PL190825B1 - Sposób lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym oraz urządzenie do lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym - Google Patents

Abstract

1. Sposób lokalizacji koncentracji stezenia pier- wiastka we wlewku ciaglym, wytwarzanym metoda odlewania poziomego ze stopów metali niezela- znych, znamienny tym, ze z wlewka ciaglego pobie- ra sie próbke (3) w postaci wzdluznego wycinka, z którego zdejmuje sie pasami, co najmniej raz w kie- runku poprzecznym, warstwe powierzchniowa o okre- slonej grubosci, nastepnie wzdluz zdjetego pasa (18) przeprowadza sie punktowa analize spektralna skla- du metalicznego w postaci liniowego ciagu (19) punktów, po czym za pomoca komputera (11) przed- stawia sie liczbowo i/lub graficznie stezenia (20) pierwiastka. 2. Urzadzenie do lokalizacji koncentracji ste- zenia pierwiastka we wlewku ciaglym, wytwarzanym metoda odlewania poziomego ze stopów metali niezelaznych, znamienne tym, ze zawiera czujnik (7), wyznaczajacy polozenie pobranej z wlewka próbki (3), oraz jednostke (4) do skrawania metalu i glowice (14) do analizy spektralnej, przemieszczane wzgledem próbki (3) i regulowane za po-moca jed- nostki (6) do regulacji skrawania metalu i analizy spektralnej, przy czym jednostka (6) do regulacji skrawania metalu i analizy spektralnej jest polaczona z komputerem (11) z jednej strony poprzez uklad…... PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym oraz urządzenie do lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym. Wynalazek stosuje się do lokalizacji koncentracji stężeń pierwiastków w obszarach brzegowych wlewków ciągłych, wytwarzanych metodą odlewania poziomego ze stopów metali nieżelaznych.

Przy odlewaniu poziomym, zwłaszcza mających prostokątny przekrój, wlewków ciągłych ze stopów metali nieżelaznych, na przykład taśm z brązów cynowych, w praktyce napotyka się stale, mimo intensywnych wysiłków, problemy związane z niezawodnością określania jakości wlewków. Zazwyczaj trudności te występują przy znajdowaniu koncentracji stężenia cyny (segregacji cyny), przekraczających wielokrotnie udział cyny w danym stopie. Tego typu koncentracje stężenia cyny stanowią w brzegowych obszarach wlewka cią głego anomalie, rozcią gają ce się zazwyczaj w kierunku odlewania i występujące na całej szerokości taśmy. Anomalie te z reguły są spotykane w brązach cynowych. W praktyce eliminuje się je poprzez zdję cie powierzchniowej warstwy o okreś lonej gruboś ci, co pozwala z tego typu wlewka ciągłego wytwarzać dobre jakościowo produkty.

Grubość zdjętej warstwy powierzchniowej wyznaczano dotychczas w oparciu o wartości doświadczalne, które z reguły były wystarczające. Jednak przy odlewaniu poziomym, w pewnych warunkach, tworzyły się koncentracje stężeń cyny, które w określonych miejscach wchodziły nadmiernie we wlewek. Przyczyną tego zjawiska są najczęściej zamierzone lub niezamierzone zmiany parametrów chłodzenia. Anomalie te były jednak widoczne dopiero po kilku cyklach roboczych w postaci liniowych jasnożółtych pasów na walcowanej i polerowanej powierzchni. Wsady te były z reguły złomowane.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka w obszarach brzegowych wlewka ciągłego, wytwarzanego metodą odlewania poziomego ze stopów metali nieżelaznych, oraz urządzenia do realizacji tego sposobu, w których zarówno przy zamierzonych i niezamierzonych zmianach parametrów chłodzenia, jak też przy zachodzącym w sposób niekontrolowany, lokalnym chłodzeniu homogenizującym, można skutecznie wykryć i usunąć koncentracje stężenia pierwiastka.

Sposób lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym, wytwarzanym metodą odlewania poziomego ze stopów metali nieżelaznych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że z wlewka ciągłego pobiera się próbkę w postaci wzdłużnego wycinka, z którego zdejmuje się pasami, co najmniej raz w kierunku poprzecznym, warstwę powierzchniową o określonej grubości, następnie wzdłuż zdjętego pasa przeprowadza się punktową analizę spektralną składu metalicznego w postaci liniowego ciągu punktów, po czym za pomocą komputera przedstawia się liczbowo i/lub graficznie stężenia pierwiastka.

Urządzenie do lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym, wytwarzanym metodą odlewania poziomego ze stopów metali nieżelaznych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera czujnik, wyznaczający położenie pobranej z wlewka próbki, oraz jednostkę do skrawania metalu i głowicę do analizy spektralnej, przemieszczane względem próbki i regulowane za pomocą jednostki do regulacji skrawania metalu i analizy spektralnej, przy czym jednostka do regulacji skrawania metalu i analizy spektralnej jest połączona z komputerem z jednej strony poprzez układ sterowania z programowaną pamięcią, z drugiej zaś poprzez spektrometr.

Korzystnie jednostka do regulacji skrawania metalu i analizy jest połączona ze spektrometrem za pomocą światłowodu.

Według wynalazku z wlewka ciągłego, na początku i końcu zwijanego kręgu, usuwa się wzdłużny wycinek, stanowiący próbkę, z której następnie zdejmuje się pasami, co najmniej raz w kierunku poprzecznym, warstwę powierzchniową o określonej grubości. Warstwę powierzchniową można usuwać poprzez frezowanie, szlifowanie lub inny rodzaj obróbki mechanicznej. Ma przy tym znaczenie fakt, że przy skrawaniu nie ma potrzeby podawania środka smarnego. Skrawanie odbywa się na całej długości próbki, a zatem na całej szerokości wlewka ciągłego.

Na tych przefrezowanych pasach próbki przeprowadza się następnie, w ich kierunku wzdłużnym, punktową analizę spektralną metalicznego składu w postaci liniowego ciągu. Wyznaczone w ten sposób stężenia pierwiastka, na przykład cyny w przypadku taśmy z brązu cynowego, przedstawia się następnie liczbowo i graficznie za pomocą komputera.

Jeżeli stwierdzi się przy tym, że co najmniej w jednym miejscu występuje koncentracja stężenia, przekraczająca zadaną górną wartość graniczną, wówczas zdejmuje się wzdłuż pasa jeszcze jedną warstwę, jednak wyraźnie cieńszą niż warstwa pierwsza. Następnie przeprowadza się ponownie anaPL 190 825 B1 lizę spektralną składu materiału wzdłuż pasa i wyświetla się wynik badania. Jeżeli stężenie pierwiastka pozostaje poniżej wartości granicznej, wówczas wlewek ciągły przechodzi do wytwarzania gotowych produktów lub do dalszej przeróbki. Jeżeli nadal istnieją niedopuszczalne anomalie, wówczas zdejmuje się kolejną cienką warstwę, następnie przeprowadza się analizę spektralną, po czym decyduje, czy wlewek ciągły można skierować do dalszej przeróbki.

Sposób według wynalazku umożliwia zatem dokładne stwierdzenie, ile materiału należy zdjąć z wlewka, aby do dalszej przeróbki moż na było dostarczyć dobry jakoś ciowo materiał wyjś ciowy.

Urządzenie według wynalazku pracuje w sposób następujący. Próbka usunięta z wlewka ciągłego jest mocowana miejscowo. Czujnik analizuje wówczas powierzchnię próbki i tak nastawia jednostkę skrawającą, zwłaszcza głowicę z frezem, że może ona zdjąć warstwę powierzchniową o stałej grubości. Jednocześnie wyznacza się wymiar w kierunku poprzecznym. Czujnik jest przy tym regulowany za pomocą jednostki do regulacji skrawania i analizy spektralnej, połączonej z układem sterowania o programowanej pamięci. Układ sterowania jest z kolei połączony z komputerem, który poprzez układ sterowania i jednostkę do regulacji skrawania i analizy ustala krokowo położenie czujnika, ponadto zaś kontroluje wszystkie łańcuchy zabezpieczeń i funkcje urządzenia.

Następnie usuwa się pasami, za pomocą jednostki do skrawania metalu, warstwę powierzchniową o zadanej grubości, na przykład 0,6 mm, w związku z czym otrzymuje się surową powierzchnię. Nad pasem, z którego usunięto warstwę powierzchniową, przejeżdża się głowicą do analizy spektralnej, która wyznacza w liniowym ciągu punktów skład metaliczny próbki, przy czym spektrometr przekazuje wyznaczone stężenia do komputera.

Ponieważ komputer gromadzi wszystkie dane odnośnie położenia i analizy, zaś dane z analizy dodatkowo koryguje w oparciu o dane wzorcowe, dane te są przenoszone na wykres, wyświetlany na bieżąco na monitorze. Widać tu wyraźnie, gdzie występuję anomalia, przekraczająca wartość graniczną. Jeżeli komputer stwierdzi taką anomalię, wówczas natychmiast decyduje o konieczności zdjęcia przez jednostkę skrawającą następnej warstwy z wycinka wlewka, przy czym warstwa ta powinna mieć znacznie mniejszą grubość, na przykład 0,2 mm. Warstwę te można zdjąć albo na całym wymiarze w kierunku poprzecznym, albo jedynie tam, gdzie stwierdzono nadmierne stężenie.

Po zdjęciu drugiej warstwy przeprowadza się ponownie analizę spektralną i stwierdza, czy nadal występuje zwiększone stężenie, czy też stężenie pierwiastka mieści się w przedziale wartości granicznych. Jeżeli stężenie pierwiastka mieści się w przedziale wartości granicznych, czyli anomalia została usunięta, wówczas ustalone są również wartości dla obróbki wlewka ciągłego. Jeżeli anomalia nadal istnieje, wówczas zdejmuje się kolejną cienką warstwę, na przykład o grubości 0,2 mm, po czym bada się próbkę metodą analizy spektralnej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie do lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym, fig. 2 - próbkę w postaci wzdłużnego wycinka wlewka ciągłego w powiększonym widoku z góry, zaś fig. 3 od 6 - róż ne wykresy sporzą dzone na podstawie analizy segregacji.

Na fig. 1 przedstawione jest urządzenie 1 do lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka w brzegowych obszarach wytwarzanego poziomo wlewka cią głego o przekroju prostoką tnym, ze stopu miedzi i cyny (CuSn4) . Urządzenie 1 zawiera stół 2 do próbek, na którym mocowany jest miejscowo krótki wzdłużny wycinek wlewka ciągłego w postaci próbki 3. Jak widać również na fig. 2, usunięta z wlewka cią głego długość L próbki 3 jest znacznie mniejsza niż szerokość B, odpowiadają ca zarazem szerokości wlewka ciągłego. Próbka 3 jest na swej szerokości zamocowana lokalnie również wzdłuż stołu 2.

Wzdłuż stołu 2, a co za tym idzie, również równolegle do poprzecznego kierunku próbki 3, przemieszczana jest jednostka 4 do skrawania metalu w postaci głowicy z frezem 5. Frez .5 jest wysuwany w dół z jednostki 4 do skrawania metalu. Poza tym jednostka 4 do skrawania metalu jest przemieszczana poprzecznie do stołu 2. W tym celu jednostka 4 do skrawania metalu współpracuje, w nie przedstawiony bliżej sposób, z wbudowaną w stół 2 jednostką 6 do regulacji skrawania metalu i analizy.

Jednostce 4 do skrawania metalu jest przyporządkowany czujnik 7, za pomocą którego wyznacza się położenie próbki 3 na stole 2 oraz jej szerokość B w kierunku poprzecznym.

Ponieważ jednostka 4 do skrawania metalu jest uzależniona od jednostki 6 do regulacji skrawania metalu i analizy, jest ona również przewodem 8 połączona z układem sterowania 9 z programowaną pamięcią, który z kolei przewodem 10 jest połączony z komputerem 11, zaopatrzonym w monitor 12 i drukarkę 13.

PL 190 825 B1

Ponadto wzdłuż stołu 2, a co za tym idzie, równolegle do szerokości B próbki 3, przemieszczana jest głowica 14 do analizy spektralnej. Również ona jest uzależniona od jednostki 6 do regulacji skrawania metalu i analizy, która ze swej strony jest połączona światłowodem 15 ze spektrometrem 16, a ten z kolei przewodem 17 z komputerem 11.

Dla przeprowadzenia analizy przemieszcza się najpierw czujnik 7, za pomocą układu sterowania 9 i jednostki 6 do regulacji skrawania metalu i analizy, nad próbką 3, odczytując jej położenie i szeroko ść B. Na podstawie wartoś ci, przesłanych do układu sterowania 9, ustawia on jednostkę 4 do skrawania metalu tak, że frez 5 zdejmuje pasami z próbki 3 na szerokości B warstwę powierzchniową o głę bokoś ci 0,6 mm (patrz również fig. 2)

Następnie, w oparciu o sygnał przesłany z komputera 11 przez układ sterowania 9, przemieszcza się głowicę 14 do analizy spektralnej wzdłuż wyfrezowanego pasa 18, przy czym przeprowadza się punktową analizę spektralną metalicznego składu próbki 3 w postaci liniowego ciągu 19 punktów (plamki wypalone przez spektrometr). Spektrometr 16 otrzymuje przy tym z komputera 11 polecenia, który stop ma być poddany analizie i kiedy ma zaiskrzyć. Spektrometr 16 wyznacza skład za pomocą spektrometrii emisyjnej i przekazuje informację o stężeniu do komputera 11.

Strzałki PF oznaczają przy tym przepływ informacji.

Komputer 11 zbiera dane odnośnie położenia oraz dane z analizy i koryguje je ewentualnie w odniesieniu do wartoś ci wzorcowych. Nastę pnie przenosi dane odnoś nie położ enia oraz dane z analizy do wykresu, ukazywanego na bie żą co na monitorze 12, jak widać na fig. 3. Na osi odcię tych X przedstawiona jest tutaj szeroko ść B próbki 3 w milimetrach, zaś na osi rzę dnych Y stężenie cyny w procentach. Dopuszczalne stężenie cyny leż y w przedziale od 3,5 do 4,5 procent.

W przykładzie wykonania spektrometr 16 stwierdził, przy głę bokoś ci frezowania około 0,6 mm z pozycji 375 do 425 mm, stężenie 20 cyny, wychodzą ce poza górną wartość graniczną GWG, następnie przekazał je do komputera 11 i wyświetlił na monitorze, jak przedstawiono na fig. 3.

Teraz przepuszczono jednostkę 4 do skrawania metalu ponownie, wzdłuż pasa 18, przy czym zdjęto dalsze 0,2 mm materiału.

Następnie wzdłuż pasa 18 przejechano głowicą 14 do analizy spektralnej, wyznaczając skład metaliczny próbki.

Jak w odniesieniu do powyższego wynika z fig. 4, również analiza przeprowadzona dla głębokości frezowania ogółem 0,8 wykazała zwiększone stężenie 20 cyny w obszarze pomiędzy 375 i 425 mm. Należy jednak zauważyć, że pik stężenia 20 cyny uległ tutaj zwężeniu u podstawy.

Z uwagi na nadal zwię kszone stężenie 20 cyny przeprowadzono ponownie jednostkę 4 do skrawania metalu wzdłuż pasa 18 i zdjęto kolejną warstwę o grubości 0,2 mm.

Następnie wzdłuż pasa 18 przejechano znowu głowicą 14 do analizy spektralnej, wyznaczając ponownie skład metaliczny próbki.

Jak wynika z fig. 5, przy całkowitej głębokości frezowania wynoszącej około 1 mm, pomiędzy pozycją 375 i 425 nadal istnieje zwiększone stężenie cyny, jednak pik tego stężenia jest jeszcze mniejszy.

W zwią zku z tym jednostka 4 do skrawania metalu została ponownie przeprowadzona wzdłuż pasa 18, zdejmując frezem 5 następną warstwę o grubości 0,2 mm.

Następnie wzdłuż pasa 18 przejechano znowu głowicą 14 do analizy spektralnej wyznaczono skład metaliczny próbki.

Jak wynika z wykresu, ukazanego na monitorze 12 komputera 11 według fig. 6, przy głębokości frezowania wynoszącej ogółem 1,2 mm, nie stwierdzono obecności zwiększonego stężenia względnie anomalii. Przebieg koncentracji cyny waha się pomiędzy obiema liniami granicznymi GWG i DWG.

Z powyższych badań wynika zatem, ż e frez do obróbki wlewka cią głego musi być ustawiony na głębokość frezowania równą 1,4 mm, aby w zwiniętym w postać kręgu wlewku ciągłym (taśmie metalowej) nie występowały niedopuszczalnie wysokie stężenia cyny, które przy dalszej przeróbce wlewka mogłyby prowadzić do powstania wadliwych produktów.

Claims (3)

1. Sposób lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym, wytwarzanym metodą odlewania poziomego ze stopów metali nieżelaznych, znamienny tym, że z wlewka ciągłego pobiera się próbkę (3) w postaci wzdłużnego wycinka, z którego zdejmuje się pasami, co najmniej raz

PL 190 825 B1 w kierunku poprzecznym, warstwę powierzchniową o określonej grubości, następnie wzdłuż zdjętego pasa (18) przeprowadza się punktową analizę spektralną składu metalicznego w postaci liniowego ciągu (19) punktów, po czym za pomocą komputera (11) przedstawia się liczbowo i/lub graficznie stężenia (20) pierwiastka.

2. Urządzenie do lokalizacji koncentracji stężenia pierwiastka we wlewku ciągłym, wytwarzanym metodą odlewania poziomego ze stopów metali nieżelaznych, znamienne tym, że zawiera czujnik (7), wyznaczający położenie pobranej z wlewka próbki (3), oraz jednostkę (4) do skrawania metalu i głowicę (14) do analizy spektralnej, przemieszczane względem próbki (3) i regulowane za pomocą jednostki (6) do regulacji skrawania metalu i analizy spektralnej, przy czym jednostka (6) do regulacji skrawania metalu i analizy spektralnej jest połączona z komputerem (11) z jednej strony poprzez układ sterowania (9) z programowaną pamięcią, z drugiej zaś poprzez spektrometr (16).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że jednostka (6) do regulacji skrawania metalu i analizy jest połączona ze spektrometrem (16) za pomocą światłowodu (15)