DE3872026T2 - METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE MOLD COOLING FOR THE CONTROLLED DIE CASTING OF METALS. - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE MOLD COOLING FOR THE CONTROLLED DIE CASTING OF METALS.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Formen für das gesteuerte Druckgießen von Metallen.The invention relates to a method and a device for cooling molds for the controlled die casting of metals.
Das Verfahren zum gesteuerten Druckgießen von Metallen für die Herstellung von dicken Platten besteht im wesentlichen aus dem Gießen von flüssigem Metall, im allgemeinen Stahl, in eine Form, die durch bewegliche Wände gebildet wird und aus Stahl und Graphit hergestellt ist. Zu Beginn ist das flüssige Metall in einem unter Druck stehenden Gefäß enthalten, das sich unter der Form befindet. Wenn eine Form gefüllt ist, soll eine vorgegebene Zeit vergehen, so daß das gegossene Metall völlig erstarren kann. Während dieser Zeit werden die Wände geeignet gekühlt.Am Ende der Erstarrungszeit werden die beweglichen Wände verschoben (Öffnen der Form) und das erstarrte Metallprodukt kann für die weitere Bearbeitung entfernt werden. Inzwischen ist die Form mit ihren beweglichen Wänden für einen folgenden Arbeitsgang mit neuem flüssigem Metall bereit. Bei normalen Verhältnissen wird dieser Arbeitsgang beliebig oft wiederholt.The process of controlled pressure casting of metals for the production of thick plates consists essentially of pouring liquid metal, generally steel, into a mold formed by movable walls and made of steel and graphite. Initially, the liquid metal is contained in a pressurized vessel located under the mold. When a mold is filled, a predetermined time must elapse so that the cast metal can completely solidify. During this time, the walls are suitably cooled. At the end of the solidification time, the movable walls are moved (opening the mold) and the solidified metal product can be removed for further processing. Meanwhile, the mold with its movable walls is ready for a subsequent operation with new liquid metal. Under normal conditions, this operation is repeated as often as desired.
Die Vorbereitung der Form besteht aus der Entfernung der Platten oder anderen Rückständen, die während des vorhergehenden Zyklus hergestellt wurden und in der Auskleidung der Wände, die mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommen mit einem dünnen Belag von Isolationsmaterial. Da die Temperatur der Wände während des Vorbereitungsgangs sehr hoch ist, wird dieser Schritt von halbautomatische Maschinen durchgeführt, die kein Personal in der Nähe der Wände benötigen. Das Personal bedient die Maschinen von einer Fernsteuerungskabine aus.The preparation of the mold consists in the removal of the plates or other residues produced during the previous cycle and in the lining of the walls that come into contact with the molten metal with a thin coating of insulating material. Since the temperature of the walls during the preparation cycle is very high, this step is carried out by semi-automatic machines that do not require personnel near the walls. The personnel operate the machines from a remote control cabin.
Die praktische Anwendung hat ergeben, daß die Eigenschaften der oben erwähnten Isolationsauskleidung die Endqualität des erstarrten Produktes stark beeinflussen. Das für die Auskleidung benutzte Material besteht aus Mullitpulver (3Al&sub2;0&sub3;.2SiO&sub2;) oder Aluminiumpulver (Al&sub2;O&sub3;), Materialien mineralischer Herkunft, die in der Eisenmetallurgie viel verwendet werden. Es wird nicht ausgeschlossen, daß in Zukunft neue Materialien für diesen Zweck ausgesucht werden. Unabhängig von dem verwendeten Material soll der auf die Wände aufgebrachte Belag eine gut definierte Dicke haben, ferner eine gute Festigkeit und eine gute Anhaftung an den Wänden.Practical application has shown that the properties of the above-mentioned insulating lining have a strong influence on the final quality of the solidified product. The material used for the lining consists of mullite powder (3Al₂O₃.2SiO₂) or aluminium powder (Al₂O₃), materials of mineral origin that are widely used in ferrous metallurgy. It is not excluded that new materials will be chosen for this purpose in the future. Regardless of the material used, the coating applied to the walls must have a well-defined thickness, good strength and good adhesion to the walls.
Es hat sich herausgestellt, daß mögliche Defekte in der Auskleidung der Wände stellenweise mit Oberflächendefekten in dem erstarrten Endprodukt einhergehen, was lästige Regulierungs- und Wegwerfmaßnahmen mit sich bringt. Beim praktischen Gebrauch hat sich auch herausgestellt, daß einer der wichtigsten Faktoren für eine erfolgreiche Auskleidung die Oberflächentemperatur der Wände ist, die einen genau definierten Wert haben soll, wenn die Auskleidemaschine den Isolationsbelag aufbringt. Diese Bedingung soll an jeder Stelle der auszukleidenden Fläche erreicht werden.It has been found that possible defects in the lining of the walls are accompanied by surface defects in the solidified final product, which entails cumbersome adjustment and disposal measures. In practical use it has also been found that one of the most important factors for successful lining is the surface temperature of the walls, which must have a precisely defined value when the lining machine applies the insulation coating. This condition must be achieved at every point on the surface to be lined.
Die Wände werden aus großen Blöcken Graphit gebildet und sie werden während des Betriebs im Verlauf der Erstarrung zeitweise von großen Massen Metall berührt. Wegen der beträchtlichen thermischen Trägheit der Wände und der schnellen Abfolge, in der die Betriebszyklen einander folgen, ist die Durchschnittstemperatur stets viel höher als die geeignete Temperatur für die Auskleidung. Es ist jedoch nicht die Durchschnittstemperatur, die betroffen ist, sondern die Oberflächentemperatur.The walls are formed from large blocks of graphite and they are temporarily contacted by large masses of metal during operation as they solidify. Due to the considerable thermal inertia of the walls and the rapid succession of operating cycles, the average temperature is always much higher than the appropriate temperature for the lining. However, it is not the average temperature that is affected, but the surface temperature.
Um zeitweise die Oberflächentemperatur der Formwände zu verringern, wird in einigen praktisch konstruierten Werken für den Druckguß von Metallen ein bekanntes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 angewendet. Dieses Verfahren umfaßt das Besprühen der Formwände mit Druckwasser, das Messen der Oberflächentemperatur der Wände und die Beendigung des Wassersprühens, wenn die gemessene Temperatur sich auf einen Wert verringert hat, der für die Auskleidung der Formwände geeignet ist. Dieses bekannte Verfahren wird gleichzeitig mit dem Reinigen der Formwände durchgeführt, während des gleichen Arbeitsgangs kühlen also reichliche Wasserstrahlen die Wände und reinigen diese auch.In order to temporarily reduce the surface temperature of the mold walls, a known method according to the preamble of claim 1 is used in some practically constructed plants for the die casting of metals. This method comprises spraying the mold walls with pressurized water, measuring the surface temperature of the walls and stopping the water spraying when the measured temperature has decreased to a value suitable for lining the mold walls. This known method is carried out simultaneously with the cleaning of the mold walls, so during the same operation copious water jets cool the walls and also clean them.
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine praktisch konstruierte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 bekannt, die eine Vielzahl von beweglichen Düsen zum Besprühen mit kaltem Druckwasser einschließt sowie ein System von Temperaturmeßeinrichtungen zum Messen der Oberflächentemperatur der Formwände. Diese bekannte Kühleinrichtung besteht aus einer Maschine, die gewöhnlich zum Reinigen der Formwände verwendet wird und die mit großen drehbaren und verschiebbaren Bürsten versehen ist.For carrying out this method, a practically constructed device according to the preamble of claim 8 is known, which includes a plurality of movable nozzles for spraying with cold pressurized water and a system of temperature measuring devices for measuring the surface temperature of the mold walls. This known cooling device consists of a machine which is usually used for cleaning the mold walls and which is provided with large rotating and movable brushes.
Dieses bekannte Verfahren ist wirksam für die Temperaturverringerung der Flächen der Formwände, sie ist jedoch nicht wirksam, um die Temperatur an jeder Stelle gleichmäßig zu halten.This known method is effective for reducing the temperature of the surfaces of the mold walls, but it is not effective for keeping the temperature uniform at every point.
Die Temperaturmeßeinrichtungen zeigen, daß die Temperatur an einigen Stellen die idealen Werte verläßt und diese Stellen können möglicherweise Defekte in der Auskleidung zeigen und werden dann wiederum Oberflächendefekte in dem Endprodukt hervorrufen.The temperature measuring devices show that the temperature leaves the ideal values in some places and these places may possibly cause defects in the lining and will then in turn cause surface defects in the final product.
Im nachfolgenden werden die Gründe genannt, die eine genauere Kontrolle der Oberflächentemperaturen verhindern:The following are the reasons that prevent more precise control of surface temperatures:
- Die Verteilung der Temperatur ist nicht gleichmäßig, sogar vor dem Beginn des Kühlens, und zwar wegen der asymmetrischen Faktoren, die mit dem Erstarrungsvorgang zusammenhängen;- The temperature distribution is not uniform, even before the start of cooling, due to the asymmetric factors related to the solidification process;
- das Kühlsystem der Wasserdüsen ist ziemlich ungenau und macht nur eine teilweise Differenzierung des Kühlens an verschiedenen Stellen möglich;- the cooling system of the water nozzles is rather imprecise and only allows a partial differentiation of cooling at different points;
- das Vorhandensein heißer Schichten unter den gekühlten Schichten ruft unerwünschte Temperaturanstiege hervor, die bei Korrekturen, die anderswo auf der Oberfläche gemacht gemacht werden, auftreten; hierauf würde eine weitere Korrektur notwendig, während weitere Störungen auftreten würden; notwendig, während weitere Störungen auftreten würden;- the presence of hot layers beneath the cooled layers causes undesirable temperature rises which occur when corrections are made elsewhere on the surface; this would necessitate a further correction while further disturbances would occur;
- die verfügbare Zeit für diese Arbeitsweise ist begrenzt, weil die industrielle Ausnutzung des Verfahrens zusätzlich zu den qualitativen Anforderungen mengenmäßige Anforderungen hat; weiterhin ist es nötig, die Arbeitsprogramme zu erfüllen, die mit den stromauf vorhandenen Verfahren (Herstellung von geschmolzenem Metall) zusammenhängen.- the time available for this operation is limited because the industrial exploitation of the process has, in addition to qualitative requirements, quantitative requirements; it is also necessary to fulfil the work programmes related to the upstream processes (production of molten metal).
Die Erfindung zielt darauf, das industrielle Verfahren, Gießen unter kontrolliertem Druck genannt, zu verbessern, um wichtige Vorteile der qualitativen und daher der wirtschaftlichen Beschaffenheit zu erreichen, und zwar durch ein Verfahren und eine Vorrichtung, die das Kühlen der Wände ermöglichen, um deren Temperatur mit größerer Genauigkeit zu kontrollieren, als es mit den bisherigen Verfahren und Vorrichtungen möglich war. Die bessere Genauigkeit hat den Zweck, während des Kühlvorganges einen festgesetzten Temperaturwert zu erreichen, der sich gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Wände einer Form verteilt. Die festgesetzte Temperatur, die in dem Moment erreicht wird, wenn die isolierende Auskleidung durchgeführt wird, trägt zu einem erfolgreichen Ergebnis der Isolierungs-Auskleidung an den Wänden bei, welche eine notwendige Anforderung ist, um gute qualitative Eigenschaften des industriellen Produkts zu erhalten, die sich aus dem Verfahren Gießen unter kontrolliertem Druck ergeben.The invention aims to improve the industrial process called casting under controlled pressure in order to achieve important advantages of quality and therefore of economic nature, namely by a method and a device that allow the cooling of the walls in order to control their temperature with greater precision than was possible with the methods and devices used up to now. The greater precision has the purpose of reaching a set temperature value during the cooling process, which is evenly distributed over the entire surface of the walls of a mold. The set temperature reached at the moment when the insulating lining is carried out contributes to a successful result of the insulating lining on the walls, which is a necessary requirement to obtain good qualitative properties of the industrial product resulting from the casting under controlled pressure process.
Dieses Problem wird durch die Erfindung gemäß dem Verfahren, das in Anspruch 1 gekennzeichnet ist und mit der Vorrichtung, die in Anspruch 8 gekennzeichnet ist, gelöst.This problem is solved by the invention according to the method characterized in claim 1 and with the device characterized in claim 8.
Im folgenden wird eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung unter Bezugnahme die Zeichnung beschrieben, die schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.In the following, an embodiment of a device for carrying out the method according to the invention is described with reference to the drawing, which schematically shows a device according to the invention in a perspective view.
Die im folgenden beschriebene Vorrichtung ist für die Anwendung in Werken zum Gießen unter kontrolliertem Druck für die Herstellung von dicken Stahlplatten in großen Dimensionen entworfen. Die Platten sind Stücke mit einem Gewicht von einigen zehn Tonnen in Form eines Parallelelepipedons, mit Abmessungen in den folgenden Bereichen:The device described below is designed for application in controlled pressure casting plants for the production of thick steel plates of large dimensions. The plates are pieces weighing several tens of tons in the shape of a parallel pipedon, with dimensions in the following ranges:
Länge: 8 - 12 m,Length: 8 - 12 m,
Breite: 2 - 3 m,Width: 2 - 3 m,
Dicke: 0,15 - 0,40 m.Thickness: 0.15 - 0.40 m.
Letztere Abmessung ist im allgemeinen die bedeutendste, um die technologischen Eigenschaften des Herstellungsverfahrens zu qualifizieren. Platten sind ein Zwischenprodukt in dem Produktionszyklus von Platten und anderen Walzprofilen. Die geometrische Einfachheit der Form der Platten und die Tatsache, daß die Form hauptsächlich durch zwei große planare Flächen gebildet ist, macht diese Art der Herstellung bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung am geeignetsten. Das Verfahren und die Vorrichtung können jedoch beim Gießen von anderen geometrischen Formen und anderen Metallen angewendet werden.The latter dimension is generally the most important for qualifying the technological characteristics of the manufacturing process. Plates are an intermediate product in the production cycle of plates and other rolled profiles. The geometric simplicity of the shape of the plates and the fact that the shape is mainly formed by two large planar surfaces makes this type of manufacturing the most suitable when using the method and device according to the invention. However, the method and device can be applied to the casting of other geometric shapes and other metals.
Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die im wesentlichen die folgenden Teile enthält:The drawing shows a device according to the invention, which essentially contains the following parts:
- ein automatisches Temperaturmeßsystem,- an automatic temperature measuring system,
- ein automatisches Kühlungssystem,- an automatic cooling system,
- eine Rechner- und Steuereinheit.- a computer and control unit.
Das automatische Temperaturmeßsystem zum Messen der Temperaturen besteht aus einer Reihe von Thermometern 1 ("Pyrometer" genannt), die auf einem Stützgestell 2 ("Pyrometer- Schlitten" genannt) angebracht sind, die durch ihre eigene Antriebsmaschine bewegt werden können oder durch die Befestigung an anderen beweglichen Teilen einer anderen Maschine. Die Anordnung der Pyrometer auf dem Pyrometer- Schlitten ist eine solche, daß als Ergebnis der Bewegung des Schlittens die Temperaturen aller Flächen der Zeilen gemessen werden können und die Messungen werden nacheinander in geeignet programmierten Augenblicken durchgeführt.The automatic temperature measuring system for measuring temperatures consists of a series of thermometers 1 (called "pyrometers") mounted on a support frame 2 (called "pyrometer carriage"), which can be moved by their own drive machine or by being attached to other moving parts of another machine. The arrangement of the pyrometers on the pyrometer carriage is such that, as a result of the movement of the carriage, the temperatures of all the surfaces of the rows can be measured and the measurements are carried out one after the other at suitably programmed times.
Natürlich werden die Temperaturen nicht an allen den unendlichen Stellen gemessen, die die Oberfläche bilden. Es ist jedoch möglich, die Durchschnittstemperatur von Flächenteilen zu messen, die ausreichend klein und bedeutsam für den gewünschten Zweck sind. Der Pyrometer-Schlitten 2 ist mit einem Datenübertragungssystem versehen, das in der Lage ist, die Position des Schlittens und die durch jedes einzelne Pyrometer bewirkte Messung auf die Rechnereinheit zu übertragen. Das Übertragungssystem schließt eine Leitungsschleife mit abgeschirmten Kabeln 3 ein, die durch Stützen und kleine Wagen gehalten werden, die vom Schlitten (Laufwerk) während seiner Verschiebung getragen werden.Of course, temperatures are not measured at all the infinite places that make up the surface. However, it is possible to measure the average temperature of parts of the surface that are sufficiently small and significant for the desired purpose. The pyrometer carriage 2 is provided with a data transmission system capable of transmitting the position of the carriage and the measurement effected by each individual pyrometer to the computer unit. The transmission system includes a loop of shielded cables 3 supported by supports and small carriages carried by the carriage (drive) during its displacement.
Das vorstehend beschriebene Datenmeß- und Übertragungssystem kann durch andere Verfahren verwirklicht werden, wenn diese praktische Vorteile sicherstellen. Insbesondere wenn die zu messende Fläche eine ausreichend kompakte Form hat, so kann die Temperaturmessung vorteilhaft von einem System von infrarotempfindlichen Videokameras bewirkt werden. In anderen Fällen, bei denen die Datenübermittlung über die Leitungsschleife der Kabel 3 durch Hindernisse im Werk behindert ist, wird die Datenübermittlung durch einen Sender elektromagnetischer oder akustischer Wellen bewirkt.The data measurement and transmission system described above can be implemented by other methods if they ensure practical advantages. In particular, if the surface to be measured has a sufficiently compact shape, the temperature measurement can advantageously be carried out by a system of infrared-sensitive video cameras. In other cases, where the data transmission via the cable loop 3 is hindered by obstacles in the plant, the data transmission is carried out by a transmitter of electromagnetic or acoustic waves.
Das automatische Kühlsystem wird durch eine Reihe von Sprühdüsen 4 mit unter Druck gesetztem Wasser gebildet, die auf einem Stützgestell 5 ("Sprühdüsen-Laufwerk" genannt) befestigt sind, das entweder durch eigene motorische Mittel bewegt wird oder auf beweglichen Teilen anderer Maschinen befestigt ist. Die Anordnung der Sprühdüsen 4 auf dem Sprühdüsen-Laufwerk 5 entspricht der Anordnung der Pyrometer 1 auf dem Pyrometer-Laufwerk 2 wodurch bei Bewegung des Laufwerks jede Stelle der Oberfläche nacheinander der Anwendung des unter Druck gesetzten Wassers in programmierten Momenten unterzogen werden kann. Weiterhin wird eine Verbindung zwischen den Bereichen hergestellt, die dem Messen durch jeden Pyrometer unterzogen werden und den Bereichen, die der Anwendung des Wassers durch jede Sprühdüse oder Reihe von Sprüdüsen unterliegen. Dem Sprühdüsen-Laufwerk wird Druckwasser von einer Hauptleitung zugeführt, die auch die anderen Maschinen des Verfahrens beliefert. Auf dem Laufwerk werden die Sprühdüsen durch ein System von verzweigten Leitungen beliefert, wobei jede durch ein ferngesteuertes Ventil geschlossen wird. Das Sprühdüsen-Laufwerk 5 ist mit einem Datenübermittlungssystem versehen, so daß die Lage des Laufwerks dem Rechner 7 übermittelt wird und daß von ihm das Signal zum Öffnen und Schließen der Schließventile erhalten wird.The automatic cooling system is formed by a series of spray nozzles 4 with pressurized water, which are mounted on a support frame 5 (called "spray nozzle drive"), which is either moved by its own motor means or is mounted on moving parts of other machines. The arrangement of the spray nozzles 4 on the spray nozzle drive 5 corresponds to the arrangement of the pyrometers 1 on the pyrometer drive 2, whereby when the drive is moved, each point of the surface can be successively subjected to the application of pressurized water at programmed times. Furthermore, a connection is established between the areas subjected to measurement by each pyrometer and the areas subject to the application of water by each spray nozzle or row of spray nozzles. The spray nozzle drive is supplied with pressurized water from a main line which also supplies the other machines in the process. On the drive, the spray nozzles are supplied by a system of branched lines, each of which is closed by a remote-controlled valve. The spray nozzle drive 5 is provided with a data transmission system so that the position of the drive is transmitted to the computer 7 and from it the signal for opening and closing the shut-off valves is received.
Dieses Datenübermittlungssystem besteht aus einer Leitungsschleife mit abgeschirmten Kabeln 6, die durch Stützen und kleine Wagen gehalten werden, und mit einem ähnlichen System wird die Zufuhr von Druckwasser durch biegsame Schläuche bewirkt.This data transmission system consists of a loop of shielded cables 6 supported by supports and small trolleys, and a similar system is used to supply pressurized water through flexible hoses.
Es ist auch möglich, das Temperaturmeßsystem und das Sprühkühlungssystem auf dem gleichen Laufwerk anzuordnen, das dadurch die Funktionen des Pyrometer-Laufwerks und des Sprühdüsen-Laufwerks erhält. Weiterhin ist es möglich, beide Systeme auf anderen beweglichen Maschinen anzuordnen. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden beide Systeme an der Wandreinigungsmaschine angeordnet.It is also possible to arrange the temperature measuring system and the spray cooling system on the same drive, which thereby has the functions of the pyrometer drive and the spray nozzle drive. Furthermore, it is possible to arrange both systems on other mobile machines. In the preferred embodiment, both systems are arranged on the wall cleaning machine.
Der Rechner 7 wird aus einem Aufbau aus Vorrichtungen für den Empfang, die Verarbeitung und die Übertragung von Daten gebildet. Da das System in verschiedener Weise mit Geräten versehen werden kann, indem Bauteile verwendet werden, die von Computerherstellern geliefert werden, werden nur die vom Rechner 7 ausgeführten logischen Funktionen beschrieben.The computer 7 is made up of a structure of devices for receiving, processing and transmitting data. Since the system can be equipped in various ways using components supplied by computer manufacturers, only the logical functions performed by the computer 7 will be described.
Die Funktionen sind die folgenden:The functions are the following:
- Empfang der Start- und Halt-Signale des Arbeitstakts.- Reception of the start and stop signals of the work cycle.
- Abgabe von Signalen für den Start und den Halt des Pyrometer-Laufwerks und des Sprühdüsen-Laufwerks.- Providing signals to start and stop the pyrometer drive and the spray nozzle drive.
- Empfang der Positionssignale bezüglich des Pyrometer- Laufwerks und des Sprühdüsen-Laufwerks.- Reception of position signals related to the pyrometer drive and the spray nozzle drive.
- Empfang der Pyrometer-Messungen.- Reception of pyrometer measurements.
- Speichern der Pyrometer-Messungen.- Saving the pyrometer measurements.
- Kontrolle der Veränderlichen der Zeit.- Control of the variables of time.
- Berechnung der benötigten Wassermengen, um kontrolliert jedes Teil der Oberflächen der Form zu kühlen.- Calculating the amount of water needed to cool each part of the mold surface in a controlled manner.
- Abgabe von Signalen zum Öffnen und Schließen der Schließventile jeder Sprühdüse.- Sending signals to open and close the closing valves of each spray nozzle.
- Anzeige der Veränderlichen und andere Information.- Display of variables and other information.
- Empfang von anderen Informationen, die entweder automatisch oder handbetätigt übermittelt werden und die benötigt werden, um die Arbeitstakte zu bewirken.- Reception of other information transmitted either automatically or manually and required to effect the work cycles.
Das Gießen und die Erstarrung von Metall in einer Form, die durch zwei Wände 8 gebildet ist, wird gemäß den früher verwendeten Verfahren durchgeführt.The casting and solidification of metal in a mold formed by two walls 8 is carried out according to the previously used methods.
Der Arbeitsgang des Reinigens der inneren Flächen der Wände 8 wird vom Personal begonnen, sobald die Form entleert wurde. Während dieses Arbeitsgangs werden die inneren Flächen der Wände 8 mit einer Wassermenge besprüht, die das Reinigen durchführen kann sowie gleichzeitig die vorläufige Kühlung der Oberflächen. Während dieses Arbeitsgangs ist es nicht notwendig, die Temperatur zu messen oder Verfahren durchzuführen, die darauf gerichtet sind, die Gleichförmigkeit der Oberflächentemperatur zu erhöhen. Während dieses Arbeitsgangs hat das Bedienungspersonal die einzige Aufgabe, die Reinigungsvorgänge zu verbessern. Nach Beendigung dieser Reinigung und nach dem unkontrollierten Kühlen der inneren Oberflächen der Wände, beginnt das Bedienungspewrsonal den nachfolgenden Arbeitsgang, das sogenannte kontrollierte Kühlen, was völlig automatisch verläuft, und zwar gemäß dem Takt, der vom Rechner 7 abgegeben wird.The operation of cleaning the inner surfaces of the walls 8 is started by the personnel as soon as the mold has been emptied. During this operation, the internal surfaces of the walls 8 are sprayed with a quantity of water capable of carrying out cleaning and, at the same time, preliminary cooling of the surfaces. During this operation, it is not necessary to measure the temperature or to carry out procedures aimed at increasing the uniformity of the surface temperature. During this operation, the operating personnel has the sole task of improving the cleaning operations. After completion of this cleaning and after the uncontrolled cooling of the internal surfaces of the walls, the operating personnel begins the next operation, the so-called controlled cooling, which takes place completely automatically, in accordance with the cycle given by the computer 7.
Zu Beginn dieses Arbeitsgangs ist die Oberflächentemperatur der Wände 8 verhältnismäßig niedrig, und zwar bedingt durch das Kühlen der Oberfläche während des Reinigungsgangs, jedoch sind die inneren Schichten der Wände 8 viel heißer, da sie die Wärme beibehalten, die sich während der Erstarrung des Metalls angestaut hat.At the start of this operation, the surface temperature of the walls 8 is relatively low due to the cooling of the surface during the cleaning operation, but the inner layers of the walls 8 are much hotter as they retain the heat accumulated during the solidification of the metal.
Wenn das forcierte Kühlen beendet ist, neigt die Oberflächentemperatur dazu, anzusteigen, und zwar wegen der Wärme, die aus dem Inneren austritt, während eine zusätzliche Verteilung von Druckwasser einen weiteren Rückgang der Oberflächentemperatur bewirkt. Die Oberflächentemperatur der Wände 8 ist daher im Gleichgewicht zwischen zwei sich gegenüber stehenden Vorgängen: das Heizen, das vom Inneren herrührt und das von außen bewirkte Kühlen; diese Bedingung bleibt beibehalten, bis die gestaute Wärme in den inneren Schichten abgebaut ist. Da die Wände 8 eine beträchtliche Dicke aufweisen, bleibt dieses Phaenomen während einer ausreichenden Zeit beibehalten, um das Ziel des industriellen Verfahrens zu erreichen. Die Heiztätigkeit der inneren Schichten, die in dem Vorgang mit einem empirischen Verfahren durchgeführt werden, ist eine Störung und daher einer der Hauptgründe der Ungenauigkeit, wobei der kontrollierte Vorgang die unerläßliche Wirkung gegenüber dem äußeren Kühlvorgang sichert, der einer geeigneten Regulierung unterworfen ist. Um anzuerkennende Ergebnisse zu erreichen, sollte das Phaenomen bekannt sein und rein quantitativ kontrolliert werden.When the forced cooling is finished, the surface temperature tends to rise due to the heat escaping from the interior, while an additional distribution of pressurized water causes a further drop in the surface temperature. The surface temperature of the walls 8 is therefore in equilibrium between two opposing processes: the heating coming from the interior and the cooling coming from the outside; this condition is maintained until the accumulated heat in the inner layers has dissipated. Since the walls 8 have a considerable thickness this phenomenon is maintained for a time sufficient to achieve the objective of the industrial process. The heating action of the internal layers, carried out in the process with an empirical method, is a disturbance and therefore one of the main causes of inaccuracy, the controlled process ensuring the indispensable effect compared to the external cooling process, which is subject to appropriate regulation. In order to achieve acceptable results, the phenomenon should be known and controlled purely quantitatively.
Auf der Basis dieser Voraussetzung wird nachstehend die automatische Arbeitsabfolge beschrieben.Based on this assumption, the automatic work sequence is described below.
Das Pyrometer-Laufwerk 2 erhält das Startsignal und tritt in die Form ein, um ein Abtasten durchzuführen. Während dieses Vorgangs werden die Pyrometer 1 zu den Flächen der Form geführt und übertragen fortlaufend die Temperaturmessungen, die im Rechner 7 empfangen und gespeichert werden. Bezüglich des Kontrollsystems wurde die Oberfläche in Zonen aufgeteilt, d.h. Teile der Oberfläche mit ausreichend kleiner Konfiguration und Ausdehnung werden als Durchschnittswerte bewertet des bezüglich beider Messungen und des nachfolgenden Kühlvorgangs. Während des Abtastens wird die Temperatur jeder Oberflächenzone festgestellt, bevorzugt zweimal in unterschiedlichen Momenten, wodurch das System in die Lage versetzt wird, die Temperatur anzunehmen und die Heizkurve zu berechnen. Nach Beendi-gung des Abtastens hat der Rechner 7 einen Plan mit der Temperatur und der Heizrate entwickelt, und zwar Zone um Zone.The pyrometer drive 2 receives the start signal and enters the mold to perform scanning. During this process the pyrometers 1 are guided to the surfaces of the mold and continuously transmit the temperature measurements which are received and stored in the computer 7. Regarding the control system, the surface has been divided into zones, i.e. parts of the surface with sufficiently small configuration and extension are evaluated as average values for both measurements and the subsequent cooling process. During scanning, the temperature of each surface zone is determined, preferably twice at different times, thus enabling the system to take the temperature and calculate the heating curve. After the scanning has been completed, the computer 7 has developed a plan with the temperature and the heating rate, zone by zone.
Nach Beendigung des Abtastzyklus beginnt das forcierte Kühlen und dieses wird durch das Sprühdüsen-Laufwerk 5 durchgeführt, das durch ein durch den Rechner 7 kontrolliertes Verschieben in die Form eintritt und nacheinander die Positionen einnimmt, die geeignet sind, richten unter Druck Wasserstrahlen gegen die innere Fläche der Wände 8. Da ein Verhältnis bezüglich der Lage zwischen den Düsen 4 und den Pyrometern 1 auf den entsprechenden Laufwerken hergestellt ist, kann das Kühlwasser in Strahlen abgegeben werden, die jeweils gegen die gleichen Zonen gerichtet sind, die zur Aufteilung der Formfläche entwickelt wurden, um die Oberflächentemperatur zu messen.Once the scanning cycle has ended, forced cooling begins and is carried out by the spray nozzle drive 5 which, by moving under the control of the computer 7, enters the mold and, successively, takes up the positions suitable for directing jets of water under pressure against the internal surface of the walls 8. Since a positional relationship is established between the nozzles 4 and the pyrometers 1 on the corresponding drives, the cooling water can be emitted in jets each directed against the same zones designed to divide the mold surface in order to measure the surface temperature.
Auf der Basis der vorher erstellten Daten berechnet das Kontrollsystem die von jeder Zone benötigte Wassermenge, die zu ihrer richtigen Kühlung notwendig ist. Die Kontrolle der abzugebenden Wassermenge wird von Zone zu Zone von den Schließ-Solenoidventilen durchgeführt, wobei das Öffnen und Schließen der Ventile direkt vom Rechner 7 kontrolliert wird. Es ist daher die Aufgabe des Rechners 7, den genauen Betrag des Unterkühlens jeder Zone festzustellen, so daß nach dem Ende des Kühlens alle Zonen danach und gleichzeitig die Temperatur erreichen, die für die Auskleidung geeignet ist. Der Rechner 7 hat daher die zusätzliche Aufgabe, die genaue Zeit für den Beginn des nachfolgenden Auskleidungsvorgangs zu bestimmen.On the basis of the data previously established, the control system calculates the amount of water required by each zone to ensure its correct cooling. The control of the amount of water to be delivered is carried out zone by zone by the closing solenoid valves, the opening and closing of the valves being controlled directly by the computer 7. It is therefore the task of the computer 7 to determine the exact amount of subcooling of each zone so that, after the cooling has ended, all the zones subsequently and simultaneously reach the temperature suitable for lining. The computer 7 therefore has the additional task of determining the exact time for the start of the subsequent lining operation.
Bei Beendigung des forcierten Kühlens kann der Rechner 7, falls nötig, das Pyrometer-Laufwerk steuern, um ein zusätzliches Abtasten zu bewirken, um das erreichte Ergebnis zu prüfen. Falls das Ergebnis nicht befriedigend ist, erhöht der Rechner 7 die programmierte Auskleidungszeit und beginnt einen zweiten Kühlzyklus, um ein genaueres Ergebnis zu erzielen.At the end of the forced cooling, the computer 7 can, if necessary, control the pyrometer drive to effect an additional scan to check the result achieved. If the result is not satisfactory, the computer 7 increases the programmed lining time and starts a second cooling cycle to obtain a more accurate result.
Bei Beendigung des automatischen Zyklus gibt der Rechner 7 ein Signal "Ende des Zyklus" ab und zeigt dem Bedienungspersonal auf der Anzeige 9 des Rechners 7 die geeignetste Zeit für den Beginn des Auskleidungszyklus an.At the end of the automatic cycle, the computer 7 gives an "end of cycle" signal and indicates to the operator on the display 9 of the computer 7 the most suitable time to start the lining cycle.
Der Auskleidungszyklus wird gemäß den früher bekannten Verfahren der durchgeführt. Da er jedoch an Wänden mit einer gut bestimmten Temperatur durchgeführt wird, wird er bessere Qualitätsergebnisse erzielen, die wegen der vorgenannten Gründe wichtige Verbesserungen in dem gesamten industriellen Verfahren erreichen.The lining cycle is carried out according to the previously known procedures. However, as it is carried out on walls at a well-defined temperature, it will obtain better quality results, which, for the previously mentioned reasons, will achieve important improvements in the entire industrial process.
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