DE3706636A1 - Verfahren zur ueberwachung der dicke eines gussproduktes, das auf einer sich bewegenden kuehlflaeche erstarrt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Dicke eines Gußproduktes, das durch Gießen einer schmelz­ flüssigen Legierung aus einem Schmelztiegel auf eine sich bewegende Kühlfläche geformt wird und dort zu einem Band oder einem Draht erstarrt.

Zum Gießen von Bändern oder Drähten ist es beispielsweise aus der DE-OS 29 38 709 bekannt, eine Schmelze aus einem Vorratsbehälter durch eine Düsenöffnung zu gießen. Diese Düsenöffnung ist in der Nähe der Oberfläche eines sich be­ wegenden Kühlkörpers angeordnet, so daß die geschmolzene Legierung auf den Kühlkörper je nach Form der Düsenöffnung zu einem Band oder einem Draht erstarrt.

Bei der Herstellung eines derartigen Gußproduktes ist die Dicke des entstehenden Bandes oder Drahtes abhängig von der Geschwindigkeit der Kühloberfläche, von der Temperatur sowie von Materialeigenschaften von Schmelze und Kühlkör­ per, von der Abmessung der Düsenöffnung in Bewegungsrich­ tung der Kühlfläche, von dem Abstand der Düse zur Kühl­ fläche und von dem Druck, unter dem die Schmelze im Be­ reich der Düsenöffnung steht. Im Gegensatz zu anderen Stranggießeinrichtungen ist dabei die Dicke des entste­ henden Bandes nicht durch die Form einer Kokille oder dergleichen starr gegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Überwa­ chungsverfahren anzugeben, das auch bei sich ändernden Parametern, die Einfluß auf die Dicke des Gußproduktes haben, diese Abmessung konstant gehalten werden kann.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei, daß man die Dicke des entstehenden Bandes selbst während des Gießprozesses nicht messen muß. Eine derartige Messung könnte zwar mit Hilfe von mechanischen Meßfühlern oder Lehren erfolgen, ist aber nur an still­ stehenden Bandabschnitten in längeren Zeitabständen und nicht kontinuierlich möglich und eignet sich deshalb nicht besonders gut für eine Regelung der Gießparameter während des Gießens.

Auch andere Dickenmeßgeräte, die berührungslos die Dicke eines sich bewegenden Bandes erfassen, sind insbesondere bei dünnen Bändern zu ungenau. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn man bei einem Überwachungsverfahren auf die direkte Dickenmessung verzichten kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dabei dadurch gelöst, daß eine die Temperatur der Kühlfläche und/oder die Temperatur des die Kühlfläche kühlenden Kühlmittels erfassende Meßeinrichtung vorgesehen ist und daß abhängig von dem gemessenen Temperaturwert ein oder mehrere Verfah­ rensparameter so beeinflußt werden, daß bei fallendem Meß­ wert für die Temperatur die Dicke des Gußproduktes vergrö­ ßert wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß beim Gießen eines Bandes die der Schmelze entzogene Wärmemenge laufend abgeführt werden muß. Diese Wärmeabfuhr findet dadurch statt, daß sich der Kühlkörper, auf dessen Oberfläche die Schmelze abgeschreckt wird, erwärmt und diese Wärme dann an die Umgebung oder an eine Kühlflüssigkeit abgibt.

Ein von Kühlflüssigkeit durchströmter Kühlkörper nimmt nach dem Anguß zunächst Wärme von der Schmelze auf, indem er seine Temperatur erhöht. Kurze Zeit darauf stellt sich in ihm eine gleichbleibende Temperaturverteilung ein, und die von der heißen Schmelze zugeführte Wärme ist dann genau gleich der Wärme, die an die Kühlfläche abgeführt wird. Diese kann zuverlässig als Differenz der Temperatu­ ren des Kühlmittels am Einlauf und am Auslauf des Kühlkör­ pers gemessen werden, wenn die pro Zeiteinheit strömende Menge an Kühlmittel bekannt ist.

Der so gemessene Wärmestrom ist proportional zur Quer­ schnittsfläche des Gußproduktes und zur Gießgeschwindig­ keit. Soll die letztere während des Gießens verändert werden, muß man sie ebenfalls messen und den Wärmestrom durch diese Meßgröße dividieren.

Da die Breite des entstehenden Bandes oder Drahtes im wesentlichen von der Abmessung der Düsenöffnung quer zur Bewegungsrichtung der Kühlfläche abhängt, bestimmt im wesentlichen die Dicke des entstehenden Bandes die abzu­ führende Wärmemenge und damit die Temperatur des Kühlkör­ pers bzw. des Kühlmittels.

Außerdem wurde gefunden, daß die meisten Störungen, die die Dicke des Gußproduktes vergrößern, gleichzeitig auch seine Breite (wenn auch nur geringfügig) vergrößern und umgekehrt, so daß nicht zu befürchten ist, daß bei Über­ wachung des Wärmeumsatzes eine Dickenänderung etwa uner­ kannt bleiben könnte, weil sie durch eine gleichzeitige Änderung der Breite ausgeglichen würde.

Statt der Temperatur der Kühlflüssigkeit kann vorteilhaf­ terweise auch die Temperatur des Kühlkörpers gemessen werden, man hat so eine besonders schnell reagierende Meßgröße zur Verfügung. Diese Temperatur ist jedoch nicht mehr einfach proportional zur Banddicke, so daß mit Erfah­ rungswerten gearbeitet werden muß. Je nach Lage der Meß­ stelle kann der Meßwert eine periodische Temperaturspitze enthalten, die gegebenenfalls herausgefiltert werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Überwa­ chungsverfahren wird nachstehend anhand der Fig. 1 er­ läutert.

In einem Schmelztiegel 1 befindet sich eine schmelzflüs­ sige Legierung. Diese ist beispielsweise eine aus Über­ gangsmetallen, Eisen, Kobalt und/oder Nickel und Metall­ oiden, wie Bor, Silizium, Kohlenstoff und/oder Phosphor bestehende Legierung, die beispielsweise zu einem amorphen Band erstarren soll.

Zur Regelung des Druckes im Schmelztiegel 1 dient eine Gasleitung 2 mit einem Druckregelventil 3. Ein in den Schmelztiegel 1 hineinragendes Thermoelement 4 gestattet die Bestimmung der Temperatur der schmelzflüssigen Legie­ rung. Diese wird durch eine Düse 5 aus dem Schmelztiegel 1 herausfließen und auf der Kühlfläche 6 eines Kühlkörpers 7 zu einem beispielsweise amorphen Band 8 erstarren.

Der Kühlkörper 7 wird über einen Elektromotor 9 mit einem Drehzahlmesser 10 angetrieben und rotiert um seine Achse 11. Der Kühlkörper 7 ist beispielsweise mit Wasser ge­ kühlt. Das Wasser fließt durch eine Zulaufleitung 12 in den Kühlkörper 7 und verläßt diesen durch eine Ablauflei­ tung 13. Je ein Temperaturmeßgerät 14 und 15 befindet sich an der Zulaufleitung 12 und an der Ablaufleitung 13. In der Ablaufleitung 13 ist außerdem eine Mengenmeßeinrich­ tung 16 zur Bestimmung der Menge des umgewälzten Kühlwas­ sers gesehen.

Außerdem ist ein Thermoelement 17 in einer Bohrung 18 im Kühlkörper 7 befestigt und mit einem Sender 19 verbunden. Dieser Sender sendet die Informationen des Thermoelementes 17 an einen ortsfesten Empfänger 20, der die gemessene Temperatur des Thermoelementes 17 erfaßt und an einen Reg­ ler 21 weitergibt, der die eigentliche Überwachungsfunk­ tion für die Dicke des Bandes 8 übernimmt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Regler jedoch nicht mit dem Empfänger 20 sondern über Leitungen 22 und 23 mit dem Ausgang des Temperaturmeßgerätes 15 verbunden. Hier ist also die Ablauftemperatur des Kühlwassers als Überwachungsgröße für die Dicke des Bandes 8 gewählt.

Es ist selbstverständlich auch möglich, zusätzlich dem Regler 21 als Überwachungsgröße noch die Temperatur des Temperaturmeßgerätes 14 oder statt der beiden Wassertem­ peraturen die Temperatur eines Thermoelementes 17 über den Sender 19 und den Empfänger 20 zuzuführen.

Verwendet man wie im Ausführungsbeispiel das Temperatur­ meßgerät 15 in der Ablaufleitung 13 des Kühlwassers als Meßgröße für die Dicke des Bandes 8, so muß der Kühlwas­ serumlauf und die Temperatur in der Zuflaufleitung 12 des Kühlwassers konstant gehalten werden, um einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Dicke des Bandes 8 und der Tem­ peratur der Ablaufleitung 13 des Kühlwassers zu erhalten.

Im Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Temperatur der Zuflaufleitung 12 konstant ist. Dies bedeutet, daß das Temperaturmeßgerät 14 nicht benötigt wird bzw. nicht an den Regler 21 angeschlossen ist. Andererseits soll aber die Menge des fließenden Kühlwassers während des Gießpro­ zesses schwanken können. Aus diesem Grunde ist eine Ver­ bindung 24 zwischen der Mengenmeßeinrichtung 16 und dem Regler 21 vorgesehen. Eine weitere Verbindung 25 besteht zwischen dem Regler 21 und dem Drehzahlmesser 10 und eine Verbindung 26 zwischen dem Regler 21 und dem Thermoelement 4, das die Temperatur der schmelzflüssigen Legierung er­ faßt.

Diese Verbindungen 24, 25 und 26 sind beispielsweise Ein­ gangsgrößen des Reglers 21, so daß eine Veränderung dieser Größen erfaßt und bei der Berechnung des Ausgangssignals durch den Regler 21 berücksichtigt werden kann. Das Aus­ gangssignal führt über eine Verbindung 27 zum Druckregel­ ventil 3, so daß der Druck in dem Schmelztiegel 1 nach Er­ reichen des stationären Zustandes erhöht wird, wenn sich die vom Temperaturmeßgerät 15 gemessene Temperatur vermin­ dert. Der Einfluß des Ausgangs der Mengenmeßeinrichtung 16 im Regler ist beispielsweise so geregelt, daß eine Verän­ derung der Temperatur des Temperaturmeßgerätes 15, die durch eine Erhöhung des Kühlwasserdurchsatzes bedingt ist, nicht zu einer Änderung der Ausgangsgröße führt, die über die Verbindung 27 auf das Druckregelventil 3 einwirkt.

Es ist auch möglich, die Verbindung 25 zum Drehzahlmesser 10 als Verbindung für den Ausgang des Reglers 21 zu schal­ ten. Diese Verbindung 25 müßte dann zu einer Drehzahlrege­ lungseinrichtung für den Elektromotor 9 führen, so daß die Dickenregelung abhängig von der gemessenen Temperatur durch Änderung der Drehzahl des Elektromotors 9 und damit der Geschwindigkeit der sich bewegenden Kühlfläche 6 führt.

Es ist nicht erheblich für die Erfindung, auf welche Weise die Temperatur der Kühlfläche 6 oder eine damit korrelie­ rende Temperatur gemessen wird. Beispielsweise kann das ebenfalls in Fig. 1 dargestellte, kontaktlose Strahlungs­ meßgerät 28 an die Stelle des Thermoelements 17 und Sen­ ders 19 sowie Empfängers 20 im Ausführungsbeispiel treten.

In dem Diagramm nach Fig. 2 ist die Temperatur des Kühl­ wassers am Auslauf (als Kurve W), die Temperatur der Kühl­ fläche als Kurve T und der Gasdruck als Kurve D über der Heizzeit t aufgetragen. Dabei ist die Kurve T der Verlauf der Temperatur der Kühlfläche 6 und die Kurve D der hier von Hand eingestellte Gasdruck im Schmelztiegel 1.

Man sieht, daß kurze Zeit nach dem Angießen die Temperatur des Kühlwassers und der Oberfläche ein Maximum erreicht und dann bei konstantem Druck kontinuierlich abnimmt. Diese Abnahme geht einher mit einer Abnahme der Dicke des gegossenen Bandes, wie sie später gemessen wurde. Im Zeit­ punkt tl wurde nun der Druck erhöht. Dies hat einen An­ stieg der Oberflächentemperatur und - wie später gemessen wurde - eine Erhöhung der Dicke des entstehenden Bandes zur Folge.

Weitere, spätere Druckänderungen hatten entsprechende Än­ derungen der Oberflächentemperatur und der Banddicke zur Folge. Dies zeigt, daß beispielsweise durch eine Regelung des Druckes im Schmelztiegel 1, abhängig von der Tempera­ tur des Kühlwassers oder der Kühloberfläche, eine Regelung der Dicke des entstehenden Bandes oder Drahtes auf ein­ fache Weise durchgeführt werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zur Überwachung der Dicke eines Gußproduktes, das durch Gießen einer schmelzflüssigen Legierung auf eine sich bewegende, das Profil des Gußprodukts nicht allseitig umschließende Kühlfläche geformt wird und dort zu einem Band oder einem Draht erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Temperatur der Kühlfläche (6) und/oder die Temperatur des die Kühlfläche kühlenden Kühlmittels erfas­ sende Meßeinrichtung vorgesehen ist und daß abhängig von dem gemessenen Temperaturwert ein oder mehrere Verfahrens­ parameter so beeinflußt werden, daß bei fallendem Meßwert für die Temperatur die Dicke des Gußproduktes vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßeinrichtung zur Messung der Tempe­ ratur des Kühlkörpers (7) an oder in unmittelbarer Nähe der Kühlfläche (6) vorgesehen ist und daß die Ausgangs­ größe der Meßeinrichtung als Meßwert für die Überwachung der Dicke des Gußproduktes (Band 8) dient.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung ein Thermoelement (17) ist, welches in der Nähe der Kühlfläche (6) eines rotie­ renden Kühlkörpers (7) innerhalb desselben befestigt und mit einem ebenfalls mitrotierenden Sender (19) verbunden ist, der mit einem ortsfesten Empfänger (20) für das Sig­ nal des Thermoelementes gekoppelt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Strahlungsmeßgerät (28) ist, welches die Temperatur des Kühlkörpers (7) auf der Gieß­ spur der Kühlfläche (6) berührungslos mißt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturmeßgerät (15) in der Ablaufleitung (13) der Kühlflüssigkeit für den Kühlkörper (7) vorgesehen ist und daß die Ausgangsgröße des Temperaturmeßgerätes (15) zur Überwachung der Dicke des Gußproduktes (Band 8) vorge­ sehen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturmeßgerät (14) in der Zulaufleitung (12) der Kühlflüssigkeit für den Kühlkörper (7) vorgesehen ist und daß die Ausgangsgröße des Temperaturmeßgeräts (15) in der Ablaufleitung (13) zur Überwachung der Dicke des Guß­ produktes (Band 8) um die Ausgangsgröße des Temperaturmeß­ gerätes (14) vermindert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ablaufleitung (13) oder in die Zulaufleitung (12) der Kühlflüssigkeit eine Mengenmeßeinrichtung (16) eingeschaltet ist, und daß als Meßgröße zur Beeinflussung der Dicke des gegossenen Bandes (8) oder Drahtes das Pro­ dukt aus der Ausgangsgröße des Temperaturmeßgerätes (15) oder die Differenz der Ausgangsgrößen des Temperaturmeß­ gerätes (15) und des Temperaturmeßgerätes (14) und der Ausgangsgröße der Mengenmeßeinrichtung (16) dient.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Achse (11) oder am Antrieb (9) des Kühlkörpers (7) ein Drehzahlmesser (10) vorgesehen ist, dessen Aus­ gangsgröße zur Korrektur der anderen Meßgrößen dient, welche zur Überwachung der Dicke des Gußproduktes (Band 8) verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Ausgangsgrößen des Temperaturmeß­ gerätes (15) und des Temperaturmeßgerätes (14) zur Über­ wachung der Dicke des Gußproduktes (Band 8) durch die Ausgangsgröße des Drehzahlmessers (10) dividiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (21) vorgesehen ist, der selbsttätig die Dicke des Gußproduktes einem gegebenen Sollwert angleicht, indem er die gemessenen Größen verarbeitet und abhängig davon einen oder mehrere Verfahrensparameter so beein­ flußt, daß die Dicke des Gußproduktes (Band 8) den Soll­ wert erreicht und einhält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reglers (21) auf ein Druckregelventil wirkt, das in die Gasleitung (2) zur Zuführung von Druck­ gas in den Schmelztiegel (1) eingeschaltet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reglers (21) einen Drehzahlregler für den Elektromotor (9) zum Antrieb des Kühlkörpers (7) beeinflußt.