flüssiges metallisches Natrium 109 erhitzt das flüssige metallische Natrium 113, das in der Nähe des Abschnitts abgegeben wird, bei dem der Draht 101 herausgezogen wird. Die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 entfernt Verunreinigungen von dem flüssigen metallischen Natrium 113. Die Umwälzpumpe 10 wälzt das flüssige metallische Natrium 113, das erhitzt worden ist und von dem die Verunreinigungen entfernt worden sind, zu der Eintrittsseite der Heizwanne 112 um.
Die Heizwanne 112 weist einen U-förmigen Abschnitt auf und die Abdichtungswalzen 103 sind in jedem Ende der Heizwanne 112 angeordnet, bei dem der Draht 101 eintritt oder austritt. Auf der Abdichtungswalze 103 auf der Austrittsseite der Heizwanne 112 ist ein mit einem Inertgas gefüllter Eintrittsraum 104 bereitgestellt. Der Eintrittsraum 104 ist von der Luft durch eine weitere Abdichtungswalze 110 isoliert und die Bedingungen in dem Eintrittsraum 104 werden durch ein Inertgas gesteuert.
In dem oberen Strom der Abdichtungswalze 101, die sich in der Nähe des Eintrittsraums 104 befindet, lagert eine Spindelvorrichtung 102 den Draht 101, der noch nicht verarbeitet worden ist.
Darüber hinaus ist zwischen der Heizwanne 112 und der Kühlwanne 3 eine Thermoisolierwanne 105 angeordnet. Diese Thermoisolierwanne 105 ist mit dem Austritt der Heizwanne 112 und dem Eintritt der Kühlwanne 3 durch die dazwischen angeordneten Abdichtungswalzen 103 verbunden. Das Innere der Thermoisolierwanne 105 ist von der Luft isoliert und wird durch ein Inertgas gesteuert. Daher kann die Temperatur des Inertgases gesteuert werden, um die Temperatur des Drahts 101 durch die Thermoisolierwanne 105 konstant zu halten.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Verfeinerung der Struktur des Drahts, das durch Erhitzen und Abkühlen unter Verwendung der Verarbeitungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, erläutert.
Als erstes wird der Draht 101, der von der Spindelvorrichtung 102 zugeführt wird, durch den Eintrittsraum 104 zu der Heizwanne 112 geführt. Der Draht 101 kommt in direktem Kontakt mit dem flüssigen metallischen Natrium 113 und wird durch Wärmetausch bis zu einer bestimmten Temperatur erhitzt. Der Draht 101 wird dann zu der Thermoisolierwanne 105 geführt und deren Temperatur wird in einem vorgegebenen Zeitraum konstant gehalten.
Danach tritt der Draht 101 in die Kühlwanne 3 ein und wird durch das von den Sprühdüsen 5 versprühte flüssige metallische Natrium 4 schnell abgekühlt. Dabei weist das versprühte flüssige metallische Natrium 4 die niedrigste Temperatur in dem Kreislauf auf. Der Draht 101 wird dann in der Kühlwanne 3 in das flüssige metallische Natrium 4 eingetaucht und dessen Temperatur wird für einen vorgegebenen Zeitraum konstant gehalten.
Der durch die Kühlwanne 3 verarbeitete Draht 101 wird in den Austrittsraum 106 geführt und jegliches flüssige metallische Natrium auf dem Draht 101 wird durch das von den Sprühdüsen 12 versprühte Inertgas entfernt. Der durch den Austrittsraum 106 hindurch getretene Draht 101 wird dann zu der Waschwanne 107 geführt. Nach dem Waschvorgang in der Waschwanne 107 wird ein Trocknungsvorgang durchgeführt und schließlich wird der Draht 101 in der Aufwickelvorrichtung 108 aufgewickelt.
Es wird ein Wärmetausch zwischen dem flüssigen metallischen Natrium 112 in der Heizwanne 113 und dem Draht 101 durchgeführt. Das durch diesen Wärmetauschprozess gekühlte flüssige metallische Natrium 113 wird aus der Heizwanne 112 entfernt und zu der Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9, der Umwälzpumpe 10 und der Heizeinrichtung für das flüssige metallische Natrium 112 geführt. Das flüssige metallische Natrium 113 in der Heizeinrichtung 112 wird auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und der Heizwanne 112 kontinuierlich zugeführt. Andererseits entzieht das flüssige metallische Natrium 4 in der Kühlwanne 3 dem Draht 101 Wärme und wird aus der Kühlwanne entfernt. Das flüssige metallische Natrium 3 wird dann in die Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium 8, die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 und die Umwälzpumpe 10 geführt und erneut zu der Kühlwanne 3 zurückgeführt. Das flüssige metallische Natrium 3 wird ebenfalls kontinuierlich verwendet.
In dieser Ausführungsform ist der Eintrittsraum 104 auf der Eintrittsseite der Heizwanne 112 derart angeordnet, dass das flüssige metallische Natrium 113 aus Sicherheitsgründen nicht mit der Luft in Kontakt kommt. Selbst wenn das flüssige metallische Natrium 113 oder dessen Dampf aus der Heizwanne 112 austritt, wird es sicher in dem Eintrittsraum 104 gesammelt.
Das flüssige metallische Natrium 4 kann an dem Draht 101 haften, wenn dieser von dem Austritt der Heizwanne 112 zu dem Eintritt der Kühlwanne 3 geführt wird. Die Thermoisolierwanne 105, die gegen die Luft isoliert ist und durch ein Inertgas gesteuert wird, ist jedoch an dieser Stelle angeordnet. Dadurch kann der Draht 101 dort sicher geführt werden, ohne Sprühdüsen zu verwenden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann der gleiche Effekt wie in der ersten Ausführungsform erreicht werden. Ferner wird der Draht 101 in der zweiten Ausführungsform durch das für Heizzwecke in der Heizwanne 112 verwendete flüssige metallische Natrium 113 erhitzt. Dadurch können die gesamten Heizvorrichtungen kleiner sein. In der zweiten Ausführungsform kann in dem Heizverfahren jeglicher Belag wie z.B. ein Oxid auf dem Draht 101 vermieden werden, wodurch eine Belagentfernungseinrichtung in dem Erhitzungsprozess weggelassen werden kann, die gewöhnlich für diese Art von Vorrichtung erforderlich war. Ferner kann der Draht 101 durch das flüssige metallische Natrium 113 in einer kurzen Zeit erhitzt werden, wodurch die Produktivität eines solchen Drahts 101 erhöht wird.
Dritte Ausführungsform
Eine Verarbeitungsvorrichtung für Metallmaterialien gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 6 erläutert.
Eine Verarbeitungsvorrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform ist so aufgebaut, dass ein Metallmaterial wie z.B. ein Stahl 204 durch eine Art von Heißwalzen und/oder Kaltwalzen, während sich der Stahl 204 bewegt, verarbeitet wird. Gemäß der 6 sind in dem oberen Strom der Bewegung des Stahls 204 stromaufwärts liegende Walzen 202a und Stützwalzen 201a angeordnet. In dem unteren Strom der Bewegung des Stahls 204 sind stromabwärts liegende Walzen 202b und Stützwalzen 201b angeordnet.
Ferner umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 300 die Sprühdüsen 5 und die Gassprühdüsen 12. Die Sprühdüsen 5, die zwischen den stromaufwärts liegenden Walzen 202a und den stromabwärts liegenden Walzen 202b angeordnet sind, können flüssiges metallisches Natrium auf den Stahl 204 sprühen, wodurch der Stahl 204 schnell abgekühlt wird. Die Gassprühdüsen 12 können das flüssige metallische Natrium 4 für Kühlzwecke auf dem Stahl 4 durch Sprühen von Inertgas auf den Stahl schnell entfernen: Das Inertgaszuführungsrohr 13 ist mit den Gassprühdüsen 12 verbunden.
Sowohl die Sprühdüsen 5 als auch die Gassprühdüsen 12 sind von der Luft durch eine Abkühlungskammer 206, die einen Deckel 205 aufweist, isoliert. Auf beiden Seiten der Abkühlungskammer 206, in die der Stahl 204 geführt wird, sind Abdichtungswalzen 203a bzw. 203b angeordnet.
Die Umwälzeinrichtung für flüssiges metallisches Natrium 20 in der Verarbeitungsvorrichtung 300 ist mit der Kühleinrichtung für flüssiges metallisches Natrium 8, der Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 und der Umwälzpumpe 10 ausgestattet. Die Umwälzeinrichtung 20 gewinnt das flüssige metallische Natrium 4 zurück, das in dem unteren Teil der Abkühlungskammer 206 gesammelt worden ist, und führt das flüssige metallische Natrium 4, das abgekühlt worden ist und von dem die Verunreinigungen entfernt worden sind, zu den Sprühdüsen 5 zurück.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Bereitstellung des Stahls 204 mit einer feinen Struktur durch den Einsatz von Erhitzungs- und Abkühlungsprozessen erläutert.
Als erstes wird der Stahl 204 in eine heiße Atmosphäre wie z.B. ein Heißbandwalzwerk geführt, um ihn durch die stromaufwärts liegenden Walzen 202a zu einer vorgegebenen Dicke zu walzen. Der Stahl 204 wird dann durch die Abkühlungswalze 203a zu dem Raum 11 in der Abkühlungskammer 206 geführt und durch das von den Sprühdüsen 5 versprühte flüssige metallische Natrium 4 rasch abgekühlt.
Das Inertgas wird von den Gassprühdüsen 12 auf beide Seiten des Stahls 204 gesprüht, so dass jegliches flüssige metallische Natrium 4 auf dem Stahl 204 entfernt wird. Der Stahl 204 wird durch die Abdichtungswalzen 203b aus dem Raum 11 herausgeführt, gegebenenfalls durch die Walzen 202b gewalzt und aufgewickelt.
Das von den Sprühdüsen 5 versprühte flüssige metallische Natrium 4 wird entweder im unteren Teil der Abkühlungskammer 206 oder in einem Lagertank (nicht gezeigt) gesammelt, der mit einem Ablaufrohr (nicht gezeigt) mit der Abkühlungskammer 206 verbunden ist. Das gesammelte flüssige metallische Natrium 4 wird dann durch die Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium 8 abgekühlt und Verunreinigungen wie z.B. Oxide, Hydroxide, Carbide und dergleichen werden durch die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 entfernt. Schließlich wird das flüssige metallische Natrium 4 durch die Umwälzpumpe 10 mit Druck beaufschlagt und den Sprühdüsen 5 zugeführt.
Gemäß der dritten Ausführungsform kann der gleiche Effekt wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform erreicht werden. Da der Stahl 204 ferner durch die Walzen 202a und/oder 202b unmittelbar vor und/oder nach dem schnellen Abkühlen gewalzt wird, können Kristallteilchen und die Struktur des Stahls 204 physikalisch fein sein. Darüber hinaus kann durch die Ausübung einer Spannungsenergie auf den Stahl 204 die Anzahl von Kristallkeimen erhöht werden, wodurch der Stahl 204 mit feineren Kristallteilchen und einer feineren Struktur ausgestattet wird.
Vierte Ausführungsform
Eine Verarbeitungsvorrichtung für Metallmaterialien gemäß einer vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 7 erläutert.
Die Verarbeitungsvorrichtung 400 in der vierten Ausführungsform dient vorzugsweise zur Herstellung eines amorphen Metalls. Gemäß der 7 umfasst die Vorrichtung 400 einen Schmelztiegel 301 und eine Kühlwalze 304. Der Schmelztiegel 301 enthält ein geschmolzenes Metallmaterial 302 und das Metallmaterial 302 fließt durch eine Austrittsdüse 303 an dem Schmelztiegel 301 auf die Oberfläche der Kühlwalze 304. Die Kühlwalze 304 ist drehbar und ist bis auf den oberen Spitzenabschnitt in dem flüssigen metallischen Natrium 4 in der Kühlwanne 3 eingetaucht. Es sollte beachtet werden, dass der Schmelztiegel 301 einen Teil der Metallmaterial-Heizeinrichtung bildet, die in der 7 nicht gezeigt ist.
Die Verarbeitungsvorrichtung 400 umfasst erste Sprühdüsen 5a und zweite Sprühdüsen 5b. Die ersten Sprühdüsen 5a können das flüssige metallische Natrium 4 direkt auf eine Oberfläche des Metallmaterials 305 sprühen, das sich auf der Kühlwalze 304 verfestigt, wodurch das Metallmaterial 305 schnell abgekühlt wird. Die zweiten Sprühdüsen 5b können das flüssige metallische Natrium 4 direkt auf die Kühlwalze 304 und eine andere Oberfläche des Metallmaterials 305 sprühen, das sich auf der Kühlwalze 304 verfestigt, wodurch das Metallmaterial 305 schnell abgekühlt wird.
Die Umwälzeinrichtung für das flüssige metallische Natrium 20, die das flüssige metallische Natrium 4 in der Kühlwanne 3 umwälzt, ist mit dem Ansaugrohr 7, der Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium 8, der Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9, dem Abgaberohr 6 und der Umwälzpumpe 10 ausgestattet. Das Ansaugrohr 7 saugt das flüssige metallische Natrium 4 von der Kühlwanne 3 an. Die Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium 8 kühlt das von dem Ansaugrohr 7 angesaugte flüssige metallische Natrium 4. Die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 entfernt Verunreinigungen von dem flüssigen metallischen Natrium 4. Das Abgaberohr 6 führt das flüssige metallische Natrium 4, das abgekühlt worden ist und von dem die Verunreinigungen entfernt worden sind, den Sprühdüsen 5a und 5b zu. Die Umwälzpumpe 10 wälzt das flüssige metallische Natrium 4 von dem Ansaugrohr 7 zu dem Abgaberohr 6 um.
Über dem flüssigen metallischen Natrium 4 in der Kühlwanne 3 ist der Raum 11 mit einem Inertgas wie z.B. Stickstoff, Argon und dergleichen gefüllt. Der Raum 11 ist von der Luft durch einen Deckel (nicht gezeigt) isoliert. Der Deckel weist jedoch einen Eintritt und einen Austritt auf, der nur dem Metallmaterial 302 und 305 das Hindurchtreten durch den Deckel ermöglicht.
Nachstehend wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Bildung amorpher Metallmaterialien durch die Verarbeitungsvorrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform erläutert. In der vorliegenden Erfindung kann eine Abkühlungsgeschwindigkeit von mehr als etwa 10000°C/s erhalten werden. Um ein amorphes Metall zu erhalten, ist jedoch eine höhere Abkühlungsgeschwindigkeit wie z.B. 100000 bis 1000000°C/s erforderlich und die vorliegende Erfindung kann eine solche Abkühlungsgeschwindigkeit realisieren.
Das Metallmaterial 302, das in dem Schmelztiegel 301 geschmolzen worden ist, fließt durch eine Austrittsdüse 303 auf die Oberfläche der Kühlwalze 304. Das Metallmaterial 302 wird rasch abgekühlt, sobald es die Kühlwalze 304 und das von den Sprühdüsen 5a und 5b versprühte flüssige metallische Natrium 4 kontaktiert. Das Metallmaterial 302 wird in das flüssige metallische Natrium 4 in der Kühlwanne 3 eingetaucht, da sich die Kühlwalze 304 dreht, und auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt. Das verarbeitete Metallmaterial 302 wird aus der Kühlwanne 3 entnommen.
Das flüssige metallische Natrium 4 wird von dem Ansaugrohr 7 angesaugt und zum Abkühlen zu der Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium 8 geführt. Danach werden Verunreinigungen in dem flüssigen metallischen Natrium 4 durch die Verunreinigungsentfernungsvorrichtung 9 entfernt. Dann wird das flüssige metallische Natrium 4 durch die Umwälzpumpe 10 mit Druck beaufschlagt und durch die Sprühdüsen 5a und 5b versprüht.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das geschmolzene Metallmaterial 302 der Kühlwalze 304 zugeführt und das flüssige metallische Natrium 4 wird direkt auf beide Oberflächen des Metallmaterials 302 auf der Kühlwalze 304 gesprüht. Daher wird kein Dampffilm, der die Kühlleistung des Metallmaterials 302 verschlechtert, auf dem Metallmaterial 302 gebildet. Ferner wird auch jeglicher Belag auf dem Metallmaterial 302 vermieden, so dass die Chemikalien zur Entfernung eines solchen Belags vermindert werden können.
Darüber hinaus kann ein amorphes Metall kontinuierlich in Form dickerer Platten und von Drähten ausgebildet werden, die mit herkömmlichen Verfahren kaum erhalten werden können, und ein amorphes Metall mit einer feineren Struktur kann kontinuierlich gebildet werden.
Als Modifizierung dieser Ausführungsform kann ein anderes Walzverfahren eingesetzt werden, bei dem das verfestigte Metallmaterial 305 gewalzt wird, um die Struktur und die Dicke des Metallmaterials 305 zu steuern und einzustellen.
Gemäß dieser Modifizierung können die Kristallteilchen in dem verfestigten Metallmaterial physikalisch fein gemacht werden. Darüber hinaus kann durch die Ausübung einer Spannungsenergie auf das Metallmaterial die Anzahl der Kristallkeime erhöht werden, wodurch Produkte bereitgestellt werden, die eine vorgegebene Dicke und Größe sowie feinere Kristallteilchen und Strukturen aufweisen.
Fünfte Ausführungsform
Es wird eine Verarbeitungsvorrichtung für Metallmaterialien gemäß einer fünften Ausführungsform erläutert. In dieser Ausführungsform wird das geschmolzene Metallmaterial in das flüssige metallische Natrium eingetaucht, so dass das Metallmaterial zur Verfestigung schnell abgekühlt wird und dadurch ein amorphes Metall bildet. D.h., unter Bezugnahme auf die 7 ist die fünfte Ausführungsform mit dem Fall identisch, dass das geschmolzene Metallmaterial 302 in dem Schmelztiegel 301 direkt in das flüssige metallische Natrium 4 angesaugt wird, ohne die Kühlwalze 305 zu kontaktieren.
Der direkte Kontakt des geschmolzenen Metallmaterials mit dem flüssigen metallischen Natrium wird durch Zuführen des geschmolzenen Metallmaterials zu der mit dem flüssigen metallischen Natrium gefüllten Wanne durchgeführt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, oder das flüssige metallische Natrium wird direkt auf das geschmolzene Metallmaterial gesprüht.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das flüssige metallische Natrium zum Kühlen des Metallmaterials verwendet. Daher wird ein Dampffilm, der die Kühlleistung des Metallmaterials verschlechtert, nicht auf dem Metallmaterial gebildet. Ferner wird auch jeglicher Belag auf dem Metallmaterial vermieden, so dass die Chemikalien zur Entfernung eines solchen Belags vermindert werden können. Entsprechend der vierten Ausführungsform ermöglicht auch diese Ausführungsform die kontinuierliche Bildung eines amorphen Metalls mit einer feineren Struktur.
Wie es vorstehend detailliert beschrieben worden ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung durch das In-Kontakt-Bringen von flüssigem metallischen Natrium mit dem Metallmaterial, das eine Temperatur aufweist, die mit dessen Modifikationspunkt identisch oder höher als dieser ist, so dass das Metallmaterial schnell auf eine Temperatur unter dem Modifikationspunkt gekühlt wird, die Bereitstellung eines Metallmaterials mit feinen Kristallteilchen und einer feinen Struktur.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch In-Kontakt-Bringen von flüssigem metallischen Natrium mit dem Metallmaterial, so dass das Metallmaterial rasch abgekühlt und verfestigt wird, auch die Bereitstellung eines amorphen Metalls.
Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich eine Anzahl beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Dem Fachmann ist klar, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne. von den wesentlichen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demgemäß dient die Offenbarung der vorliegenden Erfindung lediglich der Veranschaulichung und ist bezüglich des Schutzbereichs der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, nicht beschränkend aufzufassen. Folglich kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung in verschiedener Weise ausgeführt werden.
Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung H11-156827, die am 3. Juni 1999 angemeldet worden ist, wird unter Bezugnahme in diese Beschreibung einbezogen.

Claims

Eine Verarbeitungsvorrichtung (100, 200, 300, 400) zum Verarbeiten eines Metallmaterials (1, 101, 204, 305), umfassend: eine Metallmaterial-Heizeinrichtung (2, 112), die zum Erhitzen des Metallmaterials (1, 101, 204, 305) auf dessen Modifikationspunkt oder darüber angepasst ist, und eine Einrichtung zum Zuführen von flüssigem metallischen Natrium (5, 5a, 5b), die zum Kühlen des Metallmaterials (1, 101, 204, 305), das von der Metallmaterial-Heizeinrichtung (2, 112) verarbeitet worden ist, unter den Modifikationspunkt durch Kontaktieren des flüssigen metallischen Natriums (4) mit dem Metallmaterial (1, 101, 204, 305) angepasst ist, wobei das flüssige metallische Natrium (4) so angeordnet ist, dass es in der gleichen Richtung wie das Metallmaterial (1, 101, 204, 305) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Zuführen von flüssigem metallischen Natrium eine Sprühdüse (5, 5a, 5b) umfasst, die zum direkten Sprühen des flüssigen metallischen Natriums auf das Metallmaterial angeordnet ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Kühlwanne (3), die zum Aufnehmen des flüssigen metallischen Natriums (4) und zum Eintauchen des Metallmaterials (1, 101, 204, 305), das von der die Einrichtung zum Zuführen von flüssigem metallischen Natrium (5, 5a, 5b) verarbeitet worden ist, in das flüssige metallische Natrium (4) angepasst ist, um das Metallmaterial (1, 101, 204, 305) zu kühlen, und eine Umwälzeinrichtung für das flüssige metallische Natrium (20, 111) umfasst, die zum Umwälzen des flüssigen metallischen Natriums (4) in der Kühlwanne (3) angepasst ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner eine Inertgassprühvorrichtung (12) umfasst, die zum Sprühen von Inertgas auf das durch die Kühlwanne (3) verarbeitete Metallmaterial (1, 101, 204, 305) angepasst ist, um flüssiges metallisches Natrium (4) von dem Metallmaterial (1, 101, 204, 305) zu entfernen.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das flüssige metallische Natrium (4) in einem Raum (11, 106) isoliert ist, der mit einem Inertgas gefüllt ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Kühlwanne (3) zum Sammeln des flüssigen metallischen Natriums (4) angepasst ist, das von der Einrichtung zum Zuführen von flüssigem metallischen Natrium (5, 5a, 5b) zugeführt wird.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Umwälzeinrichtung für das flüssige metallische Natrium (20, 111) weiter umfasst: ein Ansaugrohr (7), das zum Ansaugen des flüssigen metallischen Natriums (4) von einem Abschnitt angepasst ist, der an den Abschnitt angrenzt, an dem das Metallmaterial (1, 101, 204, 305) aus der Kühlwanne (3) gezogen wird, eine Verunreinigungsentfernungsvorrichtung (9), die zur Entfernung von Verunreinigungen von dem durch das Ansaugrohr (7) angesaugten flüssigen metallischen Natrium (4) angepasst ist, eine Kühleinrichtung für das flüssige metallische Natrium (8), die zum Kühlen des flüssigen metallischen Natriums (4), von dem die Verunreinigungen entfernt worden sind, angepasst ist, und ein Abgaberohr (6), das zum Zurückführen des gekühlten flüssigen metallischen Natriums (4) zu der Einrichtung zum Zuführen von flüssigem metallischen Natrium (5, 5a, 5b) angepasst ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Metallmaterial-Heizeinrichtung eine Heizwanne (112) umfasst, die zum Eintauchen des Metallmaterials (101) angepasst ist, so dass das Metallmaterial (101) erhitzt wird.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Metallmaterial-Heizeinrichtung einen Schmelztiegel (301) umfasst, der zum Aufnehmen des geschmolzenen Metallmaterials (302) in einem geschmolzenen Zustand angepasst ist, wobei der Schmelztiegel (301) so angeordnet ist, dass das geschmolzene Metallmaterial (302) auf eine drehbare Kühlwalze (304) strömen gelassen wird, und die Einrichtung zum Zuführen von flüssigem metallischen Natrium (5a, 5b) zum Sprühen des flüssigen metallischen Natriums (4) auf das geschmolzene Metallmaterial (302) auf der Kühlwalze (304) angepasst ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das verarbeitete Metallmaterial (302) ein amorphes Metall ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner eine Walze (202a, 202b) umfasst, die stromaufwärts von der Metallmaterial-Heizeinrichtung (2, 112) oder stromabwärts von der Einrichtung zum Zuführen von flüssigem metallischen Natrium (5, 5a, 5b) angeordnet ist und angepasst ist, das Metallmaterial (1, 101, 204, 305) zu walzen.
Ein Verfahren zur Verarbeitung eines Metallmaterials, das die Schritte umfasst: Erhitzen eines Metallmaterials (1, 101, 204, 305) auf dessen Modifikationspunkt oder darüber, Kühlen des erhitzten Metallmaterials (1, 101, 204, 305) unter den Modifikationspunkt durch Kontaktieren des flüssigen metallischen Natriums (4) mit dem Metallmaterial (1, 101, 204, 305), und Strömenlassen des flüssigen metallischen Natriums (4) in der gleichen Richtung wie das Metallmaterial (1, 101, 204, 305), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschritt das direkte Sprühen des flüssigen metallischen Natriums (4) mittels einer Sprühdüse (5, 5a, 5b) auf das Metallmaterial (1, 101, 204, 305) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner die Schritte umfasst: Eintauchen des gekühlten Metallmaterials (1, 101, 204, 305) in eine Kühlwanne (3), in der das flüssige metallische Natrium aufgenommen ist, so dass das Metallmaterial (1, 101, 204, 305) gekühlt wird, und Umwälzen des flüssigen metallischen Natriums (4) in der Kühlwanne (3).
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Sprühen von Inertgas auf das durch den Eintauchschritt verarbeitete Metallmaterial (1, 101, 204, 305) umfasst, um flüssiges metallisches Natrium (4) von dem Metallmaterial (1, 101, 204, 305) zu entfernen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das flüssige metallische Natrium (4) in einem Raum (11, 106) isoliert ist, der mit einem Inertgas gefüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Kühlwanne (3) so aufgebaut ist, dass das flüssige metallische Natrium (4), das in dem Kühlschritt zugeführt wird, in der Kühlwanne (3) gesammelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der Umwälzschritt weiter umfasst: Ansaugen des flüssigen metallischen Natriums (4) von einem Abschnitt, der an den Abschnitt angrenzt, an dem das Metallmaterial (1, 101, 204, 305) aus der Kühlwanne (3) gezogen wird, Entfernen von Verunreinigungen von dem durch den Ansaugschritt verarbeiteten flüssigen metallischen Natrium (4), und Kühlen des flüssigen metallischen Natriums (4), das durch den Entfernungsschritt verarbeitet worden ist, um ein gekühltes flüssiges metallisches Natrium (4) für den Metallmaterial-Kühlschritt zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Metallmaterial-Heizschritt das Eintauchen des Metallmaterials (101) in eine Heizwanne (112) umfasst, so dass das Metallmaterial (101) erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner während des Erhitzungsschritts das Aufnehmen des geschmolzenen Metallmaterials (302) in einem geschmolzenen Zustand in einem Schmelztiegel (301) und das Strömenlassen des geschmolzenen Metallmaterials (302) auf eine drehbare Kühlwalze (304) umfasst, wobei das flüssige metallische Natrium (4) während des Kühlschritts auf das geschmolzene Metallmaterial (302) auf der Kühlwalze (304) gesprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das verarbeitete Metallmaterial (302) ein amorphes Metall ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, das vor dem Erhitzen oder nach dem Kühlen des Metallmaterials (1, 101, 204, 305) das Walzen des Metallmaterials (1, 101, 204, 305) umfasst.