DE4004403C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 2 angegebenen Merkmalen. Gemäß diesem Stand der Technik wird eine Metallschmelze aus einem Tiegel mittels einer Ausgußdüse auf die gekühlte Oberfläche einer drehenden Kühltrommel gebracht und dadurch in ein festes Metallband umgewandelt. Dabei wird der Abstand zwischen der Ausgußdüse und der Oberfläche der Kühltrommel geregelt.

In der US-PS 41 42 571 ist ein Gießverfahren zur Herstellung von Metallbändern beschrieben, wonach aus einem Tiegel mittels einer Ausgußdüse eine Metallschmelze auf die gekühlte Oberfläche einer Kühltrommel aufgebracht wird. Die drehende Oberfläche der Kühltrommel bewirkt die schnelle Kühlung des darauf liegenden Metalls. Das Band weist eine amorphe Struktur oder ein kristallines Gefüge auf.

Die Dicke des Metallbandes kann bei diesem Verfahren derart eingestellt werden, daß eine Ausgußdüse, welche mit einem die Metallschmelze aufnehmenden Tiegel verbunden ist, oberhalb der Kühltrommel in einem vorbestimmten Abstand angeordnet wird.

Die Genauigkeit der Dicke und der Breite sowie die Oberflächenqualität des Metallbandes hängen von der Stabilität der Abmessungen des Tiegels und der Ausgußdüse ab. Das Problem liegt dabei darin, daß der Abstand zwischen dem Ausgang der Ausgußdüse und der Oberfläche der Kühltrommel während des Aufheizens und Schmelzens des Metalls infolge der großen, im allgemeinen zumindest 1000°C erreichenden Temperatursteigerung unannehmbar hohe Änderungen zeigen kann.

Eine Lösung dieses Problems ist die Verwendung von Stoffen mit niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten und insbesondere von Quarz, jedoch sind diese Stoffe nicht genügend hitzebeständig. Der Erweichungspunkt des Quarzes zum Beispiel liegt bei etwa 1350°C, was die Verwendung der aus Quarz bestehenden Tiegel stark begrenzt; unter anderem können Eisenlegierungen damit nicht verarbeitet werden.

Die Ausdehnung der Stoffe höherer Hitzebeständigkeit, wie die der keramischen Stoffe, ist während der Aufheizung der Metallschmelze sehr hoch, praktisch macht sie so viel aus wie die Breite des Spaltes zwischen der Ausgußdüse und der Kühltrommel.

Die Sicherung der Größe des Spaltes zwischen der Ausgußdüse und der Kühltrommel kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden:
Eines der bekannten Verfahren besteht in der Unterstützung des unteren Teils des Tiegels, wodurch lediglich die Wärmeausdehnung dieses Elementes, welches die Ausgußdüse aufnimmt, als auszugleichende Verschiebung verbleibt. Die Ungenauigkeit der Abmessungen ist jedoch auch dann noch ziemlich hoch und erfordert weitere Ausgleichung, falls ein Band mit hoher Oberflächenqualität herzustellen ist.

In der DDR wurde ein Meßverfahren erarbeitet, wonach die zeitlichen Veränderungen der Wärmeausdehnung des verwendeten keramischen Tiegels und der Temperaturverteilung während des Gießens gemessen und zum Ausgangssignal einer programmierten elektronischen Steuerung gemacht werden.

In der Sowjetunion wurde ein weiteres Meßverfahren entwickelt, wonach eine Gasströmung durch den Spalt hervorgerufen wird. Die Geschwindigkeit der Strömung ist von der Größe des Spaltes abhängig. Aufgrund dieser Messung kann die Stabilität der Größe des Spaltes gewährleistet werden, jedoch spielen hier auch weitere Faktoren eine wichtige Rolle; insbesondere ist zu beachten, daß die Temperatur des Gases im Spalt stark veränderlich ist. Die die Gasströmung verursachenden Elemente sind daher besser nicht in der Nähe des Tiegels anzuordnen; demgegenüber ist bei einer größeren Entfernung davon die Meßgenauigkeit unannehmbar niedrig.

Die bekannten drei Verfahren können lediglich mittelbar die Größe des Spaltes kennzeichnen, und deswegen ist die genaue Regelung praktisch unmöglich.

Ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 2 als bekannt vorausgesetzten Art sind auch der GB 21 85 924 A zu entnehmen. Gemäß dieser Druckschrift ist neben einer Veränderung der Ausgußdüse auch vorgesehen, daß die Größe des Abstandes zwischen Ausgußdüse und Oberfläche der Kühltrommel mit mechanischen Mitteln eingestellt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit die Größe des Spaltes zwischen der Ausgußdüse eines Tiegels und der drehenden Kühltrommel mit hoher Genauigkeit praktisch unabhängig von den Temperaturänderungen eingestellt und geregelt werden kann.

Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Qualität des herzustellenden Bandes erheblich erhöht, weil durch die Überwachung des Spaltes zwischen Ausgußdüse und Kühltrommel mittels einer optischen Anordnung eine sehr genaue Maßhaltigkeit dieses Spalts erreicht wird, nachdem die optische Anordnung unmittelbar und unbeeinflußt von der Temperatur arbeitet.

Die vorrichtungsmäßige Lösung der Aufgabe wird durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale erreicht. Für die dadurch erreichbaren Vorteile gelten sinngemäß die vorstehend zum Verfahren gemachten Ausführungen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann veränderlichen Bedingungen besonders gut angepaßt werden, wenn das Photoelement auf einem Schirm angeordnet ist und der Schirm mit Elementen zur Einstellung der Position des Photoelementes ausgerüstet ist.

Die Genauigkeit der Einstellung kann weiter verbessert werden, wenn die Lichtquelle zur Erzeugung des Lichtbündels mit einer die Ausgangsebene der Ausgußdüse berührenden optischen Achse und das Photoelement in Richtung des Randes des Lichtbündels verschoben angeordnet ist.

Vorzugsweise kann die Regelung der Größe des Spaltes am besten dadurch gewährleistet werden, daß der Motor ein Schrittmotor ist und die elektronische Steuereinheit mit einem Signalgenerator verbunden ist, welcher Signale von veränderlicher Frequenz entsprechend dem Ausgangssignal des Photoelementes erzeugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der einzigen Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Herstellen eines Metallbandes verwendet, wobei der Grundstoff des Bandes in einem Tiegel angeordnet und der Tiegel mit einer zu seiner Verschiebung vorgesehenen mechanischen Anlage gekoppelt wird. Der Tiegel weist eine Ausgußdüse auf, welche in Richtung einer gekühlten Oberfläche einer um eine waagrechte Achse drehbaren Kühltrommel geöffnet ist. Der Abstand zwischen der Ausgangsöffnung der Ausgußdüse und der Kühltrommel wird im kalten Zustand der Anordnung genau eingestellt. Das Bild des durch diesen Abstand bestimmten Spaltes wird mit einer optischen Abbildungseinheit auf einen Schirm projiziert, wobei ein lichtempfindliches Element einen charakteristischen Teil des das Bild des beleuchteten Spaltes tragenden Lichtbündels erfaßt.

Nach dieser Grundeinstellung wird der im Tiegel vorhandene Stoff geschmolzen, was intensive Energiezuführung erfordert. Unter Wärmeeinwirkung erfolgt die Wärmeausdehnung des Tiegels und damit der Ausgußdüse, was zur Verminderung des Spaltes und zu einer Veränderung, im allgemeinen zu einer linearen Verschiebung, seines Bildes führt. Die erfaßte Veränderung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches mittels einer elektronischen Steuerung die Verschiebung des Tiegels und zugleich auch der Ausgußdüse verursacht. Diese Verschiebung dient zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen der Kühltrommel und dem Ausgang der Ausgußdüse, d. h. zur Aufrechterhaltung eines lediglich in einem ziemlich engen Regelungsbereich veränderlichen Spalts.

Zur Verschiebung des Tiegels kann eine mit einem Motor verdrehbare Schraubenspindel verwendet werden.

Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer Regelanordnung ausgebildet, welche die Größe des Spaltes 5 zwischen einer drehbar unterstützten Kühltrommel 2 und einer oberhalb des letzteren angeordneten Ausgußdüse 3 einstellt. Die Ausgußdüse 3 gehört zu einem Tiegel, der einen metallischen Grundstoff (ein Metall, eine Legierung) zur Vorbereitung der Herstellung eines Bandes aufnimmt. Das Metallband entsteht auf bekannte Weise, wenn die Metallschmelze aus dem Tiegel über die Ausflußdüse auf die drehende Oberfläche der Kühltrommel 2 fließt, wovon es nach erfolgter Erstarrung kontinuierlich abgenommen werden kann.

Die Regelanordnung besteht aus einem optischen, einem elektronischen und einem mechanischen Teil.

Der optische Teil weist eine Lichtquelle 1, eine ein Bild des Spaltes S erzeugende optische Abbildungseinheit 4, insbesondere eine Linse, sowie ein Photoelement 6 auf. Das letztere ist auf einem Schirm 5 angeordnet. Der Schirm 5 ist vorteilhaft mit Elementen zur genauen Einstellung der Position des Photoelementes 6 versehen, insbesondere ist er mit einem Raster versehen oder gitterförmig ausgebildet. Die Lichtquelle 1 kann eine einfache Glühlampe mit einer Sammellinse sein.

Den Eingang des elektronischen Teils der Vorrichtung bildet ein Verstärker 7, welcher mit dem Ausgang des Photoelementes 6 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 7 ist an einen elektronischen Schalter 8 angeschlossen, mit welchem ein Signalgenerator 9 gekoppelt ist. Der Signalgenerator 9 dient zur Erzeugung von Signalen mit einer Frequenz, welche dem Pegel des Ausgangssignals des Photoelements 6 folgt. Dem elektronischen Schalter 8 ist eine elektronische Steuereinheit 10 nachgeschaltet, welche zur Speisung und Steuerung eines Elektromotors 11 vorgesehen ist. Ein Eingang der elektronischen Steuereinheit 10 ist mit einer Bedienungseinheit 13 verbunden, welche zur Aus- und Einschaltung der Vorrichtung, zur Eingabe von erforderten Daten, Parametern usw. vorgesehen ist.

Da in der Vorrichtung die Aufheizung des Metalls im allgemeinen unter Verwendung von Mikrowellen erfolgt, sollen die elektronischen Einheiten und das Photoelement in einem metallischen Gehäuse angeordnet werden.

Der mechanische Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem mit der Welle des Motors 11 verbundenen mechanischen Antrieb 12. Dieser Antrieb kann zum Beispiel eine Schraubenspindel sein, wodurch eine sehr präzise, hochgenaue Bewegung des Tiegels (zum Beispiel in Schritten von 0,01 mm) gemeinsam mit der Ausgußdüse 3 und/oder der Kühltrommel 2 in senkrechter Richtung von oben nach unten oder umgekehrt ermöglicht wird, insbesondere in dem Falle, daß als Motor 11 ein Schrittmotor vorgesehen ist.

Die vorgeschlagene Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise:
Das durch die Lichtquelle 1 erzeugte Lichtbündel beleuchtet den in kaltem Zustand (vor dem Schmelzen des metallischen Grundstoffes) auf die notwendige Größe eingestellten, zwischen der um eine horizontale Welle drehbar angeordneten Kühltrommel 2 und der Ausgußdüse 3 vorhandenen Spalt S. Zweckmäßig wird die Lichtquelle 1 so angeordnet, daß die optische Achse des Lichtbündels in diesem kalten Zustand die untere Linie der Ausgußdüse 3 berührt. Dabei liegt das Photoelement 6 auf dem Schirm 5 in einer Position, wo es im Ganzen durch das Bild des Spaltes S beleuchtet ist.

Während der Aufheizung des sich im Tiegel befindenden metallischen Grundstoffes tritt eine bedeutende Wärmeausdehnung auf, weil die Temperatur zumindest um etwa 1000°C erhöht wird. Im Verlauf der Temperatursteigung erfolgt die Verschiebung der Ausgußdüse 3, was in einer Verminderung des beleuchteten Teils des Photoelementes 6 resultiert. Diese Verminderung des Beleuchtungsbereiches verursacht auf eine bekannte Weise die elektronische Steuerung des Motors 11 und derart eine Bewegung des Tiegels und der Ausgußdüse 3 in eine Richtung, welche zu einer Vergößerung des beleuchteten Teiles des Photoelements 6 führt. Die Bewegung kann sowohl von oben nach unten als auch von unten nach oben stattfinden, und zwar abhängig davon, in welcher Richtung die Veränderung des Beleuchtungsbereiches erfolgt.

Der Signalgenerator 9 erzeugt elektrische Signale mit veränderlicher Frequenz, und die Frequenz hängt davon, ab, wie hoch der Ausgangspegel des Photoelements 6 ist. Derart kann die diskontinuierliche Bewegung des Motors 11 gewährleistet werden.

Zur noch besseren Darstellung des Wesens der Erfindung wird nachstehend ein konkretes Beispiel beschrieben.

Beispiel

Bei einem firmeninternen Probebetrieb wurde in einen keramischen Tiegel 1 kg FeNiSi-Legierung eingegeben. Der Tiegel war mit einer Ausgußdüse 3 von 10,5 × 0,6 mm ausgebildet, wobei die Ausgußdüse 3 in einem Abstand von 0,3 mm oberhalb der Kühltrommel 2 angeordnet war, d. h. die Größe des Spaltes S war 0,3 mm. Nach erfolgtem Schmelzen der Legierung wurde leichter Überdruck zum Anfangen des Gießens verwendet.

Die Mikrowellenstrahlung bewirkte das Schmelzen der Legierung in 13 Minuten, und derart entstand im Tiegel eine Metallschmelze mit einer Temperatur von 1300°C. Frühere Messungen bewiesen, daß zu dieser Temperatursteigerung eine Wärmeausdehnung gehört, welche die Senkung der Ausgußdüse um 0,25 mm bewirkt. Während der Aufheizung der Legierung konnte die Vorrichtung die erwähnte Versenkung in einigen Schritten ausgleichen und die Position des Tiegels korrigieren.

Nach erfolgtem Schmelzen wurde die Legierung in 41 Sekunden in ein Band umgewandelt. Am Anfang des Gießens waren die Temperaturbedingungen nicht gleichmäßig, und praktisch war eine konitinuierliche Korrektion notwendig, was etwa 4 Sekunden dauerte. Danach mußten schon kleinere Verschiebungen gewährleistet werden, und die Interventionen dauerten je etwa 5 Sekunden.

Die Vorrichtung stellte ein über 650 m langes und etwa 10,5 mm breites Band von amorpher Struktur her, welches mit gleichmäßiger Dicke, fast nicht sichtbaren Oberflächenwellen und annähernd genau geraden Randlinien ausgebildet war. Am Anfang und am Ende des Bandes waren nur kürzere Abschnitte zu entfernen, so daß die Ausbeute sehr hoch war, nämlich etwa 95%.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Metallbändern mit gleichmäßiger Dicke, wobei aus einem Tiegel mittels einer Ausgußdüse eine Metallschmelze auf die gekühlte Oberfläche einer drehenden Kühltrommel gebracht und dadurch in ein festes Metallband umgewandelt wird, wobei der Abstand zwischen der Ausgußdüse und der Oberfläche der Kühltrommel geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand durch optische Abbildung eines diesen Abstand definierenden Spaltes (S) zwischen der Ausgußdüse (3) und der Oberfläche der Kühltrommel (2) mittels eines Photoelementes (6) erfaßt wird, welches ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend der Größe des Spaltes (S) erzeugt, und daß aufgrund des elektrischen Ausgangssignals die Ausgußdüse (3) und/oder die Kühltrommel (2) zur Einstellung einer erwünschten Größe des Spaltes (S) bewegt wird.

2. Vorrichtung zur Herstellung von Metallbändern mit gleichmäßiger Dicke, welche einen mit einer Ausgußdüse versehenen Tiegel zur Aufnahme einer Metallschmelze sowie eine durch einen Spalt von der Ausgußdüse getrennt angeordnete, drehbare Kühltrommel aufweist, wobei dem Spalt eine Regelanordnung zur Einstellung seiner Größe zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelanordnung ein den Spalt (S) abbildendes optisches Gerät, einen Motor (11) zur Einstellung des den Spalt (S) bestimmenden Abstandes zwischen der Ausgußdüse (3) und der Kühltrommel (2) sowie eine elektronische Steuereinheit (10) zur Steuerung des Motors (11) aufweist, wobei das optische Gerät mit einer ein den Spalt (S) durchleuchtendes Lichtbündel erzeugenden Lichtquelle (1), einer das den Spalt (S) verlassende Lichtbündel weiterleitenden optischen Abbildungseinheit (4) und einem dahinter angeordneten Photoelement (6) ausgestattet ist, welches ein der elektronischen Steuereinheit (10) zuzuleitendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoelement (6) auf einem Schirm (5) angeordnet ist und der Schirm (5) mit Elementen zur Einstellung des Photoelementes (6) ausgerüstet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) zur Erzeugung des Lichtbündels mit einer die Ausgangsebene der Ausgußdüse (3) berührenden optischen Achse und das Photoelement (6) in Richtung des Randes des Lichtbündels verschoben angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) ein Schrittmotor ist und die elektronische Steuereinheit (10) mit einem Signalgenerator (9) verbunden ist, welcher Signale von veränderlicher Frequenz entsprechend dem Ausgangssignal des Photoelementes (6) erzeugt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) zur Verschiebung der Ausgußdüse (3) einen mit dem Tiegel verbundenen mechanischen Antrieb (12) betätigt.