DE19843290A1 - Verfahren zur Lokalisierung von Elementkonzentrationen in einem Gußstrang und Vorrichtung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Lokalisierung von Elementkonzentrationen in einem Gußstrang und Vorrichtung des VerfahrensInfo
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Abstract
Zur Lokalisierung von Elementkonzentrationen in den Randbereichen eines horizontal gefertigten Gußstrangs aus legierten Nichteisenmetallen wird ein Längenabschnitt (3) aus dem Gußstrang entfernt und von diesem einen Probekörper (3) bildenden Längenabschnitt mindestens einmal in Querrichtung eine Oberflächenschicht mit bestimmter Dicke streifenartig mit einer Metallabnahmeeinheit (4) abgenommen. Dann wird mit Hilfe eines Spektralanalysenkopfs (14) in Längsrichtung des Streifens eine punktförmige spekralanalytische Prüfung der Metallzusammensetzung in linienförmiger Aufeinanderfolge durchgeführt. Die hierbei ermittelte Elementkonzentration wird mit Hilfe eines Rechners (11) zahlenmäßig und/oder grafisch dargestellt. Metallabnahmeeinheit (4) und Spektralanalysenkopf (14) sind unter den Einfluß einer Metallabnahme- und Analysenregeleinheit (6) gestellt, welche einerseits über eine speicherprogrammierbare Steuerung (9) und andererseits über ein Spektrometer (16) mit dem Rechner (11) gekoppelt ist.
Description
Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Lokalisierung von Elementkon
zentrationen in den Randbereichen eines horizontal gefertigten Gußstrangs aus
legierten Nichteisenmetallen. Andererseits richtet sich die Erfindung auf eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim horizontalen Gießen von im Querschnitt insbesondere rechteckigen
Gußsträngen aus legierten Nichteisenmetallen, z. B. von Zinn-Bronze-Bändern,
ergeben sich trotz intensiver Bemühungen der Praxis nach wie vor Probleme in
Bezug auf eine sichere Aussage über die Qualität der Gußstränge. Vorzugsweise
zeigen sich diese Schwierigkeiten beim Auffinden von Zinnkonzentrationen
(Zinnseigerungen), welche die Legierungsspezifikation um ein Vielfaches
überschreiten. Derartige Zinnkonzentrationen sind in den Randbereichen des
Gußstrangs vorzugsweise in Gießrichtung langgestreckte, über die gesamte
Bandlänge auftretende Anomalien, die in der Regel bei einer Zinn-Bronze-Legierung
immer vorhanden sind. Sie werden in der Praxis üblicherweise durch Abnahme einer
in der Dicke bestimmten Oberflächenschicht beseitigt, so daß dann aus einem
derartigen Gußstrang qualitätsmäßig einwandfreie Folgeprodukte hergestellt werden
können.
Die Dicke der abgenommenen Oberflächenschicht wurde bislang aufgrund von Er
fahrungswerten bestimmt, die für den Regelfall ausreichten. Nun bilden sich jedoch
beim Horizontalgießen unter gewissen Voraussetzungen Zinnkonzentrationen, die
an bestimmten Stellen über das normale Maß in den Gußstrang hineinragen. Ursa
che hierfür sind meistens gewollte oder ungewollte Änderungen der Kühlbedingun
gen. Erkennbar werden diese Anomalien aber erst nach mehreren Arbeitsgängen an
gewalzten und polierten Oberflächen in Form von linienförmigen hellgelben Streifen.
Diese Chargen wurden dann in der Regel verschrottet.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Lokalisierung von Elementkonzentrationen in den Randbereichen ei
nes horizontal gefertigten Gußstrangs aus legierten Nichteisenmetallen sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, bei welchen sowohl bei
gewollten sowie ungewollten Änderungen der Kühlbedingungen als auch ungeachtet
einer gegebenenfalls durchgeführten örtlichen Homogenisierungskühlung Ele
mentkonzentrationen sicher erkannt und eliminiert werden können.
Was die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe anlangt so besteht
diese in den Merkmalen des Anspruchs 1.
Danach wird im Rahmen der Erfindung aus dem Gußstrang am Anfang und Ende
eines zu wickelnden Coils ein Längenabschnitt als Probekörper entfernt und von
diesem Probekörper in Querrichtung eine Oberflächenschicht mit bestimmter Dicke
streifenartig abgenommen. Die Entfernung der Oberflächenschicht kann durch Frä
sen, Schleifen oder einer anderen Art der mechanischen Bearbeitung erfolgen.
Hierbei ist es von Bedeutung,, daß bei der Abnahme keine schmierenden Mittel hin
zugegeben werden. Die Abnahme erfolgt über die gesamte Länge des Probekörpers
und damit der Breite des Gußstrangs.
Auf diesen freigelegten Streifen des Probekörpers wird anschließend in seiner
Längsrichtung eine punktförmige spektralanalytische Prüfung der Metallzusammen
setzung in linienförmiger Aufeinanderfolge durchgeführt. Die in diesem Zusammen
hang ermittelten Elementkonzentrationen, bei einem Zinn-Bronze-Band die Zinnkon
zentrationen, werden dann zahlenmäßig und grafisch mit Hilfe eines Rechners dar
gestellt.
Wird hierbei ermittelt, daß an mindestens einer Stelle eine den vorgegebenen obe
ren Grenzwert übersteigende Elementkonzentration vorhanden ist, wird anschlie
ßend entlang des Streifens nochmals eine Schicht abgenommen, die jedoch deutlich
dünner ist als die erste Schicht. Daraufhin wird wiederum die spektralanalytische
Prüfung der Materialzusammensetzung in Längsrichtung des Streifens durch
durchgeführt und das Ergebnis angezeigt. Bleibt jetzt die Elementkonzentration
unterhalb des Grenzwerts, wird der Gußstrang zur Erzeugung von Fertigprodukten
bzw. zur Weiterbearbeitung freigegeben. Sind immer noch unzulässige Anomalien
vorhanden, wird nochmals eine dünne Schicht abgenommen, dann eine weitere
spektralanalytische Prüfung durchgeführt und danach entschieden, ob der
Gußstrang der Weiterverarbeitung zugeführt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es demzufolge, exakt festzustellen, wieviel
Material vom Gußstrang abgenommen werden muß damit der Weiterverarbeitung
ein einwandfreies Ausgangsmaterial zur Verfügung gestellt werden kann.
Was die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe anlangt, so wird diese in
den Merkmalen des Anspruchs 2 erblickt.
Diese Vorrichtung weist einen die Lage des Probekörpers ermittelnden Sensor, eine
Metallabnahmeeinheit und einen Spektralanalysenkopf auf, die relativ zum Probe
körper verlagerbar und unter den Einfluß einer Metallabnahme- und Analysenrege
leinheit gestellt sind, welche einerseits über eine speicherprogrammierbare Steue
rung und andererseits über ein Spektrometer mit einem Rechner gekoppelt ist. Der
Rechner weist einen Bildschirm und einen Drucker auf.
Der aus dem Gußstrang entfernte Probekörper wird örtlich fixiert. Der Sensor tastet
dann die Oberfläche des Probekörpers ab und stellt die Metallabnahmeeinheit, ins
besondere einen Fräskopf mit Fräser, so ein, daß von dieser eine gleichmäßig dicke
Oberflächenschicht abgenommen werden kann. Gleichzeitig wird die Erstreckung in
Querrichtung ermittelt. Der Sensor steht dabei unter dem Einfluß einer
Metallabnahme- und Analysenregeleinheit, die mit einer speicherprogrammierbaren
Steuerung gekoppelt ist. Die Steuerung ist ihrerseits wiederum an einen Rechner
angeschlossen, der über die Steuerung und die Metallabnahme- und Analysenrege
leinheit den Sensor schrittweise positioniert und außerdem alle Sicherheitsketten
und Funktionen der Vorrichtung überprüft.
Anschließend wird mit der Metallabnahmeeinheit eine vorbestimmte Schichtdicke
streifenartig entfernt, beispielsweise 0,6 mm, so daß jetzt eine blanke Oberfläche
vorliegt. Über diesen Streifen wird der Spektralanalysenkopf verfahren, der jetzt in
linienförmiger Aufeinanderfolge punktförmig die Metallzusammensetzung ermittelt,
wobei das Spektrometer die Konzentration ebenfalls an den Rechner übermittelt.
Da der Rechner alle Positionier- und Analysendaten sammelt und auch die Analy
sendaten unter Bezug auf die Kalibrierwerte berichtigt, werden die Analysen- und
Positionierdaten in ein Diagramm übertragen, das dann online auf dem Bildschirm
des Rechners angezeigt wird. Es ist hier deutlich erkennbar, wo gegebenenfalls eine
die Grenzwerte überschreitende Anomalie vorhanden ist. Stellt der Rechner eine
solche Anomalie fest, bestimmt er sofort, daß die Metallabnahmeeinheit eine weitere
Schicht von dem Längenabschnitt entfernt, dieses Mal jedoch in einer geringeren
Dicke, beispielsweise mit 0,2 mm. Dieses kann über die gesamte Erstreckung in
Querrichtung des Längenabschnitts erfolgen oder nur dort, wo vorab die überhöhte
Konzentration ermittelt wurde.
Nach der Abnahme der zweiten Schicht wird nochmals eine Spektralanalyse durch
geführt und festgestellt, ob die erhöhte Konzentration immer noch vorhanden ist
oder ob die Elementkonzentrationen sich innerhalb der Grenzwerte befinden. Liegen
sie innerhalb der Grenzwerte, ist die Anomalie einwandfrei definiert, so daß dann
auch die Werte für die Bearbeitung des Gußstrangs feststehen. Ist die Anomalie
noch vorhanden, so wird eine weitere dünne Schicht von z. B. 0,2 mm abgenommen
und der Probekörper anschließend und spektralanalytisch untersucht.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gedankens ist es nach Anspruch 3 von
Vorteil, daß die Metallabnahme- und Analysenregeleinheit mit dem Spektrometer
über Lichtwellenleiter verbunden ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Aus
führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Schema eine Vorrichtung zur Lokalisierung von Ele
mentkonzentrationen in einem Gußstrang;
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine Draufsicht auf einen einen
Probekörper bildenden Längenabschnitt eines Gußstrangs
und
Fig. 3 bis 6 verschiedene Diagramme einer Seigerungs-Analyse.
In der Fig. 1 ist mit 1 eine Anordnung zur Lokalisierung von Elementkonzentratio
nen in den Randbereichen eines horizontal gefertigten Gußstrangs rechteckigen
Querschnitts aus einer Kupfer-Zinn-Legierung (CuSn4) bezeichnet. Die Anordnung 1
umfaßt einen Probentisch 2, auf dem ein kurzer Längenabschnitt des Gußstrangs in
Form eines Probekörpers 3 örtlich fixierbar ist. Wie in diesem Zusammenhang auch
die Fig. 2 erkennen läßt, ist die aus dem Gußstrang entfernte Länge L des
Probekörpers 3 deutlich kleiner als die Breite B bemessen, welche zugleich der
Breite des Gußstrangs entspricht. Mit der Breitenerstreckung ist der Probekörper 3
auch in Längsrichtung des Probentischs 2 örtlich fixiert.
In Längsrichtung des Probentischs 2 und folglich auch parallel zur Querrichtung des
Probekörpers 3 ist eine Metallabnahmeeinheit 4 in Form eines Fräskopfs mit Fräser
5 verlagerbar. Der Fräser 5 ist nach unten aus der Metallabnahmeeinheit 4 heraus
fahrbar. Außerdem ist die Metallabnahmeeinheit 4 quer zum Probentisch 2 verla
gerbar. Dazu steht die Metallabnahmeeinheit 4 in nicht näher veranschaulichter
Weise unter dem Einfluß einer in den Probentisch 2 integrierten Metallabnahme-
und Analysenregeleinheit 6.
Der Metallabnahmeeinheit 4 ist ein Sensor 7 zugeordnet, über den die Lage des
Probekörpers 3 auf dem Probentisch 2 und seine Breitenerstreckung B in Querrich
tung ermittelt wird.
Da die Metallabnahmeeinheit 4 unter dem Einfluß der Metallabnahme- und Analy
senregeleinheit 6 steht, ist sie auch über eine Leitung 8 mit einer speicherprogram
mierbaren Steuerung 9 gekoppelt, die andererseits wiederum über eine Leitung 10
mit einem Rechner 11 mit Bildschirm 12 und Drucker 13 gekoppelt ist.
Ferner ist in Längsrichtung des Probentischs 2 und damit parallel zur Breitener
streckung B des Probekörpers 3 ein Spektralanalysenkopf 14 verlagerbar. Auch die
ser steht unter dem Einfluß der Metallabnahme- und Analysenregeleinheit 6, die
ihrerseits über Lichtwellenleiter 15 mit einem Spektrometer 16 und dieses wiederum
über eine Leitung 17 mit dem Rechner 11 gekoppelt ist.
Zur Durchführung einer Analyse wird zunächst über die Steuerung 9 und die Regel
einheit 6 der Sensor 7 über den Probekörper 3 verlagert, wobei er dessen Lage und
seine Breite B abtastet. Über die der Steuerung 9 gemeldeten Werte stellt diese
dann die Metallabnahmeeinheit 4 so ein, daß der Fräser 5 von dem Probekörper 3 in
Breitenerstreckung B eine Oberflächenschicht mit einer Tiefe von 0,6 mm strei
fenartig abfräst (siehe auch Fig. 2).
Im Anschluß daran wird von dem Rechner 11 ausgehend über die Steuerung 9 der
Spektralanalysenkopf 14 in Längsrichtung des gefrästen Streifens 18 bewegt, wobei
eine punktförmige spektralanalytische Prüfung der Metallzusammensetzung des
Probekörpers 3 in linienförmiger Aufeinanderfolge 19 (Brennflecke des Spektrome
ters) durchgeführt wird. Hierbei bekommt das Spektrometer 16 Anweisungen vom
Rechner 11, welche Legierung zu analysieren ist und wann es abzufunken hat. Das
Spektrometer 16 ermittelt die Zusammensetzung durch Emissionspektrometrie und
meldet die Konzentration zum Rechner 11.
Die Pfeile PF kennzeichnen hierbei den Informationsfluß.
Der Rechner 11 sammelt die Positionierdaten und Analysendaten und berechtigt
gegebenenfalls bezugnehmend auf die Kalibrierwerte. Er überträgt dann die Analy
sen- und Positionierdaten in ein Diagramm, das gemäß Fig. 3 oneline auf
dem Bildschirm 12 gezeigt wird. Hierbei ist auf der Abzisse A die Breite B des Pro
bekörpers 3 in Millimeter und auf der Ordinate O die Zinnkonzentration in Prozenten
dargestellt. Die zulässige Zinnkonzentration bewegt sich zwischen etwa 3,5 bis 4,5
Prozent.
Im beispielhaften Ausführungsfall hat das Spektrometer 16 bei einer Frästiefe von
ca. 0,6 mm von der Position 375 bis 425 mm eine über den oberen Grenzwert OG
hinausgehende Zinnkonzentration 20 festgestellt, an den Rechner 11 übermittelt und
gemäß Fig. 3 angezeigt.
Nunmehr wird die Metallabnahmeeinheit 4 nochmals in Längsrichtung des Streifens
18 bewegt wobei weitere 0,2 mm Material abgenommen werden.
Danach wird der Spektralanalysenkopf 14 in Längsrichtung des Streifens 18 bewegt
und die Metallzusammensetzung ermittelt.
Wie in diesem Zusammenhang aus der Fig. 4 erkennbar ist, zeigt auch diese Ana
lyse bei einer Frästiefe von jetzt insgesamt 0,8 mm noch eine erhöhte Zinnkonzen
tration 20 im Bereich zwischen 375 und 425 mm. Allerdings ist auch zu erkennen,
daß die Zinnkonzentration 20 an der Basis schmaler geworden ist.
Aufgrund der nach wie vor erhöhten Zinnkonzentration 20 wird daraufhin die Metall
abnahmeeinheit 4 nochmals in Längsrichtung des Streifens 18 bewegt und eine
weitere Schicht von 0,2 mm abgenommen.
Daraufhin wird auch der Spektralanalysenkopf 14 nochmals in Längsrichtung des
Streifens 18 bewegt und die nunmehrige Metallzusammensetzung ermittelt.
Wie hierbei die Fig. 5 zeigt, ist bei der nunmehrigen Frästiefe von insgesamt etwa
1 mm nach wie vor zwischen der Position 375 bis 425 mm eine erhöhte Zinnkonzen
tration 20 vorhanden. Die Fig. 5 zeigt aber, daß die Zinnkonzentration 20 an der
Basis deutlich schmaler geworden ist.
Daraufhin wird die Metallabnahmeeinheit 4 wiederum in Längsrichtung des Streifens
18 verlagert und mit dem Fräser 5 eine weitere Schicht mit einer Dicke von 0,2 mm
abgenommen.
Dann wird der Spektralanalysenkopf 14 in Längsrichtung des Streifens 18 bewegt
und die Metallzusammensetzung ermittelt.
Wie nunmehr das auf dem Bildschirm 12 des Rechners 11 gezeigte Diagramm ge
mäß Fig. 6 erkennen läßt, ist jetzt bei einer Frästiefe von insgesamt 1,2 mm keine
erhöhte Konzentration bzw. Anomalie mehr erkennbar. Der Konzentrationsverlauf
des Zinns bewegt sich zwischen den beiden Grenzlinien OG und UG.
Aus diesem Prüfergebnis folgt also, daß die Fräse zur Bearbeitung des Gußstrangs
auf 1,4 mm Frästiefe eingestellt werden muß, um sicherzustellen, daß sich im zum
Coil gewickelten Gußstrang (Metallband) keine unzulässig hohen Zinn
konzentrationen befinden, die bei einer Weiterverarbeitung des Gußstrangs zu
Ausschuß der jeweiligen Produkte führen könnten.
1
Anordnung
2
Probentisch
3
Probekörper
4
Metallabnahmeeinheit
5
Fräser
6
Metallabnahme- u. Analysenregeleinheit
7
Sensor
8
Leitung
9
speicherprogrammierbare Steuerung
10
Leitung
11
Rechner
12
Bildschirm
13
Drucker
14
Spektralanalysenkopf
15
Lichtwellenleiter
16
Spektrometer
17
Leitung
18
Streifen
19
Aufeinanderfolge
20
Zinnkonzentration
A Abszisse
O Ordinate
OG oberer Grenzwert
PF Pfeil
UG unterer Grenzwert
A Abszisse
O Ordinate
OG oberer Grenzwert
PF Pfeil
UG unterer Grenzwert
Claims (3)
1. Verfahren zur Lokalisierung von Elementkonzentrationen (20) in den Rand
bereichen eines horizontal gefertigten Gußstrangs aus legierten Nichtei
senmetallen, bei welchem ein Längenabschnitt (3) aus einem Gußstrang
entfernt und von diesem einen Probekörper (3) bildenden Längenabschnitt
mindestens einmal in Querrichtung eine Oberflächenschicht mit bestimmter
Dicke streifenartig abgenommen, dann in Längsrichtung des Streifens (18)
eine punktförmige spektralanalytische Prüfung der Metallzusammensetzung
in linienförmiger Aufeinanderfolge (19) durchgeführt und danach mit Hilfe
eines Rechners (11) die Elementkonzentrationen (20) zahlenmäßig und/oder
grafisch dargestellt werden.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche ei
nen die Lage des Probekörpers (3) ermittelnden Sensor (7), eine Metallab
nahmeeinheit (4) und einen Spektralanalysenkopf (14) aufweist, die relativ
zum Probekörper (3) verlagerbar und unter den Einfluß einer Metallab
nahme- und Analysenregeleinheit (6) gestellt sind, welche einerseits über
eine speicherprogrammierbare Steuerung (9) und andererseits über ein
Spektrometer (16) mit einem Rechner (11) gekoppelt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher die Metallabnahme- und Analy
senregeleinheit (6) mit dem Spektrometer (16) über Lichtwellenleiter (15)
verbunden ist.
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