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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Legierungsblech
durch Vergießen von geschmolzenem Metall aus einer Düse auf die Oberfläche einer
rotierenden Trommel sowie Abkühlen und Verfestigen der Metallschmelze auf dieser
Oberfläche, wobei sich die Erfindung insbesondere mit einem Verfahren zur Herstellung
von Legierungsblech hervorragender Dickengenauigkeit befaßt.
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In letzter Zeit haben Verfahren zur Herstellung von Legierungsblech,
einschließlich Blech aus amorpher begierung, mittels Abschrecken von geschmolzenem
Metall selbst aus industrieller Sicht Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Eines der
typischen Verfahren bildet ein mit einer einzelnen Walze arbeitendes Verfahren,
das grundsätzlich dem Verfahren nach der US-Patentschrift Nr. 3,522,836 ähnlich
ist; mit einigem Recht kann man sagen, daß die gegenwärtig angewandten Verfahren
zur industriellen oder experimentellen Herstellung von Legierungsblech Anwendungen
der Ideen dieses Patents sind.
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Im folgenden soll das mit einer einzelnen Walze arbeitende Verfahren
zur Herstellung von Legierungsblech kurz erläutert werden. Legierungsschmelze, die
in einem anderen Gefäß geschmolzen und in einen Tiegel mit einer Düse umgefüllt
wird, oder eine Basislegierung, die in einem Tiegel mit einer Düse geschmolzen wird,
wird aus dem Düsenschlitz auf die Oberfläche einer mit hoher Drehzahl rotierenden
Trommel vergossen, indem nach Einstellung der Legierungsschmelze in dem Tiegel auf
eine geeignete Temperatur der Druck innerhalb des Tiegels erhöht wird.
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Die aus der Düse vergossene Legierungsschmelze breitet sich auf der
Trommeloberfläche dünn aus und wird rasch abgekühlt, so daß ein Blech mit geringer
Dicke entsteht. Das Legierungsblech wird unter Krafteinwirkung, etwa mittels eines
Gasstrahls, einer Messerkante, durch elektromaqnetische Kraft oder sonstige Mittel,
von der Oberfläche abgeschält.
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Die Dicke eines nach dem Verfahren mit einer einzelnen Walze erzielten
Legierungsblechs hängt hauptsächlich von der Größe und Form der Düse, dem Druck
beim Vergießen der Metallschmelze, der Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Trommel
und an weiteren derartigen Faktoren ab.
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Im Hinblick auf das oben erwähnte Verfahren zur Herstellung eines
Legierungsblechs sind in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 158 257/1981 ein
Verfahren zur Messung der Dicke eines Legierungsblechs und in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 17354/1982 ein Verfahren zur Dickensteuerung durch Einstellen des Drucks innerhalb
des Tiegels offenbart.
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Da die Dicke des Legierungsblechs auch vom Abstand zwischen der Oberfläche
der rotierenden Trommel und der Abschlußfläche der Düse (im folgenden als "Spalt"
bezeichnet) abhängt, gibt es weitere Erfindungen zur Konstanthaltung des Spalts.
So offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. 14445/1982 ein Verfahren zum
Kompensieren von Schwankungen im Spaltabstand in Folge von Ausdehnungen der rotierenden
Trommel, während die japanische Offenlegungsschrift Nr.
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91853/1982 ein Verfahren zur Steuerung des Spaltabstandes unter Messung
während der Herstellung des Legierungsbleches offenbart.
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Zwar werden diese Erfindungen derzeit in der Praxis angewandt und
erbringen auch gelegentlich befriedigende Wirkungen, doch sind die folgenden Nachteile
bisher nicht beseitigt worden: Beim Stand der Technik wird zur Einstellung des Drucks
innerhalb eines geschlossenen, eine Düse und einen Tiegel enthaltenden Gefäßes und
zum Einstellen der Menge an auf die rotierende Trommel zu vergießender Metallschmelze
nach einem Verfahren vorgegangen, bei den der auf den Schmelzenspiegel einwirkende
Gasdruck erhöht oder reduziert wird. Da jedoch das Druckübertragungsmedium eine
komprimierbare Substanz, etwa Gas, ist, läßt sich ein rasches Ansprechen nur schwierig
erreichen.
Ferner ändern sich Volumen und Gewicht der Legierungsschmelze und des Gases innerhalb
des Druckgefäßes ständig, und das Volumen sowohl der Schmelze als auch des Gases
ändert sich in Abhängigkeit von dem angewandten Druck.
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Diese Änderung macht eine genaue Drucksteuerung schwierig.
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Mit anderen Worten lassen sich gemäß dem oben beschriebenen Stand
der Technik verhältnismäßig langsame Änderungen in der Dicke eines Legierungsbleches
beherrschen, nicht jedoch starke Schwankungen, die innerhalb kurzer Zeit auftreten,
was dazu führt, daß auftretende Dickenschwankungen für mehrere Sekunden unvermeidbar
belassen werden müssen, bis eine Dickensteuerung einsetzt.
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Auch bei einer Dickensteuerung, die mit einer Änderung der Umfangsgeschwindigkeit
der rotierenden Trommel arbeitet, ist es aufgrund der Trommel-Trägheitskräfte nicht
möglich, heftige Schwankungen zu beherrschen, die innerhalb sehr kurzer Zeit auftreten.
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Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie
sie bei vergleichbaren Verfahren nach dem Stand der Technik auftreten, mindestens
teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zur Herstellung von Legierungsblech mit hervorragender Dickengenauigkeit
anzugeben, die durch eine auf Dickenschwankungen direkt und rasch ansprechende Dickensteuerung
erzielt wird Erfindungsgemäß wird dazu die Dicke des Legierungsblechs durch Einstellen
des Spaltabstandes auf einen berechneten Dickenwert gesteuert. Zu diesem Zweck dient
ein mechanisches Steuersystem, das den Spaltabstand in der Größenordnung von 1/1000
mm genau zu steuern vermag.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Figur 1 eine schematische
Darstellung eines Beispieles für eine Vorrichtung zur Erzeugung von Legierungs-
blech
unter Anwendung des vorliegenden Dickensteuerverfahrens, wobei auch die Erfassung
der Blechdicke und die Dickensteuerung in Form eines Blockschaltbilds gezeigt sind,
Figur 2 die Beziehung zwischen der Stelle, an der die in dem Dicken-Erfassungsverfahren
nach Fig. 1 angewandten einzelnen Sensoren angebracht sind, und der Stelle des Legierungsblechs,
Figur 3 eine schematische vergrößerte Teildarstellung der Vorrichtung zur Erzeugung
von Legierungsblech, die mit dem vorliegenden Dickensteuerverfahren arbeitet, und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für eine Vorrichtung
zur Erzeugung von Legierungsblech unter Anwendung eines weiteren Ausführungsbeispiels
des vorliegenden Verfahrens.
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Gemäß Figur 1 wird in einem Tiegel aus feuerfestem Werkstoff eine
Basislegierung erhitzt und zu einer Legierungsschmelze 2 geschmolzen. Die auf eine
vorgegebene Temperatur erwärmte Schmelze 2 wird von einer Düse 3 auf die Oberfläche
einer mit hoher Drehzahl rotierenden Trommel 4 vergossen, breitet sich dort dünn
aus und wird gleichzeitig unter Erzeugung eines Legierungsblechs 5 abgekühlt. Mit
den Bezugsziffern 7a, 7b, 8a und 8b sind Lagesensoren bezeichnet, deren relative
Anordnung in Fig. 2 dargestellt ist. Die Sensoren 7a und 7b sind auf derjenigen
Seite angeordnet, wo das Legierungsblech erzeugt wird, wobei der Sensor 7a den Abstand
zu dem Legierungsblech mißt und ein Signal xl erzeugt, während der Sensor 7b den
Abstand zur Trommeloberfläche mißt und das Signal x2 erzeugt. Die Sensoren 8a und
8b sind bezüglich der Düse auf der anderen Seite gegenüber derjenigen Seite, auf
der das Legierungsblech erzeugt wird, angeordnet und messen unter Erzeugung von
Signalen x3 und x4
jeweils den Abstand zur Trommeloberfläche an
den Sensoren 7a bzw. 7b entsprechenden Stellen. Dieses Verfahren ist in der japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 158257/1981 offenbart. Danach ergibt sich die Dicke t des
Legierungsbleches als t = (x2-x1)-(x4-x3). Die mittels der Sensoren 7a, 7b, 8a und
8b gemessenen Signale xl bis x4 werden in einer Funktionsstufe 8 verarbeitet, deren
Ausgangssignal zusammen mit dem Signal einer Dicken-Einstelleinrichtung 9 in einer
Steuerstufe 10 verarbeitet und zu einem Signal zur Beaufschlagung einer Servohydraulik
11 verstärkt werden.
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Der Rahmen der Servohyraulik 11 ist fest, während ihre Kolbenstange
(12) zur Verstellung des Spalts mit dem Tiegelsystem verbunden ist.
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In der nachstehenden Tabelle ist ein Beispiel für die Herstellungsbedingungen
in der Vorrichtung nach Fig. 1 angegeben: Legierungszusammensetzung: Co73,32 Fe
68 Si13B9 4,68 (die Zahlen bedeuten Atom-%) Schmelztemperatur : 1 280 OC Umfangsgeschwindigkeit
der Trommel : ca. 23 m/s Größe des Düsenschlitzes : 0,78 mm x 70 mm Ausbringdruck
für die Metallschmelze : 0,22 bar (aufgebrachter Gasdruck + Druck der Legierungsschmelze
selbst) anfänglich eingestellter Spaltabstand : 180 ijm Unter den obigen Bedingungen
ergaben sich beim Stand der Technik ohne das vorliegende Dickensteuersystem Dickenschwankungen
des Legierungsblechs in einem Maße von etwa 2 bis 3,5 pm pro 500 m an 20 bis 40
Stellen, während bei dem Verfahren mit dem vorliegenden Dickensteuersystem keine
Dickenänderung über 1,5 vm auftrat.
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Bei Anwendung des vorliegenden Dickensteu er systems trat dann, wenn
der Winkel zwischen der Achse des Düsenschlitzes und der Oberfläche der rotierenden
Trommel 900 betrug, gelegentlich ein Verspritzen eines Teils der Legierungsschmelze
entgegengesetzt zu derjenigen Richtung auf, in der das dünne Legierungsblech erzeugt
wird, während der Tiegel nach unten bewegt wurde. dieser verspritzte Teil an Legierungsschmelze
bewegte sich dabei in Drehrichtung der Trommel und gelangte unter Verfestigung zwischen
die Trommeloberfläche und die Düse, was zu Beschädigungen der Trommeloberfläche
und/oder Bruch der Düse führte. Es zeigte sich jedoch, daß sich derartige Unfälle
dadurch vollständig vermeiden lassen, daß der Winkel nicht größer als 750 gemacht
wird. Andererseits neigt die Düsenablauffläche 32 zum Bruch, wenn die Dicke in Drehrichtung
der Trommel zu groß ist. Die relative Anordnung zwischen Düse und Trommel ist in
Figur 3 dargestellt.
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Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurden zur Messung der Dicke für
die Sensoren 8a und 8b Wirbelstrommeßgeräte und zur Messung des Abstandes von der
Oberflächen der verschiedenen Werkstoffe für die Sensoren 7a und 7b elektrostatische
Meßgeräte eingesetzt. Die Verwendung von Wirbelstrom- oder elektrostatischen Meßgeräten
bringt selbst keine Probleme mit sich. Die zur Steuerung des Spalts eingesetzte
Servohydraulik kann durch einen geeigneten Elektromotor ersetzt werden.
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Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist eine geneigte
Zwischenpfanne 13 vorgesehen, um Legierungsschmelze 15 in einen mit einer Düse 15
versehenen Tiegel 16 zu gießen, von dem aus die Schmelze 14 über die Düse 15 auf
die Oberfläche einer rotierenden Trommel 17 vergossen wird. Die geschmolzene Legierung
breitet sich unter Erzeugung eines Legierungsblechs 18 auf der Trommeloberfläche
dünn aus, kühlt sich gleichzeitig ab und'wird auf
die Oberfläche
einer in Abstand angeordneten Aufwickeltrommel 19 zur Erzeugung eines Wickels geführt.
In diesem Ausführungsbeispiel dient zur Bestimmung der Dicke ein permeables Röntgen-Dickenmeßgerät
20. Das Dickensignal wird in ähnlicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel zu
einem Signal zur Beaufschlagung von Servohyrauliken 21a, 21b zur Steuerung der horizontalen
Lage der Trommelwelle und Servohydrauliken 22a, 22b zur Steuerung der vertikalen
Lage verarbeitet. Mit 23 ist ein Sensor zur Messung der Lage der Trommeloberfläche
bezeichnet.
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Die Servohydrauliken 21a, 21b, 22a und 22b, deren Rahmen fest und
deren Kolbenstangen mit den Lagern der rotierenden Trommel verbunden sind, dienen
zur Verstellung der Position der Trommellager. entsprechend dem jeweiligen Signal,
um den Abstand zwischen der Düsenstirnfläche und der Trommeloberfläche einzustellen
und damit die Dicke des Legierungsblechs zu steuern.
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Ein Beispiel -für die Herstellbedingungen bei der Vorrichtung nach
Fig. 4 ist nachstehend angegeben: Legierungszusammensetzung: Co73,32 Fe4,68 13 9
(die Zahlen bedeuten Atom-%) Schmelztemperatur : 1 280 OC Umfangsgeschwindigkeit
der Trommel : 31,4 m/s Größe des Düsenschlitzes : 0,78 mm x 70 mm Ausbringdruck
der Metallschmelze : 0,24 bis 0,26 bar (nur Druckhöhe) ursprünglich eingestellter
Spaltabstand : 180 pm Unter den obigen Bedingungen traten in dem Legierungsblech
Dickenschwankungen in der Größenordnung von etwa 2 bis 3,5 ijm pro 8 m an 50 Stellen
nach dem Stand der
Technik auf, während bei Anwendung des vorliegenden
Dickensteuersystems sich keine Dickenänderung über 1,8 vm ergab.
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Im vorliegenden Fall wurde zur Messung der Dicke ein permeables Röntgen-Dickenmeßgerät
20 verwendet, doch führt auch ein optisches Entfernungsmeßgerät zu ähnlichen Wirkungen.
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Wie oben anhand der Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert,
vermag das hier beschriebene, industriell verwertbare Verfahren zur Erzeugung von
Legierungsblech die Dickengenauigkeit des hergestellten Legierungsblechs gegenüber
herkömmlichen Verfahren bedeutend zu verbessern.
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