EP0398455B1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung rotationssymmetrischer Körper - Google Patents
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- EP0398455B1 EP0398455B1 EP90250111A EP90250111A EP0398455B1 EP 0398455 B1 EP0398455 B1 EP 0398455B1 EP 90250111 A EP90250111 A EP 90250111A EP 90250111 A EP90250111 A EP 90250111A EP 0398455 B1 EP0398455 B1 EP 0398455B1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/123—Spraying molten metal
Definitions
- the invention relates to a method for producing rotationally symmetrical bodies by spraying a molten metal, in particular a molten steel.
- the production of round products by spray compacting is known, e.g. from EP-A1 0 225 732, EP-A1 0 188 944 or GB-PS 1 599 392. All processes have in common that the melt is atomized with the aid of a nozzle and the metal droplets thus produced are placed on a rotating base, be it a plate with a vertical axis of rotation or a base with an inclined or horizontal axis of rotation.
- the geometry and dimensions of the product produced depend on the amount of melt carried out per unit of time, the pendulum angle of the nozzle, the distance of the nozzle from the support and the speed at which the support is moved away from the nozzle or past the nozzle.
- a method is preferred in which the metal droplets are sprayed onto a horizontally lying plate, which rotates about a vertical axis, and the plate is lowered vertically.
- the invention has for its object to improve the known methods so that the body produced has a constant diameter over its entire length.
- the invention is based on a method for producing rotationally symmetrical bodies by spraying a molten metal, collecting the metal droplets thus produced on a rotating base, the base being fully covered with metal droplets after a complete rotation and moving the base while maintaining the rotation, from the catch position (spray level) and is characterized according to the invention in that the position of the spray level is continuously determined during the supply of metal droplets and the speed of movement of the base and / or the mass flow of the metal droplets are regulated such that a predetermined target position of the spray level is maintained.
- the position of the spray plane is detected by an optically operating transmitter-receiver unit.
- a further embodiment of the invention is characterized in that a light band emitted by the transmitter lies parallel to a plane of the direction of withdrawal of the rotationally symmetrical body.
- Essential in The meaning of the invention is that the light band cuts the body outside of a surface of the spray plane acted upon by the metal droplets.
- a modification of the invention is possible in that instead of the optically operating transceiver unit, which also includes systems with magnetic wave fronts for detection, one is used which is also arranged arbitrarily in the space above the spray level and works on an acoustic basis .
- the invention is based on a device consisting of a storage vessel and a nozzle for the melt to be atomized, a rotating base arranged at a distance from the nozzle and movable by the nozzle by means of a transport device for collecting the atomized melt, whereby the nozzle and the pad are arranged in a chamber.
- This device is further developed according to the invention in that a transmitter and a receiver are arranged in the area of the spray level to the side of the base, such that the base or spray level lies in the beam path of the transmitter and that the receiver is equipped with a controller and processing the measured value of the receiver the controller is connected to the transport device and / or an adjusting device for the melt flow rate.
- the melt to be atomized is in a storage vessel 1.
- the melt emerges from an opening in the bottom of the storage vessel 1 and is atomized into fine droplets in the nozzle 2.
- the nozzle 2 is suspended and the pendulum area is indicated by the pendulum angle ⁇ .
- This makes it possible to coat an adjustable area on a base 3.
- the position of spray level 4 is thus defined in the starting position.
- the drawing shows the base 3 in the lowered position and the Spray level 4 is formed by the free end face of the body 5 already produced.
- the base 3 is supported by a rod 6.
- a transport device 7 engages the rod 6, which enables the rod 6 and thus the base 3 to be lowered.
- the body 5 produced is held in the desired position by a guide 8.
- the nozzle 2 and the base 3 are located within a chamber 9 filled with inert gas.
- means 10, 11 for detecting the position of the spray level 4 are now fixed in the chamber 9, in or on the side walls, at the level of the spray level 4 - that is, either at the start of the spraying process of the support 3 or during the spraying process of the free end face of the body 5 - arranged laterally next to the body 5 to be generated.
- the means 10, 11 consist of a transmitter 10 and a receiver 11 of known type.
- the transmitter 10 emits non-scattering measuring beams in the form of a band 12, preferably in the form of laser beams.
- the band 12 lies in a plane parallel to the lowering direction of the base 3 in a region such that the light band 12 emitted by the transmitter 10 cuts the body 5 outside a surface of the spray plane 4 which is affected by the metal droplets.
- the transmitter 10 is opposite the receiver 11 with the light-sensitive cells correspondingly assigned to the radiation band.
- the position of the base 3 or the spray plane 4 can be determined directly from the optical "assignment" of the light-sensitive cells.
- the measured values of the receiver 11 are fed to a controller 13, which evaluates the measured values and compares them with a target value for the position of the spray plane 4. Deviations from the target value are corrected by a corresponding control of the transport device 7 in the sense of a corresponding increase or decrease in the lowering speed of the rod 6.
- Adjustment means are either the drive of a slide closure or a stopper rod of the storage vessel or, in the event that the filling level is decisive for the flow rate with a constant flow cross-section of the opening of the storage vessel 1, a corresponding change in the amount of melt to be fed into the storage vessel.
- the invention thus prevents the spraying plane from moving out of its predetermined position due to an irregular lowering speed or changing the mass flow of the metal droplets and thus entailing a reduction or enlargement of the predetermined diameter.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Körpern durch Versprühen einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze.
- Die Herstellung von Rundprodukten durch Sprühkompaktieren ist bekannt, z.B. aus der EP-A1 0 225 732, der EP-A1 0 188 944 oder der GB-PS 1 599 392. Allen Verfahren ist gemeinsam, daß Schmelze mit Hilfe einer Düse zerstäubt wird und die so erzeugten Metalltröpfchen auf einer rotierenden Unterlage, sei es ein Teller mit vertikaler Drehachse oder eine Unterlage mit schräger oder horizontal liegender Drehachse, aufgefangen werden.
- Geometrie und Abmessung des erzeugten Produktes sind dabei abhängig von der pro Zeiteinheit durchgesetzten Schmelzenmenge, dem Pendelwinkel der Düse, dem Abstand der Düse von der Unterlage und der Geschwindigkeit, mit der die Unterlage von der Düse weg bzw. an der Düse vorbeigeführt wird. Dabei ist man bestrebt, eine vorgegebene Abmessung eines Produktes durch Beibehaltung des Massenstromes des Metalles und einer vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage konstant zu halten.
- Dies gelingt jedoch nicht in einer zufriedenstellenden Weise.
- Zur Herstellung von Rundknüppeln mit endlicher Länge wird ein Verfahren bevorzugt, bei dem die Metalltröpfchen auf einen horizontal liegenden Teller, der um eine vertikale Achse rotiert, aufgesprüht werden und der Teller vertikal abgesenkt wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, daß der erzeugte Körper über seine gesamte Länge einen möglichst gleichbleibenden Durchmesser aufweist.
- Die Erfindung geht dabei aus von einem Verfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Körpern durch Versprühen einer Metallschmelze, Auffangen der so erzeugten Metalltröpfchen auf einer rotierenden Unterlage, wobei die Unterlage nach einer vollständigen Umdrehung mit Metalltröpfen voll belegt ist und Fortbewegen der Unterlage, unter Beibehaltung der Rotation, aus der Auffangstellung (Sprühebene) und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Sprühebene während der Metalltröpfchenzufuhr fortlaufend ermittelt und die Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage und/oder der Massenstrom der Metalltröpfchen derart geregelt werden, daß eine vorgegebene Soll-Lage der Sprühebene eingehalten wird.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Lage der Sprühebene durch eine optisch arbeitende Sender-Empfänger-Einheit erfaßt. Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Sender ausgestrahltes Lichtband parallel zu einer Ebene der Abzugsrichtung des rotationssymmetrischen Körpers liegt. Wesentlich im Sinne der Erfindung ist dabei, daß das Lichtband den Körper außerhalb einer von den Metalltröpfchen beaufschlagten Fläche der Sprühebene schneidet. Eine Abwandlung der Erfindung ist dadurch möglich, daß anstelle der optisch arbeitenden Senden-Empfänger-Einheit, worunter auch Systeme mit magnetischen Wellenfronten zur Detektion verstanden werden, eine solche benutzt wird, die auch beliebig im Raum oberhalb der Sprühebene angeordnet ist und auf akustischer Basis arbeitet.
- Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung von einer Einrichtung aus, bestehend aus einem Vorratsgefäß und einer Düse für die zu zerstäubende Schmelze, einer in Abstand von der Düse angeordneten, rotierenden, von der Düse mittels einer Transportvorrichtung fortbewegbaren Unterlage zum Auffangen der zerstäubten Schmelze, wobei die Düse und die Unterlage in einer Kammer angeordnet sind. Diese Einrichtung wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, daß im Bereich der Sprühebene seitlich der Unterlage ein Sender und ein Empfänger angeordnet sind, derart, daß die Unterlage bzw. die Sprühebene im Strahlengang des Senders liegt und daß der Empfänger mit einem dem Meßwert des Empfängers verarbeitenden Regler und der Regler mit der Transportvorrichtung und/oder einer Stelleinrichtung für die Schmelzendurchflußmenge verbunden ist.
- Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Gemäß der Zeichnung befindet sich die zu zerstäubende Schmelze in einem Vorratsgefäß 1. Die Schmelze tritt aus einer Öffnung im Boden des Vorratsgefäßes 1 aus und wird in der Düse 2 zu feinen Tröpfchen zerstäubt. Die Düse 2 ist pendelnd aufgehängt und der Pendelbereich wird durch den Pendelwinkel α angegeben. Damit ist es möglich, einen einstellbaren Bereich auf einer Unterlage 3 zu bestreichen. In der Startposition ist damit die Lage der Sprühebene 4 definiert. Die Zeichnung zeigt die Unterlage 3 in abgesenkter Position und die Sprühebene 4 wird von der freien Stirnseite des bereits erzeugten Körpers 5 gebildet. Die Unterlage 3 wird von einer Stange 6 getragen. An die Stange 6 greift eine Transportvorrichtung 7 an, die ein Absenken der Stange 6 und damit der Unterlage 3 ermöglicht. Der erzeugte Körper 5 wird durch eine Führung 8 in der gewünschten Lage gehalten.
- Die Düse 2 und die Unterlage 3 befinden sich innerhalb einer mit Inertgas gefüllten Kammer 9.
- Gemäß der Erfindung sind nun in der Kammer 9, in oder an den Seitenwänden befestigt, in Höhe der Sprühebene 4 Mittel 10, 11 zum Erfassen der Lage der Sprühebene 4 - also entweder beim Start des Sprühvorganges der Auflage 3 oder während des Sprühvorganges der freien Stirnfläche des Körpers 5 - seitlich neben dem zu erzeugenden Körper 5 angeordnet. Die Mittel 10, 11 bestehen aus einem Sender 10 und einem Empfänger 11 an sich bekannter Bauart. Der Sender 10 gibt nichtstreuende Meßstrahlen in Form eines Bandes 12 ab, vorzugsweise in Form von Laserstrahlen. Das Band 12 liegt in einer Ebene parallel zur Absenkrichtung der Unterlage 3 in einem Bereich, daß das vom Sender 10 ausgestrahlte Lichtband 12 den Körper 5 außerhalb einer von den Metalltröpfchen beaufschlagten Fläche der Sprühebene 4 schneidet. Dem Sender 10 liegt der Empfänger 11 mit dem Strahlenband entsprechend zugeordneten lichtempfindlichen Zellen gegenüber. Aus der optischen "Belegung" der lichtempfindlichen Zellen kann direkt die Lage der Unterlage 3 bzw. der Sprühebene 4 ermittelt werden. Die Meßwerte des Empfängers 11 werden einem Regler 13 zugeführt, der eine Auswertung der Meßwerte und einen Vergleich mit einem Soll-Wert der Lage der Sprühebene 4 vornimmt. Abweichungen vom Soll-Wert werden durch eine entsprechende Steuerung der Transportvorrichtung 7 im Sinne einer entsprechenden Erhöhung oder Verringerung der Absenkgeschwindigkeit der Stange 6 korrigiert. Ebenso ist es möglich, die Sprühebene 4 durch steuernden Eingriff des Reglers 13 auf entsprechende Stellmittel zur Regelung der Ausflußmenge der Schmelze aus dem Vorratsgefäß 1 konstant zu halten. Stellmittel sind dabei entweder der Antrieb eines Schieberverschlusses oder einer Stopfenstange des Vorratsgefäßes oder für den Fall, daß bei konstantem Ausflußquerschnitt der Öffnung des Vorratsgefäßes 1 für die Durchflußmenge die Füllhöhe maßgebend ist, eine entsprechende Änderung der in das Vorratsgefäß nachzuführenden Schmelzenmenge.
- Mit der Erfindung wird also vermieden, daß durch eine unregelmäßige Absenkgeschwindigkeit oder Veränderung des Massenstromes der Metalltröpfchen die Sprühebene aus ihrer vorgegebenen Lage abwandert und damit eine Verringerung oder auch Vergrößerung des vorgegebenen Durchmessers nach sich zieht.
Claims (7)
- Verfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Körpern durch Versprühen einer Metallschmelze, Auffangen der so erzeugten Metalltröpfchen auf eine rotierende Unterlage, wobei die Unterlage nach einer vollständigen Umdrehung mit Metalltröpfchen voll belegt ist und Fortbewegen der Unterlage, unter Beibehaltung der Rotation, aus der Auffangstellung bzw. Sprühebene,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage der Sprühebene während der Metalltröpfchenzufuhr fortlaufend ermittelt und die Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlage und/oder der Massenstrom der Metalltröpfchen derart geregelt werden, daß eine vorgegebene Soll-Lage der Sprühebene eingehalten wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage der Sprühebene durch eine optisch arbeitende Sender-Empfänger-Einheit erfaßt wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein vom Sender ausgestrahltes Lichtband in der Ausbreitungsrichtung senkrecht zur Abzugsrichtung und die Breite des Lichtbandes parallel zu einer Ebene der Abzugsrichtung des rotationssymmetrischen Körpers liegt. - Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lichtband den Körper außerhalb einer von den Metalltröpfchen beaufschlagten Fläche der Sprühebene schneidet. - Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Vorratsgefäß und einer Düse für die zu zerstäubende Schmelze, einer in Abstand von der Düse angeordneten, rotierbaren, von der Düse durch Transportmittel fortbewegbaren Unterlage zum Auffangen der zerstäubten Schmelze, wobei die Düse und die Unterlage in einer Kammer angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich oder oberhalb der Sprühebene (4) ein Sender (10) und ein Empfänger (11) angeordnet sind derart, daß die Unterlage (3) bzw. die Sprühebene (4) im Strahlengang des Senders (10) liegt, daß der Empfänger (11) mit einem den Meßwert des Empfängers (11) verarbeitenden Regler (13) und der Regler (13) mit den Transportmitteln (7) und/oder einer Stelleinrichtung für die Schmelzendurchflußmenge verbunden ist. - Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Sender (10) und Empfänger (11) für die Erzeugung bzw. Verarbeitung eines Lichtbandes ausgelegt sind und im Bereich der Sprühebene (4) seitlich der Unterlage (3) bzw. der Sprühebene einander gegenüberliegend angeordnet sind. - Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sprühebene (4) im Strahlengang des Senders (10) als Reflexionsfläche der Strahlen dient.
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