DE10155384B4

DE10155384B4 - Online Qualitätskontrolle von Stranggieß-Produkten mittels Laseranalyse

Info

Publication number: DE10155384B4
Application number: DE2001155384
Authority: DE
Inventors: Lutz Rose
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2001-11-10
Filing date: 2001-11-10
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2021-11-11
Also published as: DE10155384A1

Abstract

Verfahren zur Schnellanalyse von metallischer Schmelze oder Gußteilen mittels Spektrometrie, wobei das zu analysierende Metall bzw. die Probe mittels Energieeinwirkung durch Beschuß mit Laserstrahlen geschmolzen und verdampft wird, und der Metalldampf einer Emissions-Spektral-Analyse unterzogen und dabei eine qualitative/quantitative Analyse der Legierungsbestandteile vorgenommen wird, wobei dessen Anwendung auf die stoffliche Analyse der Schmelze oder eines daraus hergestellten Gußproduktes einer Stranggießanlage erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Einschlüsse sowie Oberflächenfehler am warmen und kalten Strang ermittelt werden und dass die Schnellanalyse online an Stranggießanlagen durchgeführt wird; wobei eine Probe des zu vergießenden metallischen Materials aus der Pfanne, dem Verteiler und/oder der Kokille der Stranggießanlage entnommen wird und aus der erstarrten Trennebene der Probe einige Partikel mit der Energie eines Laserstrahles aufgeschmolzen und verdampft werden, durch Spektral-Analyse die Elemente des Probematerials ermittelt und der zu einem Strang zu vergießenden Schmelze zugeordnet werden oder wobei Partikel der Oberfläche eines Gußstranges durch Beschuß mit einem hochenergiereichen Laserstrahl geschmolzen und verdampft werden, und der Dampf unter Verwendung eines Spektrometriegerätes einer quantitativen/qualitativen Analyse seiner Legierungsbestandteile unterzogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnellanalyse von metallischer Schmelze oder Gußteilen mittels Spektrometrie, wobei das zu analysierende Metall bzw. die Probe mittels Energieeinwirkung durch Beschuß mit Laserstrahlen geschmolzen und verdampft wird, und der Metalldampf einer Emissions-Spektral-Analyse unterzogen und dabei eine qualitativ/quantitative Analyse der Legierungsbestandteile vorgenommen wird.
Für die Beurteilung der Werkstoffeigenschaften ist in der Regel die Kenntnis der chemischen Zusammensetzungen eines Metalls erforderlich. Bei metallischen Werkstoffen müssen die nach Qualitätsvorgabe zu zusetzenden Legierungselemente und die beim Herstellungsprozeß sich ergebenden schädlichen Bestandteile, beispielsweise Sauerstoff, bevorzugt Online überprüft werden. Üblicherweise geschieht dies in chemischen Laboratorien nach klassischen Verfahren der Naßchemie.
Vielfach bedient man sich bei der Metallanalyse der Verfahren der Spektrometrie, die in modernen Geräten soweit entwickelt und automatisiert sind, daß die quantitative Analyse von beispielsweise 12 Legierungsbestandteilen eines Metalls innerhalb von 30 Sekunden möglich ist. Auch die weiterhin bekannte Röntgen-Fluoreszenz-Analyse ermöglicht eine schnelle und genaue Bestimmung der meisten Legierungselemente.
Das Dokument JP 58 09 01 51 beschreibt ein einfaches und schnelles Analyseverfahren von metallischem Material mit einem Verfahren, wobei ein offenes Ende eines Zylinderrohres mit einem Plasmabogen-Erhitzer in Kontakt mit einer Metalloberfläche gebracht wird, um diese in metallisch feine Partikel zu verdampfen, welche anschließend im Gasstrom zu einem Emissions-Spektrochemischen-Analysator mit einer Plasma-Erregerquelle geführt werden. Das Verfahren erlaubt eine einfache und rapide Analyse von metallischem Material ohne daraus Proben entnehmen zu müssen.
Das Dokument JP 56 05 07 03 beschreibt die Herstellung eines hochwertigen Stahlblechs, wobei eine Seigerungsschicht von der Oberfläche des unverarbeiteten Materials beispielsweise von Rohmasseln oder Barren abgetragen wird, und der Schwefelgehalt der Seigerungsschicht analysiert wird und die weitere Bearbeitung durch Walzen wird nur mit solchem Material fortgeführt, dessen Schwefelgehalt mit einem spezifischen Verhältnis zwischen dem maximalen Analysenwert und dem Schwefelgehalt der Stahlschmelze in der Gießpfanne übereinstimmt. Als Analyseverfahren wird die Bestrahlung mit einem gigantischen Pulslaser angewendet.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß für Hüttenbetriebe mit Gießanlagen für Knüppel, Vorblöcke, Brammen, Dünnbrammen oder dgl. Schnellanalysen unerläßlich sind. Hiernach besteht die Aufgabe ein Verfahren zur Schnellanalyse von Schmelze oder Gußteilen in einem Hüttenbetrieb anzugeben, welches speziell den bei der Herstellung von Gußprodukten entsprechenden betrieblichen Gegebenheiten Rechnung trägt und damit besondere Vorteile ergibt, indem es Ausschuß durch Fehlgüsse bzw. durch nicht der Spezifikation entsprechendes Gießmaterial verhindert.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Schnellanalyse von metallischer Schmelz- oder Gußteilen mittels Spektrometrie der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung dessen Anwendung auf die stoffliche Analyse der Schmelze oder eines daraus hergestellten Gußproduktes einer Stranggußanlage vorgeschlagen.
Zur Ausgestaltung des Verfahrens wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß Partikel der Oberfläche eines Gußstranges durch Beschuß mit einem hochenergiereichen Laserstrahl geschmolzen und verdampft werden, und der Dampf unter Verwendung eines Spektrometriegerätes einer quantitativen/qualitativen Analyse seiner Legierungsbestandteile unterzogen wird.
Damit wird eine sehr exakte Überwachung des vorgegebenen Qualitätsstandard der Legierungsbestandteil des in der Stanggießanlage vergossenen Stahles ermöglicht. Einschlüsse sowie Oberflächenfehler können am warmen und kalten Strang ermittelt werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß eine Probe des zu vergießenden metallischen Materials aus der Pfanne, dem Verteile und/oder der Kokille der Stranggießanlage entnommen wird, erstarrt, danach durchtrennt wird und aus der Trennebene einige Partikel mit der Energie eines Laserstrahles aufgeschmolzen und verdampft werden und durch Spektralanalyse die Elemente des Probematerials ermittelt und der zu einem Strang zu vergießenden Schmelze zugeordnet werden.
Mit dem so permanent bzw. in kurzen Zeitabständen erhaltenen Informationen über die qualitativen/quantitativen Analysenwerte der Legierungsbestandteile kann während des laufenden Gießprozesses fallweise eine rechtzeitige Korrektur bei erkennbarer Abweichung vom vorgegebenen Standard vorgenommen werden. Dies ist von besonderer Wichtigkeit beispielsweise bei der Herstellung hochqualifizierter Sonderstahlbleche.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß es online an Stranggießanlagen durchgeführt wird. Dabei liegen die Vorteile der online-Überwachung auf der Hand, weil dadurch Fehlgüsse bzw. Ausschuß mit entsprechenden Kosten rechtzeitig vermieden werden.
Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens zur Schnellanalyse von metallischer Schmelze oder Gußteilen mittels Spektrometrie, wobei das zu analysierende Metall bzw. die Probe mittels einer Hochtemperatur-Plasmaflamme geschmolzen und Partikel der Schmelze verdampft werden, und der Metalldampf einer Emissions-Spektralanalyse unterzogen und dabei eine qualitative/quantitative Analyse der Legierungsbestandteile vorgenommen wird, ist gekennzeichnet durch dessen Anwendung auf die stoffliche Analyse der Schmelze oder eines daraus hergestellten Gußproduktes einer Stranggießanlage.
Der Ersatz einer Energiequelle mittels Laserbestrahlung durch eine Hochtemperatur-Plasmaflamme bietet die gleichen Vorteile, wenn auch die Anwendung eines Laserstrahls einen etwas geringeren Vorrichtungsaufwand erfordert.
Und schließlich sieht das erfindungsgemäße Verfahren bei beiden Verfahrensvarianten vor, daß es bei einer online-Anwendung an Stranggießanlagen die vorgegebene Analysenqualität der Schmelze bzw. des Gießproduktes selbsttätig überwacht und bei Abweichung der Analysenwerte von einer vorgegebenen Bandbreite des Qualitätsstandards ein Warnsignal auslöst.
Damit wird die betriebliche Sicherheit und die Einhaltung der vorgegebenen Qualität der Gießprodukte in optimaler Weise aufrechterhalten.

Claims

Verfahren zur Schnellanalyse von metallischer Schmelze oder Gußteilen mittels Spektrometrie, wobei das zu analysierende Metall bzw. die Probe mittels Energieeinwirkung durch Beschuß mit Laserstrahlen geschmolzen und verdampft wird, und der Metalldampf einer Emissions-Spektral-Analyse unterzogen und dabei eine qualitative/quantitative Analyse der Legierungsbestandteile vorgenommen wird, wobei dessen Anwendung auf die stoffliche Analyse der Schmelze oder eines daraus hergestellten Gußproduktes einer Stranggießanlage erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Einschlüsse sowie Oberflächenfehler am warmen und kalten Strang ermittelt werden und dass die Schnellanalyse online an Stranggießanlagen durchgeführt wird; wobei eine Probe des zu vergießenden metallischen Materials aus der Pfanne, dem Verteiler und/oder der Kokille der Stranggießanlage entnommen wird und aus der erstarrten Trennebene der Probe einige Partikel mit der Energie eines Laserstrahles aufgeschmolzen und verdampft werden, durch Spektral-Analyse die Elemente des Probematerials ermittelt und der zu einem Strang zu vergießenden Schmelze zugeordnet werden oder wobei Partikel der Oberfläche eines Gußstranges durch Beschuß mit einem hochenergiereichen Laserstrahl geschmolzen und verdampft werden, und der Dampf unter Verwendung eines Spektrometriegerätes einer quantitativen/qualitativen Analyse seiner Legierungsbestandteile unterzogen wird.