DE69808295T2

DE69808295T2 - Verfahren und vorrichtung zur oberflächentemperaturkontrolle eines blockes während des giessens und insbesondere während des angiessens

Info

Publication number: DE69808295T2
Application number: DE69808295T
Authority: DE
Inventors: Marc Auger; Yves Caron; Ghyslain Dube; Friedrich Muller
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: NO326654B1; AU8095798A; JP2002508708A; DE69808295D1; CA2291162C; US6056041A; EP0991487A1; BR9810515A; NO20071509L; CA2291162A1; AU734850B2; EP0991487B1; ES2179513T3; NO996076D0; NO996076L; WO1998056522A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kontrollieren der Temperatur oder des Maßes der Abkühlung eines Gussblocks während des Gießens.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kontrollieren der Oberflächentemperatur oder des Maßes der Kühlung eines Gussblocks während des Angießens.

STAND DER TECHNIK

Während des Direkt-Kokillen-Gusses (DC) von Aluminium und Aluminiumlegierungen in einer Form mit offenem Ende wird der gegossene Block drei Arten der Kühlung unterworfen, d. h. der Primärkühlung (Wärme wird durch die Formfläche abgeführt), der sekundären Kühlung (die Temperatur der Blockoberfläche wird durch Besprühen oder Einspritzen, wobei ein flüssiger Kühlmittelstrahl verwendet wird, auf die verfestigte Oberfläche des Blocks an seinen Ausgängen von der Gussform) kontrolliert und einem Bodenblock- oder Bodensteinkappenkühlen (Wärme wird durch einen festen Angussblock abgeführt, der zum Initiieren des Gussvorgangs verwendet wird). Da die Primärkühlung und die Bodenblockkühlung nicht einfach zu modifizieren oder in der Zeit zu justieren sind, ist die Sekundärkühlung die Haupteinrichtung zum Beeinflussen des Oberflächentemperaturprofils des gegossenen Blocks oder des Maßes der Kühlung, wenn er geformt wird. Eine richtige Kontrolle des Sekundärkühlens wird benötigt, um verschiedene Gussprobleme und Blockschäden zu vermeiden. Ein übermäßiges oder nicht ausreichendes Kühlen kann verantwortlich für die Gussblockdefektbildung sein, wie einer übermäßigen Stoßwellung, was zu einem Ausbluten auf den kurzen Seiten von Gussblöcken mit rechteckigem Querschnitt führt, einem Kaltfalten, das ein zusätzliches Abtragen vor dem Heißwalzen verlangt, und ein Brechen, das durch übermäßige thermomechanische Spannungen hervorgerufen wird.
Dieses Problem ist insbesondere akut währen der Angussphase eines solchen DC Gussvorgangs, da das thermische und mechanische Verhalten des Gussblocks in einer Übergangsphase ist, die hohe thermische und mechanische Spannungen hervorrufen kann. Durch Verwendung der kombinierten Wirkung der drei Arten von Kühlung, jedoch insbesondere durch Modifikation des Kühleffekts der Sekundärkühlung, war es das Ziel, progressiv das Gussblockkühlen zu erhöhen, bis ein stationärer Zustand erreicht ist, ohne eine Produktdefektbildung hervorzurufen. Es war nicht möglich, quantitativ die kombinierte Kühlwirkung aller einzelnen Parameter zu bestimmen, die die Gussblockkühlung beeinflussen. Folglich basierten korrigierende Eingriffe oftmals auf der persönlichen Erfahrung des Bedieners oder auf "trial and error". Dies macht die Verfahrenssteuerung oftmals sehr schwierig, insbesondere wenn keine Erfahrung mit neuen Legierungen, Produkten oder neuen Gusstechnologien vorhanden ist.
Verschiedene Techniken sind für die Modifikation der Kühlwirkungen des Sekundärkühlens bekannt, wie "pulsed water", wie es im US-Patent 3,441,079 beschrieben ist, oder Gaseinspritzung, wie es im US Patent 4,693,298 beschrieben ist. Diese Techniken waren im allgemeinen jedoch vorgesteuert und verwenden kein Feedback aus dem Gussblockzustand, um das Anwenden der Steuerung zu modifizieren. Daher sind sie nicht fähig, auf Variationen in den Kühlmitteleigenschaften, den Formkühlungsvariationen, der Metalltemperatur, der Gussgeschwindigkeit usw. zu antworten.
Das deutsche Patent DE 1,941,816 (von VAW) schlägt die Verwendung einer Temperaturmessprobe vor, die die Gussblockoberfläche berührt, als eine Einrichtung, um eine direkte Temperaturrückmeldung vorzusehen, um die Kühlmediumsaufbringung zu steuern. Die Proben sind an einer Radeinrichtung angebracht, die das Herstellen von Kontakten ermöglicht, wenn der Gussblock absteigt. Es ist beschrieben, dass die Einrichtung verwendet wird, um die Kühlmittelströmung zu steuern, um Wärmeflussänderungen und Änderungen in den Kühlmitteleigenschaften zu kompensieren. Solch eine Temperaturmessprobe besteht aus einem Paar von Kontakten aus unterschiedlichen Metallen, die beim Herstellen des Kontakts mit der Bootoberfläche eine thermische, Elektrizität erzeugende Kraft (emf) erzeugt, die als Oberflächentemperatur an diesem Ort interpretiert wird. Dies bedeutet jedoch, dass die Messtechnik auf gleichmäßigen Oberflächenkontakten beruht, da keine Einrichtung vorhanden ist, um die Messungsvalidität zu verifizieren, insbesondere wenn die Temperatur entlang des gegossenen Blocks varriert, beispielsweise beim Angießen. Wegen der Größe des Rads hat die Einrichtung Grenzen hinsichtlich dessen, wo sie positioniert werden kann, insbesondere beim begrenzten Raum in der Nähe der Gussform, und der notwendiger Weise große Abstand zwischen Kontaktpunkten begrenzt auch die Punkte (oder Frequenz), an denen Temperaturen gemessen werden können. Dies erschwert es beispielsweise oder macht es unmöglich, die gewünschten progressiven Temperaturänderungen während des Angussvorgangs zu erhalten.
Es besteht daher eine Notwendigkeit, zuverlässig die Gussblockoberflächentemperatur messen und steuern zu können, wenn der Gussblock aus der Form austritt, selbst in den anfänglichen Stadien des Gießens, wenn die Temperatur wesentlich variiert und darüber hinaus besteht eine Notwendigkeit für ein Verfahren zum Steuern der Kühlmittelzufuhr oder der -eigenschaften, so dass es ein zuverlässiges Gießen im Frühstadium der Blöcke erlaubt, die bezüglich Rissbildung während des Angießens anfällig sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kontrollieren der Oberflächentemperatur eines DC Gussblocks vorzusehen, um sicherzustellen, dass ein gewünschtes Kühlprofil erreicht wird.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Kontrollieren der Temperatur eines DC Gussblocks während des Angießens vorzusehen, so dass Schäden in dem resultierenden Gussblock vermieden werden.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Erreichen der oben beschriebenen Aufgaben vorzusehen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kontrollieren einer Temperatur einer Oberfläche eines Direkt- Kokillen-Gussblocks, der in einer Gussmaschine gegossen wird, die eine Form mit offenem Ende hat, die mit einem Bodenblock versehen ist, während der Anfangsstadien des Gießens vorgesehen, wenn der Block aus der Form mit offenem Ende austritt, wobei das Verfahren umfasst: Richten einer Kühlmittelströmung auf mindestens eine Oberfläche eines Blocks, der aus einer Form mit offenem Ende austritt, so dass er auf die Oberfläche an einem normalen Auftreffpunkt auftrifft, und zum Kühlen der Oberfläche, Messen einer Oberflächentemperatur auf dem austretenden Block an mindestens einem Messort, der ein vorbestimmter Ort ausreichend nahe an dem normalen Aufprallpunkt ist, so dass die Oberflächentemperatur durch die Kühlmittelströmung beeinflusst wird, um eine gemessene Oberflächentemperatur zu erzeugen; Bestimmen der Länge des Blocks, die eine Verschiebung des Bodenblocks der Gussmaschine von seiner Anfangsposition am Beginn des Gießens ist, entsprechend jeder Oberflächentemperaturmessung; und Verwenden der gemessenen Oberflächentemperatur zum Steuern mindestens einer Gussvariablen und dadurch zum Kontrollieren der Oberflächentemperatur.
Die gemessenen Temperaturen werden vorzugsweise verwendet, um ein vorbestimmtes Oberflächentemperaturprofil vorzusehen (progressive Änderung der Oberflächentemperatur), wenn das Gießen voranschreitet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Oberflächentemperatur eines Direkt-Kokillen-Gussblocks während der Anfangszustände des Gießens aus einer Gussmaschine vorgesehen, die eine Gussform mit offenem Ende aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen ersten Oberflächentemperatursensor, der sich an einer vorbestimmten Position in bezug auf einen normalen sekundären Kühlmittelaufprallpunkt befindet, der für die Gussform eingerichtet ist, wobei der Temperatursensor einen Teil eines Steuersystems zum Kontrollieren der Oberflächentemperatur des Gussblocks bildet; eine Signalkonditionierer, damit die Signale der Temperatursensoren an einen Steuerkreis nur dann geschickt werden, wenn die Signale validiert sind; einen Signalkomparator, der eine Ausgabe des ersten Signalkonditionierers mit einer vorbestimmten Kontrollfunktion vergleicht; und einen Controller zum Kontrollieren mindestens einer Gussvariablen der Gussform als Antwort auf eine Ausgabe des zweiten Signalkomparators.
Der Controller kontrolliert normalerweise gerade eine Gussvariable, kann jedoch zwei oder mehr kontrollieren.
Die Vorrichtung hat vorzugsweise mindestens einen zusätzlichen Temperatursensor, der sich in der Nähe des ersten Temperatursensors befindet, und der Signalkonditionierer ist ein Komparator zum Vergleichen einer Ausgabe jedes der Temperatursensoren, und die Validierung tritt auf, wenn die Signale sich weniger als eine festgelegte Menge unterscheiden. Vorzugsweise tritt eine Validierung auf, wenn die Signale sich um weniger als etwa 10%, weiter vorzugsweise weniger als etwa 5% unterscheiden.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen einer Oberflächentemperatur eines Metallgussblocks vorgesehen, wenn er aus einer Gussform mit offenem Ende gegossen wird, umfassend: Messen einer Temperatur der Oberfläche an einem Ort auf dem Gussblock unter Verwendung eines ersten Temperatursensors zum Erzielen einer ersten Temperaturmessung; Messen einer Temperatur der Oberfläche an dem Ort des Gussblocks unter Verwendung eines zweiten Temperatursensors zum Erhalten einer zweiten Temperaturmessung; Vergleichen der ersten Temperaturmessung und der zweiten Temperaturmessung; Ignorieren der Temperaturmessungen, wenn sich die erste und zweite Temperaturmessung um mehr als eine festgelegte Menge unterscheiden; und Auswählen von einer oder einem Mittel der ersten und zweiten Temperaturmessung als eine Darstellung der Temperatur der Oberfläche an dem Ort, wenn sich die ersten und zweiten Temperaturmessungen um weniger als die festgelegte Menge unterscheiden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren umfasst die Form vorzugsweise einen Controller zum Kontrollieren mindestens einer Gussvariablen der Gussform, und die gewählte Temperaturmessung wird durch den Controller verwendet, um die Gussvariable nach Bedarf zu modifizieren, um eine vorbestimmte Oberflächentemperatur des Gussblocks einzustellen, wenn das Gießen voranschreitet. Beispielsweise, wenn die Form eine Sekundärkühlausrüstung für den Gussblock umfasst, kann die gewählte Temperatur durch den Controller verwendet werden, um die Sekundärkühlausrüstung zu modifizieren, um die vorbestimmten Oberflächentemperatur beizubehalten.
Bei allen Aspekten dieser Erfindung kann die Oberflächentemperatur auf verschiedene Weisen gemessen werden. Sie kann kontinuierlich gemessen werden, beispielsweise unter Verwendung eines optischen Sensors ohne Kontakt, oder halbkontinuierlich durch Verwendung von mindestens einem kontaktierenden Temperaturmesssensor, der mit der Oberfläche auf einer intermittierenden Basis in Kontakt gebracht wird, vorzugsweise auf eine periodische Weise. Der optische Sensor ohne Kontakt kann ein Infrarotsensor oder ein ähnlicher Sensor sein. Der kontaktierende Temperaturmesssensor kann beispielsweise ein Thermistor sein, ein temperaturempfindliches Widerstandselement oder ein Thermoelement.
Wie oben erwähnt, wird die Oberflächentemperatur vorzugsweise unter Verwendung einer Technik gemessen, bei der jede Messung unabhängig verifiziert oder validiert werden kann. Das heißt, jede Temperatur (oder jedes Signal entsprechend der Temperatur) wird vorzugsweise hinsichtlich Genauigkeit und/oder Präzision unabhängig von Messungen getestet, die an unterschiedlichen Werten der entwickelten Gussblocklänge gemessen werden. Dies kann beispielsweise geschehen, indem ein System zum Messen der Kontaktintegrität bei Kontaktverfahren vorgesehen wird oder durch eine zweite benachbarte und gleichzeitige Oberflächentemperaturmessung.
Die Oberflächentemperatur wird entsprechend vorzugsweise gemessen, indem mindestens zwei Kontakttemperatursensoren am Messort vorgesehen werden, wobei die Sensoren periodisch in gleichzeitigen Kontakt mit der Oberfläche gebracht werden, die Ausgaben jedes der Sensoren erfasst werden und die Ausgaben verworfen werden, wenn sich die Ausgaben durch mehr als eine bestimmte Menge unterschieden oder wenn der Maximalwert der erfassten Temperaturen sich von einer Äquivalenztemperatur unterscheidet, die auf einer zweiten, sich bewegenden Bramme, einer Gruppe von sich bewegenden Brammen oder einem Bereich der gleichen sich bewegenden Bramme unter im wesentlichen ähnlichen Bedingungen gemessen wird. Eine Ausgabe oder ein Mittelwert der Ausgaben kann als eine Messung der Temperatur angenommen werden, die für die Kontrolle des Kühlmittels zu verwenden ist. Die Anzeige der gemessenen Ausgabe kann entweder nach einer Messung an einem bestimmten Ort auf der sich bewegenden Bramme oder nach einer Reihe solcher Messungen bestimmt und vorgesehen werden.
Die Gussvariable, die kontrolliert wird, kann die Temperatur des geschmolzenen Metalls sein, die Gussgeschwindigkeit oder vorzugsweise das Maß der Kühlung durch die Kühlmittelströmung, die verwendet wird, um eine Sekundärkühlung für den Gussblock vorzusehen.
Die Kontrolle des Maßes der Kühlung durch den Kühlmittelstrom, der gegen die Gussblockoberfläche gerichtet wird (als Sekundärkühlung bezeichnet) kann durch mehrere Verfahren erreicht werden, einschließlich des Wechselns der An/Aus-Zykluszeiten oder Zykluslängen bei einer pulsierenden Wasserströmung, dem Wechseln der gesamten Strömung des Kühlmittels, dem Wechseln des Gasanteils (wie dem CO&sub2; oder Luftanteil) des Gas-Kühlmittelsystems, dem Verändern des Sekundärkühlmittelaufprallpunkts von einem normalen Punkt weg, oder dem Wechseln anderer Eigenschaften des Kühlmittels, die seine thermische Leistung beeinflussen (Temperatur, Ölniveaus, andere organische und anorganische Zusätze usw.).
Wie oben festgehalten wurde, wird die Gussblocklänge als die Verschiebung der Bodenblocks (manchmal als Bodensteinkappe (stool cap) bezeichnet)) der Gussmaschine aus seiner Anfangsposition im allgemeinen nach innen in die Gussform mit offenem Ende bezeichnet. Obwohl diese definierte Gussblocklänge nicht mit der verfestigten Schale des Gussblocks zusammenfallen kann (beispielsweise kann das Niveau des geschmolzenen Metalls in der Form während des Gießens variieren) ist dieses Verfahren zum Bestimmen der Gussblocklänge eine geeignete Messung, insbesondere während der Anfangszustände des Gießens.
Die gemessene Oberflächentemperatur des Gussblocks kann verwendet werden, um die Oberflächentemperatur so zu kontrollieren, dass die Oberflächentemperatur innerhalb eines Temperaturkontrollbands liegt, das einen ersten Abschnitt im Bereich einer ersten Gussblocklänge aufweist und einen benachbarten zweiten Abschnitt bei einer größeren Gussblocklänge als der erste Abschnitt, wobei die Oberflächentemperatur innerhalb des ersten Abschnitts so kontrolliert wird, dass die Oberflächentemperatur größer als eine untere Temperaturschranke ist, die 120ºC übersteigt, und geringer als eine obere Temperaturschranke bei einer ersten Gussblocklänge, und die Oberflächentemperatur wird innerhalb des zweiten Abschnitts so kontrolliert, dass die Oberflächentemperatur auf 120º bei einer zusätzlichen inkrementalen Gussblocklänge verringert ist und danach unter 120ºC gehalten wird.
Das Temperaturkontrollband ist vorzugsweise nur eine Funktion der Abmessungen des Gussblocks im horizontalen Querschnitt und der Legierungszusammensetzung. Es kann empirisch für ein bestimmtes Design der Form bestimmt werden, das dann universell eingesetzt wird. Wegen der Wahl des Temperaturmesspunkts in einem vorbestimmten Abstand in bezug auf den normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt hängt dieses Temperaturkontrollband nicht länger von spezifischen Formdesigns oder Verfahren des Variierens des Sekundärkühlmittelverhaltens ab und macht daher die Kontrollfunktion von einem Gusssystem zu einem anderen (für die gleich Gussblockgröße und Legierungszusammensetzungen) mit minimalen Modifikationen transportierbar, vorausgesetzt, dass der gleiche vorbestimmte Abstand in bezug auf den normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt verwendet wird.
Die erste Gussblocklänge ist vorzugsweise größer als etwa 100 mm. Bei einigen Legierungen kann die erste Gussblocklänge so gering wie 0 mm sein, wobei jedoch aus Sicherheitserwägungen eine minimale erste Gussblocklänge von 100 mm bevorzugt wird. Sie ist auch vorzugsweise geringer als etwa 600 mm, weiter vorzugsweise geringer als 400 mm.
Die zusätzliche inkrementelle Gussblocklänge liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100 mm und weiter vorzugsweise im Bereich von 10 bis 100 mm.
Die untere Schranke des ersten Abschnitts des Temperaturkontrollbands soll vorzugsweise größer als eine obere Temperaturschranke Blasensiedepunkts für das spezielle Kühlmittel und die Gussblockoberfläche liegen und ist weiter vorzugsweise größer als die kleinste Temperatur, bei der ein stabiles Filmsieden für das Kühlmittel und die verwendete Oberfläche auftritt. Der Blasensiedebereich und der Filmsiedebereich sind beispielsweise in F. Kreith "Principles of Heat Transfer", Kapitel 10, veröffentlicht 1965 durch International Textbook Company, definiert. Die untere Schranke des ersten Abschnitts des Temperaturkontrollbands ist vorzugsweise mindestens 200ºC und weiter vorzugsweise mindestens 240ºC. Sie ist höchst vorzugsweise zwischen 240ºC und 450ºC.
Die untere Schranke des ersten Abschnitts des Temperaturkontrollbands kann jede passende Funktion sein (z. B. ein konstanter Wert, eine exponentiell abnehmende Kurve, nach oben oder nach unten geneigte Liniensegmente usw.), vorausgesetzt, sie bleibt über der Referenztemperatur. Die obere Schranke des ersten Abschnitts des Temperaturkontrollbands ist vorzugsweise geringer als 550ºC und kann in ähnlicher Weise jede passende Funktion sein. Der zweite Abschnitt des Temperaturkontrollbands kann in ähnlicher Weise obere und untere Grenzen als verschiedene Funktionen aufweisen und kann aus Einzel- oder Mehrfachschrittfunktionen oder geneigten Liniensegmenten bestehen, solange die Oberflächentemperatur auf 120ºC in einer zusätzlichen inkrementellen Gussblocklänge verringert wird, und nachfolgend die obere Schranke geringer als 120º ist. Weiter vorzugsweise ist die endgültige obere Schranke geringer als der atmosphärische Siedepunkt des Kühlmittels.
Wenn das Kühlmittel Wasser ist, kann der atmosphärische Siedepunkt als 100ºC angenommen werden.
Die gemessene Oberflächentemperatur des Gussblocks kann auch verwendet werden, um die Oberflächentemperatur durch die Steuerung eines Gussparameters, beispielsweise durch das Maß des Kühlens des Sekundärkühlmittels, zwischen nacheinanderfolgenden Gussvorgängen anstatt während eines einzigen Gussvorgangs zu kontrollieren, indem einem Verfahren gefolgt wird, bei dem ein erster Gussblock gemäß einer ersten bekannten Kühlsequenz gegossen wird, für den ersten Guss ein Satz Parameter bestimmt wird, der mindestens einen Parameter umfasst, der gewählt wird aus (a) der spezifischen ersten Gussblocklänge, bei der die gemessene Temperatur scharf fällt (bestimmt durch ein Maximum in der Ableitung der gemessenen Temperatur), (b) dem Wert der gemessenen Temperatur an der spezifischen ersten Gussblocklänge, (c) einem einzelnen Parameter, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Mittelwert, einem Gradienten oder einem Integral der gemessenen Oberflächentemperatur für Längen des Gussblocks bis zur spezifischen ersten Gussblocklänge besteht, und (d) dem spezifischen Inkrement der Gussblocklänge, über das die gemessene Temperatur von dem Wert an der spezifischen ersten Gussblocklänge auf einen Wert geringer als 120ºC fällt, der Parameter mit einem vorbestimmten Satz der Parameter verglichen wird und die Kühlmittelsequenz gemäß der Differenz zwischen dem Satz der Parameter und dem vorbestimmten Satz der Parameter verändert wird.
Ferner können Korrekturen nach Bedarf zwischen nacheinanderfolgenden Gussvorgängen eingesetzt werden, bis die berechneten Parameter den Zielwerten entsprechen.
Die Kühlsequenz, auf die Bezug genommen wird, umfasst einen Satz von Gussvariablen, die für das Gießen wie oben beschrieben verwendet werden.
Der Satz von Parametern, der für den ersten Guss und für die nachfolgenden Gießvorgänge bestimmt wird, kann nach Bedarf 1 : 1 mit dem vorbestimmten Satz der Parameter verglichen werden oder verschiedene Kombinationen der Parameter aus dem Satz können verglichen werden und die Änderungen in der Kühlsequenz entsprechend geändert werden.
Der Temperaturmesspunkt sollte vorzugsweise nicht mehr als 400 mm unter dem normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt eingerichtet werden. Um jedoch eine vollständigere Definition der gemessenen Oberflächentemperatur zu ermöglichen (entweder als Kurve oder als Ausdruck von einem oder mehreren Parametern), was ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, wird die Temperaturmessung vorzugsweise nicht mehr als 100 mm unter dem normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt vorgenommen, weiter vorzugsweise zwischen 5 mm über und 40 mm unter und höchst vorzugsweise zwischen 5 und 15 mm unter dem normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt. In dieser Beschreibung meint "über" zwischen dem normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt und der Ausgangsfläche der Form.
Der normale Sekundärkühlmittelaufprallpunkt wird im allgemeinen als der Ort beschrieben (in bezug auf die Form), an dem die lokale Wärmeabführrate, die durch das Sekundärkühlmittel bewirkt wird, gemessen im stationären Zustand, maximal ist. Es ist daher zu sehen, dass in diesem Zusammenhang der Ausdruck "normal" im Sinn von "gewöhnlich" verwendet wird und nicht beinhaltet, dass das Sekundärkühlmittel auf die Oberfläche des Gussblocks unter rechten Winkeln auftrifft (was es in der Praxis gewöhnlich nicht tut). Der normale Sekundärkühlmittelaufprallpunkt ist ein Aufprallpunkt, der durch die Formgestaltung festgelegt wird (z. B. den Sekundärkühlmittelabgabewinkel und den Abstand der Sekundärabgabeöffnungen von der Gussblockoberfläche). Dies kann an unterschiedlichen Orten um den Formumfang variieren und daher muss der physikalische Ort des Temperaturmessorts (und das Montieren der Sensoren, die benötigt werden, um die Messung vorzunehmen) für jede Formgestaltung eingerichtet werden, um sicherzustellen, dass der korrekte Temperaturmessort in bezug auf den normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt eingesetzt wird. Die Temperaturmessproben, die verwendet werden, um die Gussblockoberflächentemperatur am Temperaturmessort zu messen, werden normalerweise mechanisch an die Ausgangsoberfläche der Form mit offenem Ende angebracht (der Bodenfläche der Form beim vertikalen DC Gießen) und ihre Position in bezug auf die untere Formfläche unterscheidet sich bei unterschiedlichen Gusssystemen abhängig davon, wo der normale Sekundärkühlmittelaufprallpunkt in dem jeweiligen System liegt. Bei den meisten herkömmlichen DC Gießformgestaltungen des vertikalen Typs verlangt dies einen Messort innerhalb etwa 50 mm von der Ausgangsfläche der Form, wodurch eine mechanische Befestigung an der Form einfach zu erreichen ist.
Bei gewöhnlichen Gussblockgestaltungen, die für das vertikale DC Gießen verwendet werden, bei denen Sekundärkühlmittel als ein oder mehrere in hohem Maß gerichtete Strahlen aufgebracht wird, kann der normale Sekundärkühlmittelaufprallpunkt praktischer Weise als der beobachtete Punkt des Aufpralls des Sekundärkühlmittels am weitesten entfernt von der Ausgangsfläche der Form genommen werden, wenn die maximale Kühlmittelströmung verwendet wird. Bei bestimmten Formgestaltungen kann das Sekundärkühlmittel spezifisch von einem Gussblock entfernt werden (z. B. durch Luftmesser, Wischer usw.), wobei dies jedoch die oben erwähnte Definition nicht beeinflusst. Die Kühlmittelströmung kann während des Angießens des Gussvorgangs verändert werden, beispielsweise durch Verwendung von variablen (gepulsten) Strömungen, justierbaren Ablenkplatten mehrerer Sekundärkühlmittelabgabeöffnungen, von denen lediglich einige während der Angussphase verwendet werden. Die Verwendung des beobachteten Aufprallpunkts gemäß oben bestehenden Definition vermeidet Unsicherheiten, die durch solche Kühltechniken hervorgerufen werden.
Der normale Sekundärkühlmittelaufprallpunkt kann auch empirisch bestimmt werden durch Positionieren der Temperaturmessprobe an unterschiedlichen Positionen in bezug auf die Formausgangsoberfläche und durch Messen der Oberflächentemperatur im stationären Zustand (nach dem Angießen). Wenn die Temperatur zwischen dem Formausgang und dem normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt gemessen wird, ist die gemessene Oberflächentemperatur hoch (typischerweise größer als die Filmsiedetemperatur), während dem normalen Sekundärkühlmittelaufprallpunkt folgend die Temperatur gering ist (typischerweise geringer als 120ºC). Der normale Sekundärkühlmittelaufprallpunkt kann daher als der Punkt des maximalen Gradienten der Oberflächentemperatur zwischen diesen zwei Grenzen angesetzt werden.
Wo Formgestaltungen keine solchen deutlich identifizierbaren Aufprallpunkte vorsehen, können Thermoelemente, die in Testgussblöcke eingebettet sind, kombiniert nach Bedarf mit thermischen Modellen des Gussblocks im stationären Zustand, verwendet werden, um den Ort der maximalen Wärmeabfuhrrate zu lokalisieren.
Die Einrichtung zum Kontrollieren der Sekundärkühlmittelströmung oder der Eigenschaften können elektrisch gesteuerte Ventile oder Schalter sein, beispielsweise um die zugesetzte Gasmenge zu verändern, um Wasser an- und auszudrehen oder kontinuierlich die Wasserströmung zu variieren. Kombinationen solcher Einrichtungen können benötigt werden, um die verhältnismäßig kleinen Kontrollkorrekturen zu ermöglichen, die während Perioden "konstanter" Temperatur benötigt werden, und die Hauptkontrollkorrekturen, die nötig sein können, um die Kühlwirkung zu erhöhen, nach dem ersten Wert der entwickelten Länge. Diese Einrichtungen können auch hörbare oder sichtbare Signale sein, die den Bediener den Gussvorrichtung benachrichtigen, um vordefinierte Änderungen im Betrieb vorzunehmen.
Der erste Temperatursensor kann eine umhüllte Thermoelementeinrichtung sein, die aus unähnlichen Metalldrähten besteht, die miteinander verbunden sind und innerhalb einer einzigen schützenden (im allgemeinen metallischen) Ummantelung enthalten sind. Der erste Temperatursensor ist jedoch vorzugsweise eine Zweipunkt- Kontaktprobe, die aus unähnlichen Metallen besteht, die eine elektrizitätserzeugende Kraft (EMF) entwickeln kann, wenn sie in Kontakt mit der Oberfläche gebracht wird, wobei die EMF eine Funktion der Temperatur der Oberfläche am Kontaktort ist.
Der mindestens eine zusätzliche Temperatursensor kann eine ummantelte Thermoelementeinrichtung sein, wie der erste Temperatursensor, ist jedoch vorzugsweise eine Zweipunkt- Kontaktprobe, die aus unähnlichen Metallen besteht, die eine EMF entwickeln kann, die eine Temperatur der Oberfläche am Kontaktpunkt ist.
Es wird bevorzugt, dass es nur einen zusätzlichen Temperatursensor gibt, aber es können nach Bedarf mehr vorgesehen werden.
Es wird insbesondere bevorzugt, dass der erste und der einzige zusätzliche Temperatursensor eine ihrer Zweipunkt- Kontaktproben gemeinsam, haben.
Bei der höchst bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktproben jedes Temperatursensors vorzugsweise weniger als 50 mm beabstandet und höchst vorzugsweise weniger als 30 mm, und sie sind in einer gemeinsamen horizontalen Ebene montiert.
Die unähnlichen Metalle sind vorzugsweise Chromel- und Alumel-Legierungen, wenn auch jedes Paar von Metallen, das eine messbare EMF erzeugen kann, verwendet werden kann. Die bevorzugten Legierungen werden im allgemeinen auf der Basis des Signals, das sich durch den Seebeck-Effekt entwickelt, und die Härte und die Korrosionswiderstandsfähigkeit der Legierungen gewählt. Nickel-basierte Legierungen sind bei diesen Anwendungen nützlich, und somit sind Typ K (Chromel- Alumel) Typ N (Nicrosil-Nisil) und Typ E (Chromel-Constantan) bevorzugte Kombinationen.
Die Temperatursensoren werden vorzugsweise in gleichzeitigen Kontakt mit der sich bewegenden Oberfläche durch einen pneumatischen oder elektrischen Antriebsmechanismus (Kolben oder Solenoid) gebracht, der bewirkt, dass die Sensoren sich in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Bewegung der sich bewegenden Oberfläche hin- und herbewegen, oder unter einem Winkel zur Senkrechten, der vorzugsweise geringer als 45º aus der Senkrechten ist. Ein Winkelversatz ist nützlich, wenn ein Hindernis (wie der Rand einer DC Gussform oder eines Extrusionsgesenks) den Zugang zum gewünschten Messort verhindert. Bei den bevorzugten Ausführungsformen werden unter Verwendung von Paaren von Kontaktproben als Sensoren die Kontaktproben der individuellen Punkte in Kontakt mit der sich bewegenden Oberfläche durch diese pneumatischen und elektrischen Antriebsmechanismen gebracht.
Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen und insbesondere dort, wo Dreipunktkontakte verwendet werden, um die zwei benachbarten Sensoren zu bilden, wird es bevorzugt, dass die Kontaktproben der individuellen Punkte eine unabhängige Aufhängung haben, so dass die tatsächliche Endposition der Kontaktprobe jedes Punkts sich ungleichmäßigen Oberflächen anpassen kann, wenn sie auch gleichzeitig in Richtung auf die Oberfläche zu oder weg von ihr bewegt werden können. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von getrennten Pneumatikzylindern oder elektrischen Solenoiden für die Kontaktprobe jedes Punkts erreicht werden, die mit einer gemeinsamen Quelle betrieben werden, oder durch die Verwendung von Federbelastung oder ähnlichen mechanischen Vorspannsystemen. Die Verwendung von getrennten pneumatischen Zylindern ist eine insbesonders einfache und bevorzugte Möglichkeit.
Die Kontaktspitzen der Punktproben der bevorzugten Sensoren sollten vorzugsweise einen guten thermischen und elektrischen Kontakt mit der zu messenden Oberfläche sicherstellen, und das Spitzenmaterial der Punktkontaktprobe, die Geometrie und die Größe und die Last, die die Spitze an die Oberfläche aufbringt, werden vorzugsweise so gewählt, um dies zu erreichen. Bei Temperaturen über etwa 200ºC kann die Last ausreichend sein, dass die Oberfläche des Gussblocks eingedrückt wird. Ein guter thermischer und elektrischer Kontakt stellt eine schnelle und genaue Temperaturantwort sicher, selbst wenn wesentliche thermische Störungen vorhanden sind, wie sie bei Sekundärkühlmittelsprühströmen oder anderen abschreckenden Anwendungen anzutreffen sind.
Die Ausgabeanzeige kann ein Spannungs- oder Stromsignal sein (im allgemeinen ein Spannungssignal), das durch jede herkömmliche Einrichtung aus der EMF erzeugt wird, die durch die Thermoelementverbindungen der Sensoren entwickelt wird, oder kann weiter in ein Ausgabeäquivalent zur Temperatur durch die Verwendung von bekannten Temperaturwandlungsfaktoren konvertiert werden.
Der erste und mindestens eine zusätzliche Temperatursensor bleibt vorzugsweise in Kontakt mit der Oberfläche und die erste und die mindestens eine zusätzliche Temperaturmessung wird gemacht, während sich die Metallbramme einen Abstand von 6 mm oder weniger bewegt, vorzugsweise 3 mm oder weniger. Die Signalkomparatoren, die verwendet werden, um die Temperaturen der Sensoren zu vergleichen, können ausgewiesene Analogsignalkomparatoren sein, sind jedoch praktischer Weise ein vorprogrammierter Digitalcomputer. In ähnlicher Weise ist der Signalkomparator, der verwendet wird, um die Ausgangstemperatur mit der Kontrollfunktion zu vergleichen, vorzugsweise ein vorprogrammierter Digitalcomputer.
Der erste und der mindestens eine zusätzliche Temperatursensor sehen vorzugsweise eine Temperaturantwort von 0,15 Sekunden oder weniger vor, vorzugsweise 0,10 Sekunden oder weniger. Die Temperaturantwort bedeutet die Zeit, die benötigt wird, damit der Temperatursensor innerhalb 95% des Endwerts liegt, der gemessen wird, von der Zeit, in der der Sensor in Kontakt mit der sich bewegenden Oberfläche ist.
Halbkontinuierliche Messungen können intermittierend ausgeführt werden, so dass Messungen in Schritten von zwischen 1 und 15 mm der Gussblocklänge auftreten, vorzugsweise zwischen 2 und 10 mm der Gussblocklänge, und sind vorzugsweise periodisch, wenn auch die Periode unter verschiedenen Zuständen eines Angussvorgangs verändert werden kann.
Eine alternative Einrichtung zum gleichzeitigen in Kontakt bringen des ersten und mindestens eines zusätzlichen Temperatursensors mit der sich bewegenden Bramme kann gewählt werden, wenn sie die anderen Anforderungen eines solchen Systems erfüllt, beispielsweise können verschiedene Hebelarme eingesetzt werden, um den Kontakt zu erreichen, wenn dies gewünscht wird. In den meisten Fällen erweist sich jedoch die Verwendung der "Ein-Aus"- (Hin- und Her) Bewegung der bevorzugten Ausführungsformen als einfacher und praktischer.
Das Verfahren zum Messen der Temperatur und zum Steuern des Kühlens wird am meisten auf Gussblöcke mit rechteckigem Querschnitt oder große runde Gussblöcke angewendet, und bei rechteckigen Gussblöcken wird die Gussblocktemperatur vorzugsweise am Mittelpunkt der Wälzfläche eines solchen Gussblocks gemessen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht durch eine typische DC Gussform und Tisch, die die prinzipiellen Abstände und Messorte zeigt, die bei dem Verfahren dieser Erfindung verwendet werden;
Fig. 2 ist ein vertikaler Querschnitt durch einen Bereich der Direkt-Kokillen-Gussform und des Gussblocks aus Fig. 1 und zeigt eine der bevorzugten Kontaktproben und Betriebspositionen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Draufsicht, die eine vollständige Anordnung der bevorzugten Kontaktproben zeigt, die in Fig. 2 dargestellt sind;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines bevorzugten Steuersystems (einschl. Kühlmittelsteuermerkmale), das für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 5 zeigt ein typisches Kontrollband zur Verwendung bei einem Kontrollsystem der Erfindung;
Fig. 6 zeigt ein zweites Beispiel eines typischen Kontrollbands zur Verwendung bei einem Kontrollsystem der Erfindung;
Fig. 7 zeigt ein empirisch hergeleitetes Kontrollband für die Aluminiumlegierung AA3104 zur Verwendung mit einem Kontrollsystem der Erfindung und einer Gussblockgröße;
Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm von zwei sich bewegenden Brammen in der Gestalt von DC Gussblöcken und eine weitere Ausführungsform des Messsystems, das für die vorliegende Erfindung verwendet wird; und
Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm, das die Abfolge der Berechnungen angibt, die verwendet werden, um die Temperaturen der Ausführungsform aus Fig. 8 zu bestimmen und zu validieren.

BESTER WEG ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine DC Gussmaschine der Art, mit der das Verfahren und die Vorrichtung dieser Erfindung verwendet werden können. Die Gussmaschine besteht aus einem Gusstisch 1, der eine oder mehrere Gussformen 2 enthält. Die Gussform ist eine Gussform mit offenem Ende, wobei die Gussflächen 3 durch Primärkühlkanäle 4 gekühlt werden. Die Gussmaschine umfasst auch einen Bodenblock oder eine Bodensteinkappe 5, die so gestaltet ist, dass sie innerhalb die Öffnung in der Gussform passt, und während des Betriebs abgesenkt werden kann. Geschmolzenes Metall wird jeder Form durch einen Bottich (nicht gezeigt) und eine Zuführleitung 6 zugeführt.
Am Beginn eines Gusses, wenn der Bodenblock 5 in eine Position 5a gehoben ist (mit gepunkteten Linien gezeigt), so dass er innerhalb des Bodenendes der Form ist, kann Metall in die Form strömen und beginnt zu härten, so dass eine Schale eines Gussblocks als Folge der Wärmeabfuhr aufgrund der thermischen Masse des Bodenblocks und der Primärkühlkanäle 4 geformt wird, durch die Kühlmittel strömt. Wenn das Metall ein bestimmtes Niveau in der Form erreicht, ist die Gussmaschine im allgemeinen so programmiert, dass ein Absenken des Bodenblocks 5 begonnen wird und der verfestigte Gussblock 7 graduell von der Form nach unten wächst. Ein zusätzlicher Kühlmittelstrom 8 (genannt Sekundärkühlmittel) trifft auf die äußere Oberfläche (Schale) des nach unten wandernden Gussblocks, so dass eine zusätzliche Kühlung zur vollständigen Verfestigung des Gussblocks vorgesehen wird. Anders als das primäre Kühlen, das indirekt ist (dahingehend, dass das Kühlmittel den Gussblock nicht direkt berührt), ist das Sekundärkühlen direkt durch Kühlmittelaufprall auf die Oberfläche. Im allgemeinen wird Sekundärkühlmittel durch Auslässe 9 aus den Primärkühlmittelkanälen zugeführt, wie Schlitzen oder Löchern, die das Sekundärkühlmittel so richten, dass es auf die Gussblockoberfläche in einer Position trifft, die, wenn die gesamte Kühlmittelströmung angeschaltet ist, als "normaler Sekundärkühlmittelaufprallpunkt" 10 definiert ist. Metall wird kontinuierlich zum geschmolzenen Sumpf 7a des Gussblocks zugeführt und die Metallströmung kann durch Überwachen des Metallniveaus in dem Sumpf kontrolliert werden. Das Sekundärkühlmittel läuft normalerweise in einer Sammelrinne 15 unter der Gussmaschine ab, von wo es, bei vielen solchen Anwendungen, durch eine Pumpe 16 entfernt wird und einem Kühlmittelhandhabungssystem 17 zugeführt wird. Von dem Kühlmittelhandhabungssystem wird das Kühlmittel durch eine zusätzliche Pumpe 18 über ein Kühlmittelsteuerventil 19 zum Gusstisch 1 gepumpt, wo es den Primärkühlmittelkanälen 2 durch interne Anschlüsse oder Schläuche (nicht gezeigt) zugeführt wird. Das Kühlmittelhandhabungssystem 17 kann einfach eine Abgabe an die Umgebung aufweisen und einen Einlass von einer Kühlmittelquelle (z. B. Wasser), wobei jedoch bei vielen Anwendungen das Kühlmittel teilweise oder vollständig recycliert wird, und das Kühlmittelhandhabungssystem ein Reinigungssystem umfassen kann, eine Kühlmittelaufbereitung, Wärmetauscher und eine Kühlmittelspeicherung.
Während des Angießens eines DC Gusses kann das Bilden des Bodens des Gussblocks oder der Bramme 11 durch das Erzeugen von wesentlichen Spannungen begleitet sein, die ausreichen, um die Brammengestalt zu verwinden (bezeichnet als "Brammenverwindung"). Der daraus resultierende Riss kann die Gussblockausschuss hervorrufen, wenn er zu lang ist, und das daraus resultierende Brammenverwindung kann bewirken, wenn sie zu hoch ist, dass geschmolzenes Metall ausläuft und das Risiko einer Explosion erzeugt. Kleinere Risse führen, wenn sie auch nicht ausreichen, um Gefahr zu erzeugen, zu schlechterer Gussblockqualität. Es ist daher wünschenswert und eine Standardgusspraxis, die Temperatur der Bramme des Gussblocks in ihren Anfangsausbildungszuständen auf einem hohen Niveau zu halten. Wenn der Anguss und ein Bereich des Rests des Gussblocks geformt ist, wird die Temperatur dann wesentlich verringert, um sicherzustellen, dass ein sicherer Betrieb während des Rests des "stationären Bereichs" des Gusses erreicht wird und dass ein Gussblock mit guter Qualität gebildet wird. Die Temperatur wird auf einem hohen oder niedrigen Niveau hauptsächlich durch Steuerung der Kühleffektivität des Sekundärkühlmittels oder durch Justierung der anderen Gussparameter wie der Metalltemperatur oder der Gussgeschwindigkeit gehalten. Somit würde beispielsweise eine verringerte Strömung von Sekundärkühlmittel am Beginn des Gusses durch Justieren des Ventils 19 verwendet und die Strömung an einem bestimmten Punkt während des Gusses erhöht werden, wenn man meint, dass die Brammenspannungen keine Risse erzeugen. Die Sekundärkühlmittelströmung kann direkt variiert werden, um ihre Kühleffektivität zu verändern, oder sie kann "gepulst" sein (wiederum durch rasches Öffnen und Schließen des Ventils 19), um ihre Effektivität beim Kühlen zu verringern, oder sie kann in einen weniger effektiven Kühlwinkel abgelenkt werden. Alternativ kann ein Gas zugesetzt werden, um ihre Wärmetransferfähigkeiten zu verringern. Dies geschieht im allgemeinen, indem ein Gas in das Kühlmittel eingespritzt wird an oder in der Nähe des Sekundärkühlmittelabgabepunkts 9. Wenn der gegossene Block einmal den Punkt erreicht hat, an dem das Kühlen erhöht werden muss, kann die Sekundärkühlmitteleffektivität auf ein passendes Niveau zurückgebracht werden - z. B. durch Anhalten der Pulsation, durch Anhalten des Gaszusetzens oder durch Zurückkehren in den "normalen" Winkel des Kühlmittelaufpralls, um eine lokale Wärmetransferrate zu erreichen, die eine Verringerung der Oberflächentemperatur auf weniger als 120ºC erlaubt und um sie unter diesem Niveau während des Rests des Gießens zu halten.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Messen der Gussblock-Oberflächentemperatur in einer definierten Position 12 in bezug auf den normale Sekundärkühlmittelaufprallpunkt 10 vorgesehen, und die Temperaturen, die an diesem Ort gemessen werden, die dadurch auch in bezug auf die Form festgelegt ist, sehen eine zuverlässige und genaue Messung der Temperatur des Gussblocks vor, selbst während der Barrenausbildezustände. Wiederholte (d. h. periodische) halbkontinuierliche oder kontinuierliche Messungen, die am Ort 12 vorgenommen werden, wenn das Gießen beginnt und der Gussblock von der Form mit offenem Ende nach unten wandert, erlauben, dass das Temperaturprofil des Gussblocks als Funktion der Gussblocklänge 13 verfolgt wird, die wie gezeigt als die Verschiebung des Bodenblocks 5 aus seiner Anfangsposition 5a gemessen wird. Während eines typischen Gießens zeigt eine Darstellung der Temperatur, die am definierten Messpunkt 12 gemessen ist, über der Gussblocklänge 13 daher einen anfänglichen steilen Anstieg in der Temperatur auf einen hohen Wert, der auf diesem hohen Wert bleibt, bis man der Meinung ist, dass sich ein adäquater Anguss gebildet hat, um Risse zu verhindern, wonach an diesem Punkt (bei einer Gussblocklänge > 0) die Temperatur rasch als Folge des Anstiegs des Kühlens abfällt, das in diesem Zustand oder etwas früher im Vorgang initiiert wird. Das Kühlen kann in bestimmten Momenten stetig vom Beginn des Gießens erhöht werden und erreicht an diesem Punkt ein Niveau, so dass die Temperatur rasch abfällt. Die geringere Temperatur wird dann während des Rests der Gussblocklänge bis zum Ende des Gießens beobachtet.
Während der allgemeine Ansatz zur Verwendung einer hohen Anfangstemperatur, der eine niedrige Temperatur folgt, normalerweise beim DC Gießen von großen Gussblöcken verwendet wird, wurden solche Zustände durch das willkürliche Anwenden unterschiedlicher Niveaus von Sekundärkühlung in unterschiedlichen Schritten der Gussblockbildung erreicht, gemäß verschiedenen Anleitungen und Vorgängen, die für jede Legierung, Gussblockgröße, Formgestalt usw. entwickelt wurden, und es können keine Korrekturen oder Änderungen an der Anwendung des Kühlmittels als Antwort auf Änderungen des Gussvorgangs durchgeführt werden, wenn er sich entwickelt. Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlauben eine präzise Bestimmung der Gussblocktemperatur an einem bevorzugten Ort 12 in bezug auf den Sekundärkühlmittelaufprallpunkt 10, wenn sich der Gussblock entwickelt, und, als Folge, die direkte Steuerung des Kühlmittels, um ein gewünschtes Temperaturprofil entlang des sich entwickelnden Gussblocks zu erzielen. Dieses gewünschte Temperaturprofil hängt nur von der verwendeten Legierung und der Größe (horizontaler Querschnitt) des Gussblocks ab und hängt beispielsweise nicht von der Gussformgestalt oder dem Verfahren ab, durch das die Kühlfähigkeit des Sekundärkühlmittels justiert wird.
Fig. 2 zeigt einen Teil der Form 2, der Formfläche 3, des Primärkühlkanals 4, des Sekundärwasserauslasses 9, des Sekundärwasserstroms 8, des Sekundärkühlmittelaufprallpunkts 10, des Gussblockoberflächentemperaturmesspunkts 12 und des Gussblocks 7 aus Fig. 1. Die Gussblockfläche, die aus der Form austritt, wird durch die Oberfläche 20 dargestellt.
Unter der Gussform 2 ist ein Metallblock 23 montiert, der mehrere pneumatische Anordnungen für Punktkontaktproben hält (von denen eine in Fig. 2 dargestellt ist, mehrere in Fig. 3 dargestellt sind). Jede Anordnung besteht aus einer metallischen Punktkontaktprobenstange 24, die durch ein isolierendes Kunststoffrohrstück 25 umfasst wird und innerhalb eines ringförmigen zweiten Stahlrohrstücks 26 enthalten ist. Diese Rohrstücke werden in ihrer Position auf der Probenstange durch isolierende Teflon® Unterlegscheiben 27 gehalten und durch Haltemuttern 28, 29 verschraubt.
Jedes ringförmige Rohrstück hat eine Kolbendichtung 30, die auf ihr montiert ist und sich frei innerhalb eines ringförmigen Lochs 31, 32 innerhalb des Blocks bewegen kann. Das ringförmige Loch hat einen vergrößerten Abschnitt 32, um die Kolbendichtung aufzunehmen. Jede Kontaktprobenstange hat einen elektrischen Signaldraht 33, der an dem Ende entfernt von der Gussblockoberfläche durch Arretiermuttern 34 angebracht ist.
Drei solche pneumatischen Anordnungen sind genauer in Fig. 3 dargestellt, die drei Punktkontaktproben 24a, 24b, 24c umfasst, die jeweils in einer Anordnung wie vorher beschrieben montiert sind. Innerhalb des Stahlmontageblocks sind Luftdurchlässe 40, 41 eingebohrt, um die vergrößerten Abschnitte der ringförmigen Kanäle zu verbinden, in denen sich die Proben bewegen. Luftleitungsanschlüsse 42, 43 sind vorgesehen, um die Zylinder horizontal in zwei gegenüberliegenden Richtungen wechselweise innerhalb der Vertiefungen anzutreiben. Die Enden der Punktkontaktproben, die in der Nähe der Gussblockoberfläche sind, sind zugespitzt, um den Kontakt mit der Gussblockoberfläche zu verbessern. Der Winkel des Punkts wird empirisch gewählt, um die Menge der Spitzenabnutzung und des Abflachens zu verringern, das mit wiederholter Verwendung auftreten kann. Elektrische Anschlüsse 33a, 33b, 33c sind mit den Kontakten hergestellt, so dass die Antwort unter Verwendung eines externen Steuerkreises, der genauer unten beschrieben wird, gemessen werden kann.
Die Punktkontaktproben 24a und 24c sind aus einem Metall gefertigt und der Kontakt 24b ist aus einem anderen Metall gefertigt. Die entsprechenden elektrischen Verbindungen sind ebenfalls aus dem gleichen Metall gefertigt. Typischerweise sind die Punktkontaktproben 24a und 24c aus Alumel gefertigt und die Punktkontaktprobe 24b aus Chromel, wobei jedoch jede Kombination von Metallen, die eine thermische EMF Antwort liefert, verwendet werden kann.
Während eines typischen. DC Gießens sind die Punktkontaktproben 24a, 24b, 24c so positioniert, dass sie in einer Ebene liegen, so dass die Spitzen der Punktkontaktproben, wenn sie durch die Pneumatikzylinder nach vorne gedrückt werden, die Gussblockoberfläche 20 in der Position 12 berühren, die irgendwo im Bereich zwischen 5 mm über dem Sekundärkühlmittelaufprallpunkt 10 und 30 mm unter dem Sekundärkühlmittelaufprallpunkt 10 liegen kann, vorzugsweise zwischen 5 und 15 mm unter dem Sekundärkühlmittelaufprallpunkt 10. Es wurde bestimmt, dass die gemessene Temperatur repräsentativ für den thermischen Zustand des Gussblocks ist, insbesondere während des Angießens, wenn die Probe in dieser Position verwendet wird. Wenn sie mehr als 5 mm über dem Aufprallpunkt liegt, dann versagt die Probe beim Messen der Wirkungen des Sekundärkühlmittels, die für das Kontrollieren des Gießens von größter Wichtigkeit sind, insbesondere während des Angusses. Wenn sie mehr als 30 mm unter dem Aufprallpunkt liegt, wird die Probenantwort durch das graduelle Mitteln der Temperaturen beeinflusst, das dem Aufbringen von Kühlmittel folgt, und hat nicht länger die Empfindlichkeit, um die detaillierten Wirkungen des sekundären Kühlmittels auf der Oberfläche zu zeigen, wenn auch eine bestimmte Information (mit zunehmend begrenztem Rahmen) bis zu etwa 400 mm vom Aufprallpunkt erhalten werden kann.
Im Betrieb werden die Punktkontaktproben, die die Sensoren der vorliegenden Erfindung bilden, gleichzeitig in der Vorwärtsrichtung, um Kontakt mit der Gussblockoberfläche 20 herzustellen, durch gleichzeitiges Aktivieren aller drei Pneumatikzylinder 32a, 32b, 32c bewegt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Jeder der Zylinder 32a, 32b, 32c wird innerhalb des Blocks 3 betätigt und gleichzeitig durch die Luftleitungen 42 und 43 versorgt. Wenn Druck auf die Luftleitung 42 aufgebracht wird und die Luftleitung 42 aufgebracht wird und die Luftleitung 43 zur Umgebung offen ist, werden alle drei Punktkontaktproben 24a, 24b und 24c in Richtung auf die Gussblockoberfläche 20 durch die Kolben 30a, 30b, 30c bewegt. Wenn Druck auf die Luftleitung 23 aufgebracht wird und die Luftleitung 42 zur Umgebung offen ist, werden die drei Kontakte zurück von der Oberfläche bewegt. Die Richtung der Luftströmung wird durch ein doppelt wirkendes Pneumatikventil 45 gesteuert, das an einer Luftzufuhrquelle (nicht gezeigt) angebracht ist. Die Punktkontaktprobenspitzen werden gegen die Gussblockoberfläche 20 während einer kurzen Zeitdauer gehalten und dann durch die Pneumatikzylinder zurückgezogen. Während der Kontaktzeit mit der Oberfläche kann sich die Oberfläche bis zu 6 mm vertikal bewegen, vorzugsweise jedoch nur 3 mm oder weniger, und das vertikale Spiel in den isolierenden Rohrstücken 25a, 25b, 25c ermöglicht, dass die Punktkontaktproben mit der Oberfläche ohne Kratzen oder Fugenbildung in Kontakt kommen. Ein vertikales Spiel kann auch durch den Montageblock 3 oder ein Gelenk erreicht werden, anstatt ihn direkt am Boden der Gussform zu befestigen, wobei in diesem Fall die Oberfläche sich weiter bewegen kann.
Wenn auch die drei Punktkontaktproben gegen die Gussblockoberfläche gleichzeitig bewegt werden, erlaubt die Verwendung getrennter Pneumatikzylinder, dass sich die Punktkontaktproben gegenüber Gussblockoberflächen- Unregelmäßigkeiten sich anpassen. Eine ähnliche Flexibilität kann beispielsweise durch die Verwendung eines einzigen aktivierenden Zylinders mit federbelasteten Kontaktspitzen erreicht werden.
Die Pneumatikzylinder arbeiten vorzugsweise mit einem Druck von etwa 90 psig. Für eine Chromel- oder Alumenl- Legierungsstange mit 6 mm Durchmesser mit einem Punktwinkel von etwa 30º wird eine passende Kraft entwickelt, um einen zuverlässigen thermischen und elektrischen Kontakt mit der Gussblockoberfläche herzustellen.
Während sie in Kontakt mit der Oberfläche sind, werden die EMFs, die sich zwischen den Kontakten 24a und 24b und zwischen 24b und 24c entwickeln, gemessen. Einige solcher Messungen werden im allgemeinen bei einer Frequenz von 40 pro Sekunde durchgeführt. Da die Kontakte eine direkte elektrische Verbindung mit der Oberfläche herstellen, stabilisieren sich die Messungen bei einem Endwert innerhalb von weniger als 0,15 Sekunden. Die EMFs von den zwei Sensoren (die durch die überlappenden Paare der Punktkontaktproben gebildet werden) werden in äquivalente erfasste Temperaturen basierend auf der bekannten Antwort für die Metalle, die bei den Punktkontaktproben verwendet werden, konvertiert. Die Punktkontaktproben sind im allgemeinen weniger als 30 mm entfernt beabstandet, so dass die dazwischen liegende Aluminiumoberfläche zwischen den Punktkontaktproben die Messungen nicht beeinflusst. Wenn somit Chromel- und Alumen- Metalle verwendet werden, ist die entwickelte EMF typisch für diejenige, die bei einem "Typ K" Thermoelement anzutreffen ist. Die zwei gleichzeitig erfassten EFMs, die in eine Spannung oder in eine äquivalente Temperatur konvertiert werden, werden dann verglichen. Wenn sie sich um mehr als 10% unterscheiden, vorzugsweise mehr als 5%, wird die Messung für Kontrollzwecke verworfen. Andernfalls wird das Maximum der zwei erfassten Spannungen oder Temperaturen angezeigt und aufgezeichnet, als Ausgabe, die am genauesten die tatsächliche Oberflächentemperatur an diesem Punkt angibt. Selbstverständlich kann nach Bedarf die untere erfasste Temperatur verwendet werden oder ein Mittelwert der zwei als die angezeigte Oberflächentemperatur vorgesehen werden, wobei jedoch für die höchste Genauigkeit der Maximalwert verwendet wird.
Ein typischer Kreis zum Steuern der Bewegung der Proben und zum Durchführen der koordinierten Messungen wird unter Verweis auf Fig. 2 und 3 und das Blockdiagramm aus Fig. 4 beschrieben. Die Signalanalyse und die Taktsignale, die für die Temperaturmessungen benötigt werden, werden durch einen gemeinsamen Digitalrechner 50 geliefert. Der Computer erzeugt ein "Start" Taktgebungssignal, das einen Vierweg-Solenoid 45 aktiviert, der Luftdruck auf die gemeinsame pneumatische Verbindung 43 für alle Probenkontakte aufbringt, um die Kontakte in die Brammenfläche zu treiben. Ein ähnliches "Stopp"-Taktgebungssignal bewirkt, dass der Solenoid- Luftdruck auf die Verbindung 42 aufbringt, um die Bewegung umzukehren. Die nicht verwendete Verbindung (42 oder 43) wird mit der Umgebung durch den Solenoid verbunden.
Kontinuierlich arbeitende Analog-Digital-(A/D)-Wandler 51 werden mit Paaren der Ausgänge der Proben verbunden. Verbindungen 33a und 33b speisen einen solchen A/D-Wandler 51 und Verbindungen 33b und 33c den anderen. Die A/D-Wandler können mindestens vierzig Lesungen pro Sekunde durchführen und die so gelesenen EMFs in Digitalsignale konvertieren. Diese Signale werden als Eingaben dem Rechner 50 zugeführt.
Der Rechner konvertiert die Digitaleingaben von jedem Kontaktpaar in Temperaturen T&sub1; und T&sub2;, basierend auf bekannten Umwandlungsfaktoren für die gewählten Kontaktlegierungen. Digitale Eingaben werden von 0,35 Sekunden nach dem "Start"-Taktgebungssignal angenommen, bis das "Stopp"-Taktgebungssignal erzeugt wird. Dies beinhaltet sowohl die Antwortzeit der Thermoelementverbindungen (etwa 0,15 Sekunden) als auch diejenige der Ventile. Die Daten für T&sub1; und T&sub2; können auf verschiedene Weisen behandelt werden. Bei einem Verfahren wird das Maximum, das Minimum und der Durchschnitt von T&sub1; und T&sub2; für den gesamten Zeitzyklus zwischen den "Start" und "Stopp" Zeitgebungssignalen bestimmt. Wenn die Durchschnittswerte um eine bestimmte Menge abweichen (beispielsweise 10%, vorzugsweise 5%), wird der gesamte Zyklus aus Kontrollzwecken verworfen. Wenn die Signale um weniger als diese Menge variieren, wird der höhere Wert des Maximums von T&sub1; und T&sub2;, das Minimum oder der Durchschnittswert als repräsentative Messung der Oberflächentemperatur gewählt. Zusätzlich können die Werte von T&sub1; und T&sub2; auf einer Messung durch eine Messbasis verglichen werden (z. B. ein einer Rate von 40 pro Sekunde) und individuelle Paare angenommen oder verworfen werden.
Die Länge des Messzyklus (zwischen "Start" und "Stopp" Taktgebungszyklen) kann so gewählt werden, dass sie Betriebsanforderungen entspricht, selbstverständlich vorausgesetzt, dass die Probenkontakte nicht sich vertikal über ihre Betriebsschranken bewegen müssen. Zusätzlich kann eine Bewegung über etwa 3 mm für Messungen, die an spezifischen Orten in bezug auf einen Kühlmittel- Aufprallpunkt vorgenommen werden, weniger repräsentative Ergebnisse als es wünschenswert ist liefern.
Der rasche Ausgleich und die häufigen Temperaturmessungen erlauben das Verfolgen der Oberflächentemperaturvariationen, die verhältnismäßig rasch auftreten, beispielsweise während der Kühlung mit pulsierendem Wasser, wobei die Puls-An- oder -Aus-Dauer geringer als 0,5 Sekunden sein kann. Die Fähigkeit zum raschen Ausgleich kombiniert mit der kurzen Dauer der Ein/Aus-Bewegung und der Fähigkeit zum Verifizieren der Validität jeder Messung, wenn sie durchgeführt wird, erlauben eine exzellente Abstandsauflösung entlang der Bramme, über die Temperaturen zu messen sind. Beispielsweise ist bei typischen Gussgeschwindigkeiten für einen Block eine Abstandsauflösung von bis zu 0,5 mm machbar, was das Überwachen von Temperaturänderungen über sehr kurze Abstände entlang eines Gussblocks ermöglicht, insbesondere während des Angießens.
Durch Verwendung dieser Vergleichstechnik kann die Oberflächentemperatur zuverlässig bestimmt werden, selbst wenn die Gussblocktemperatur grob ist und nicht gleichmäßig ist und während die Gussblocktemperatur beträchtlichen Änderungen wie beim Anfang des Gießens unterworfen sein kann. Herkömmliche Temperaturmessungen, die auf einzelnen Thermoelementen oder einem einfachen Probenpaar beruhen, können eine Messung nicht validieren, außer durch Vergleich mit vorherigen und nachfolgenden Messungen und in Situationen, in denen die Oberflächentemperatur sich ändert, kann dies nicht zuverlässig durchgeführt werden.
Wenn beim DC Gießen eine pulsierende Wassersteuerung verwendet wird, ist es praktisch, einen Messzyklus gleich der Zykluszeit des Steuersystems des pulsierenden Wassers zu wählen. Die Antwort des Systems ist ausreichend rasch und genau, dass die Gussblockoberflächentemperatur-Fluktuationen während solch eines Zyklus verfolgt werden können.
Der Computer 50 hat einen zweiten Eingang 52, der eine Messung der Gussblocklänge 13 vorsieht. Diese Messung wird oftmals durch die Steuersysteme auf modernen Gussblockgießmaschinen erzeugt und ist daher direkt zur Verwendung verfügbar. Der Computer vergleicht dann die validierte Gussblockoberflächentemperatur mit Messungen gegen vordefinierte Grenzen in der Gestalt eines Kontrollbands der Temperaturen über der Position. Diese Kontrollfunktion ist im allgemeinem im Speicher des Computers gespeichert, beispielsweise als eine digital gespeicherte Funktion. Der Computer sieht dann ein Steuersignal 53 vor, das an eine Einrichtung geliefert wird, die normalerweise verwendet wird, um das Kühlmittel (z. B. seine Strömungsrate, Pulsationsrate, seinen Gasanteil usw.) bei modernen Gusssystemen zu steuern. Das Steuersignal wird jedoch verwendet, um die normale Kühlmittelsteuerfunktion zu modifizieren, so dass die gemessene Temperatur innerhalb des definierten Kontrollbands beibehalten wird. Das Kühlmittel kann auf verschiedene Wege kontrolliert werden. Die Pulsrate und die An/Aus-Zyklen können bei pulsierenden Wassersysteme verwendet werden, die Gasmenge kann einem Gaseinspritzsystem zugefügt werden oder die Totalströmung des Kühlmittels kann gesteuert werden, und abhängig von der Formgestalt können der Wasseraufprallpunkt und der Winkel über den normalen Wert variiert werden.
In Fig. 4 ist ein Wasserkontrollsystem 54 in Blockform dargestellt, das verwendet wird, um ein Wasserkontrollventil 55 in einem Modus für pulsierendes Wasser (d. h. entsprechend dem Ventil 19 in Fig. 1) zu steuern. Das Wasserkontrollsystem öffnet und schließt das Wasserkontrollventil gemäß einer vorbestimmten Sequenz. Beispielsweise arbeitet das Wasserventil während einer vordefinierten "An"- und "Aus"- Zeitdauer, die mit dem Ausmaß der Gusslänge des Gussblocks variieren kann, was letztlich die "Aus"-Dauer auf Null reduziert ("Ende der Pulsation"). Die Formatbildung der Steuersignale bewirkt, dass die "An"-Dauer zunimmt und/oder die "Aus"-Dauer abnimmt, wenn die Messung der Oberflächentemperatur angibt, dass eine größere Kühlung benötigt wird, um die Oberflächentemperatur nach unten innerhalb des Kontrollbands zu bringen, wobei eine solche Modifikation zusätzlich zur vordefinierten Variation auftritt, die bereits Teil des vorhanden Kühlmittelsteuersystems ist. Der Controller 54 und das Ventilsystem 55 können auch den Teil eines Gaszufuhrsystems bilden, wenn Gas dem Kühlmittel zugeführt wird, um seine Kühlfähigkeiten zu steuern.
Es besteht aus zwei Abschnitten. Ausgehend von dem Nullwert der Gussblocklänge, wie er bereits definiert wurde, wird ein erster Abschnitt 60 definiert, der seine untere Grenze 61a bei näherungsweise 300ºC hat und sich bei einer kürzeren Gussblocklänge 62a erstreckt, und eine obere Grenze 61b von näherungsweise 475ºC, die sich über eine längere Gussblocklänge 62b erstreckt. In der Darstellung von Fig. 5 entsprechen die Gussblocklängen 62a, 62b näherungsweise 113 bis 130 mm der Gussblocklänge jeweils. Danach ist ein zweiter Abschnitt, der drei mehr oder weniger rechteckige verbundene Segmente 63, 64, 67 mit abnehmenden oberen Grenzen umfasst, definiert. Das Endsegment 67 hat eine obere Grenze 65 bei einer Temperatur von 120ºC. Die vorhergehenden Segmente 63, 64 haben untere Grenzen über 120ºC. Dieses Endsegment 67 beginnt bei einer maximalen inkrementalen Gussblocklänge 66a vom Ende der kürzeren Gussblocklänge 62a und einer minimalen inkrementalen Gussblocklänge 66b von der längeren Gussblocklänge 62b des ersten Abschnitts. In der Darstellung nach Fig. 5 entsprechen die inkrementalen Gussblocklängen 66a und 66b jeweils näherungsweise 40 mm und 61 mm. Somit wird für das dargestellte Temperaturkontrollband die Gussblockoberflächentemperatur innerhalb des ersten Abschnitts bei einer Temperatur zwischen 300ºC und 475ºC, für eine Gussblocklänge zwischen 113 und 130 mm gehalten, wird dann auf 120ºC bei einer zusätzlichen inkrementalen Gussblocklänge von zwischen 40 und 61 mm verringert, so dass sie innerhalb die bevorzugten Bereiche dieser Erfindung fällt.
Obwohl man nicht an irgendeine Theorie gebunden sein möchte, glaubt man, dass der spezifische Temperaturmessort wichtig dahingehend ist, dass er die nützlichste Charakterisierung der Gesamtkühlung des Gussblocks vorsieht (Primär-, Sekundär- und Bodenblockkühlung) und somit die nützlichste Charakterisierung der thermischen Spannungen, die ein Reißen des Gussblocks bewirken. Innerhalb des ersten Abschnitts des Kontrollbands glaubt man, dass die Gussblocklänge, über die die Oberflächentemperatur auf einem hohen Wert gehalten wird, wichtig ist, um ein "transitionelles Reißen" zu kontrollieren. Wenn sie für eine gegebene Gussblockgröße und Legierung zu kurz ist, besteht ein nicht ausreichender Spannungsabbau im Gussblock und beim Übergang zum zweiten Abschnitt des Kontrollbands erzeugt die rasche Temperaturänderung eine Rissbildung. Während der Dauer der Kontrolle im ersten Abschnitt des Kontrollbands wird ein Heißreißen häufig beobachtet, was zum Spannungsabbau beitragen kann. Diese Heißrisse "heilen" im allgemeinen, wenn sie einem raschen Kühlen und einem Wechsel in das zweite Kontrollband unterworfen werden. Wenn die Temperatur jedoch auf einem hohen Wert gehalten wird bei Gussblocklängen, die zu groß sind, können sich diese Heißrisse weiter entwickeln und heilen nicht. Somit sind obere und untere Grenzen auf die Gussblocklänge dieses ersten Abschnitts wünschenswert und abhängig von den Gussblockabmessungen und der Zusammensetzung (wobei dies Schlüsselaspekte zusammen mit der Temperatur sind, die die Spannungsniveaus bestimmt).
Fig. 5 veranschaulicht weiter eine Steuerung mit pulsierender Kühlung und es ist festzuhalten, dass das Kontrollsystem die gemessene Temperatur 70 innerhalb des Kontrollbands während allen Teilen des Pulszyklus halten soll. Wenn die Temperatur unter die untere Grenze des ersten Abschnitts des Kontrollbands während eines Bereichs des Zyklus fällt und dies bei einem oder zwei zusätzlichen Zyklen wiederholt wird, kann sich der Wärmetransfervorgang zur Gussblockoberfläche plötzlich ändern, was zu einem beschleunigten Abfall in der Oberflächentemperatur führt und ein Versagen des Gussblocks durch Reißen hervorrufen kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die untere Schranke des ersten Abschnitts der Temperaturkontrollbands nahe an der unteren Grenze des Filmsiedebereichs ist. Somit muss eine rasche, verifizierbare und nahezu kontinuierliche Oberflächentemperaturmessung verfügbar sein, damit dieses Steuerverfahren richtig arbeitet. Am Ende des zweiten Kontrollbands wird das pulsierende Wasser angehalten, wobei jedoch einige kleine Temperaturfluktuationen (z. B. ±5ºC) verbleiben, und man glaubt, dass sie durch die Wechselwirkung mit dem Primärkühlen und der Gussblockoberfläche hervorgerufen werden. Der Endbereich des Kontrollbands ist so festgelegt, dass er diese normalen Fluktuationen aufnimmt.
Das Kontrollband, wie es in Fig. 5 beschrieben ist, hängt von der Legierung ab, die gegossen wird, und der Größe des Gussblocks. Im allgemeinen, wenn rissempfindliche Gussblöcke beteiligt sind, sind die Gussblocklängen 62a und 62b mindestens etwa 100 mm und weniger als etwa 400 mm. Der erste Abschnitt des Kontrollbands hat als seine untere Grenze eine Temperatur von mindestens 200ºC und vorzugsweise zwischen 240ºC und 450ºC. Die obere Schranke dieses ersten Abschnitts dieses Kontrollbands ist im allgemeinen geringer als etwa 550ºC.
Der zweite Abschnitt des Kontrollbands bringt den Gussblock auf eine Temperatur innerhalb seines Endabschnitts (mit einer oberen Grenze geringer als 120ºC und vorzugsweise geringer als der atmosphärische Seidepunkt des Kühlmittels), vorzugsweise innerhalb inkrementeller Gussblocklängen 66a, 66b, die zwischen 5 bis 100 mm liegen, anschließend an das Ende des ersten Abschnitts des Kontrollbands.
Eine andere Form des Kontrollbands ist in Fig. 6 gezeigt. In diesem Fall wird ein nicht pulsierendes Verfahren zur Kühlmittelsteuerung verwendet. Der erste Abschnitt des Kontrollbands hat Grenzen in der Gestalt von abfallenden Funktionen mit dem Abstand, wobei jedoch die untere Grenze über etwa 450ºC bleibt und die obere Grenze geringer als etwa 480ºC ist. Die Oberflächentemperatur wird innerhalb dieser Grenzen bei einer Gussblocklänge gehalten, die von der kürzeren Gussblocklänge 76a bis zur längeren Gussblocklänge 76b reicht, die in der Darstellung nach Fig. 6 näherungsweise jeweils 116 und 132 mm sind. Die Temperatur wird dann auf 120ºC bei zusätzlichen inkrementellen Gussblocklängen verringert, die von einer maximalen inkrementellen Länge 77a zu einer minimalen inkrementellen Länge 77b reichen, die jeweils näherungsweise 54 mm und 13 mm sind. Der zweite Abschnitt des Kontrollbands in diesem Fall hat obere und untere Grenzen als geneigte geradlinige Segmente, denen horizontale Liniensegmente folgen, die unter 120ºC liegen. Da die Temperaturfluktuationen 75 von pulsierendem Wasser nicht aufgenommen werden müssen, kann das Kontrollband enger sein als das in dieser Figur gezeigte.
Dieses engere Kontrollband kann auch mit pulsierendem Wasser verwendet werden, wenn die maximalen Temperaturen (an den Spitzen der Pulse, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind) verwendet werden. Da die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung das Verfolgen der Temperaturvariationen durch einen Impuls ermöglicht, können die Maxima direkt bestimmt und verfolgt werden. In dem ersten Abschnitt eines solchen Kontrollbands muss jedoch die untere Grenze ausreichend hoch sein, damit das Risiko, dass die Temperaturen am Minimum unter den Filmsiedebereich fallen, minimiert werden. Somit würde eine untere Grenze höher bei der gleichen Gussblockgröße und Legierung als es in Fig. 5 gezeigt ist gewählt werden, wenn die gesamte Temperaturvariation verfolgt wird.

Beispiel

Eine Kontrollfunktion, die passend zur Verwendung für die vorliegende Erfindung ist, wurde empirisch erzeugt. Ein Gussblock aus Aluminiumlegierung LAA-3104 mit einer Querschnittsgröße von 600 · 1850 mm wurde in einer Gussmaschine unter Verwendung eines während der Anfangsphase durch Gasinjektion modifizierten Sekundärkühlens gegossen. Unter Verwendung der Ausführungsform der Temperaturmessprobe, die in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wobei der Probenort. 10 mm unter dem Sekundärkühlmittelaufprallpunkt liegt, wurden die Oberflächen-(Haut)-Temperatur des Gussblocks am Mittelpunkt der Wälzfläche (der langen Seite) während einer Reihe von Gießvorgängen gemessen. Die Probe wurde nicht unmittelbar beim Angießen aktiviert, sondern begann Messungen bei 70 mm Gussblocklänge (gemessen durch die Bodenblockverschiebung, wie sie durch Fig. 1 definiert ist). Die Messungen wurden bis zu einer Gussblocklänge von etwa 200 mm fortgesetzt, wobei an diesem Punkt man der Auffassung war, dass man einen stationären Betrieb erreicht hat. Bei jedem Guss wurde die Anfangskühlpraktik variiert und das Temperaturprofil wurde gemessen, wobei man in einem Gebiet begann, in dem die Temperatur auf einem hohen Wert war (geringe Kühlrate) und endete, nachdem die Kühlrate erhöht worden war (durch Verringern der Menge des Gaszusatzes auf Null). Da die Kühlmitteleigenschaften gleichzeitig Änderungen aufgrund Zusammensetzungsvariationen unterlagen, wurde eine wesentliche Verschiedenheit von Temperaturprofilen erhalten. Beim Beenden der Angussphase wurde der Gussbarren untersucht und der Gussvorgang überprüft. Die Temperaturprofile wurden entsprechend der Ergebnisse sortiert. Es wurde bestimmt, dass Temperaturprofile, die zwischen den Kurven 80 und 81 in Figur. 7 lagen, Gussblöcken mit guter Qualität entsprachen, die ohne Betriebsschwierigkeiten gegossen wurden. Kurven, die unter der Kurve 80 lagen, führten zu Gussblöcken mit zunehmend ernsthaften Barrenverwindungsproblemen, wohingegen diejenigen, die über der Kurve 81 lagen, zunehmende Wälzflächenübergangsrisse aufwiesen. Die zwei Kurven wurde durch ein Kontrollband angenähert, das durch zwei Kurven 83, 84 skizziert wird, die sich aus geradlinigen Segmenten zusammensetzen, so dass eine "universelle" Kontrollfunktion gebildet wurde. Diese Kontrollfunktion ist daher zum Gießen von jedem Gussblock aus AA3104 mit einem Querschnitt 600 mal 1850 mm in jeder Gussmaschine geeignet. Vorausgesetzt, dass die Gussblockoberflächtentemperatur (Hauttemperatur), die am bevorzugten Ort in bezug auf den Sekundärkühlmittelaufprallpunkt gemessen wird, innerhalb des Bands gehalten wird, das durch die gestrichelten Linien 83 und 84 definiert wird, indem die Kühlkapazität des Sekundärkühlmittels durch eines der oben beschriebenen Verfahren justiert wird, wird ein fundierter Gussblock gegossen. Das oben beschriebene universelle Kontrollband wird dadurch charakterisiert, dass es einen erste Abschnitt hat, in dem die Oberflächentemperatur innerhalb einer oberen und unteren Grenze für Gussblocklängen gehalten wird, die von der kürzeren Gussblocklänge 86a zur längeren Gussblocklänge 86b, jeweils gleich 124 mm und 157 mm, reichen, wobei die untere Grenze des ersten Abschnitts des Kontrollbands in der Gestalt eines geradlinigen Segment ist, das zwischen 450 und 450ºC liegt, und die obere Grenze für den ersten Abschnitt des Kontrollbands in der Gestalt einer geraden Linie mit einem Maximalwert von über 530ºC ist. Der zweite Abschnitt des Kontrollbands ist in der Gestalt einer ersten Stufe (mit geneigten geradlinigen Grenzen), die die Gussblockhauttemperatur auf weniger als 120ºC während einer inkrementellen Gussblocklänge verringert, die von einem maximalen zusätzlichen Inkrement 87a zu einem minimalen zusätzlichen Inkrement 87b mit Werten von jeweils 41 mm und 9 mm reicht. Somit liegt dieses Kontrollband innerhalb der bevorzugten Werte der vorliegenden Erfindung. Andere solche "universelle" Kontrollbänder können für unterschiedliche Legierungen und unterschiedliche Gussblockgrößen entwickelt werden.
Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung, die zum Erhalten aussagekräftiger Temperatursignale auf eine unterschiedliche Weise verwendet wird. Bei dieser Vorrichtung werden mindestens zwei Gussblöcke 90 (die schematisch im Querschnitt in dieser Figur gezeigt sind) verwendet, die beispielsweise von benachbarten Formen in einem einzigen Gusstisch (nicht gezeigt) nach unten wandern können. Es können einige solcher Formen in einem Tisch vorhanden sein. Solche DC Gussanordnungen erzeugen sich bewegende Gussblöcke, die im wesentlichen die gleiche Geometrie haben und auf im wesentlichen äquivalente Kühlumgebungen treffen. Jeder Gussblock ist mit mindestens zwei Temperaturmessproben 101 und einem Signalkonditionierer 102 versehen. Die Temperaturmessproben sind wie vorher beschrieben (beispielsweise unter Verweis auf Fig. 2 und 3) und befinden sich an äquivalenten Orten in bezug auf beispielsweise den Sekundärwasseraufprallpunkt auf jeden Gussblock. Der Signalkonditionierer kann ähnlich zu dem sein, der in Fig. 4 beschrieben wurde.
Jeder Signalkonditionierer 102, der zu einem speziellen Gussblock 90 gehört, liefert eine Ausgabe entsprechend der Temperatur, die durch jede Temperaturmessprobe in Kontakt mit dem Gussblock gemessen wurde, und die Differenz zwischen den zwei Proben, die typischerweise als Mittelwerte über die Zeitdauer zwischen den Start- und Stopp-Signalen für die Datenermittlung am speziellen Messort genommen werden, werden erhalten, wie es vollständiger in bezug auf Fig. 4 erklärt wurde. Die Ausgaben werden dann an eine Speichereinrichtung 103 geliefert (beispielsweise den Speicher eines Mikrocomputers), die die folgenden Daten für jeden Gussblock hält: (a) den Ort (in der Richtung der Gussblockbewegung) auf dem Gussblock, an dem die Temperaturmessung durchgeführt wird, (b) die zwei oder mehr gemessenen Temperaturen und (c) die maximale Differenz zwischen den zwei oder mehr gemessenen Temperaturen. Die Speichereinrichtung und der zugehörige Rechner vergleichen diese Differenz mit einem vorbestimmten Wert (typischerweise 10% und weiter vorzugsweise 5% des Maximums der zwei oder mehreren Temperaturen), und wenn die Differenz geringer als der vorbestimmte Wert ist, wird das Maximum der zwei oder mehr gemessenen Temperaturen auf einer geeigneten Ausgabeeinrichtung dargestellt. Wenn dieses Validierungskriterium nicht erfüllt wird, ist die Differenz zwischen dem Maximum der zwei oder mehr gemessenen Temperaturen für einen Gussblock verglichen zu der Differenz zwischen dem Maximum der zwei oder mehr gemessenen Temperaturen für einen benachbarten Gussblock oder einen Gussblock in der Nähe einer Gruppe solcher Gussblöcke, und wenn diese sich um weniger als eine vorbestimmte Menge unterschieden (typischerweise 10%, vorzugsweise 5%, des Durchschnitts der zwei Maxima der Gruppe der Maxima), darin wird die Maximaltemperatur auf einer passenden Ausgabeeinrichtung dargestellt.
Das erste Validierungsverfahren verwendet im wesentlichen eine Temperaturmessung auf der Oberfläche des Gussblocks in der Nähe der ursprünglichen Messung zu Validierungszwecken, wohingegen die zweite Validierung eine Temperaturmessung auf der Oberfläche eines Gussblocks verwendet, die von dem Ort der ursprünglichen Messung entfernt sein kann, jedoch im wesentlichen äquivalenten thermischen Bedingungen ausgesetzt ist und geometrisch im wesentlichen äquivalent ist. Dieses zweite Verfahren kann, wie oben dargestellt, für eine Reihe von DC Gussblöcken verwendet werden, die aus Formen in einem einzigen Getriebe gegossen werden.
Diese Logik kann besser unter Verweis auf das Flussdiagramm in Fig. 9 verstanden werden. In diesem Flussdiagramm entsprechen T&sub1;(A), T&sub2;(A) und ΔT(A) den zwei Temperaturen und der Differenz, die durch den Signalkonditionierer 102 für einen der Gussblöcke (genannt Gussblock "A") an einem speziellen Ort gemessen wurde, und T&sub1;(B), T&sub2;(B) und ΔT(B) beziehen sich auf die gleichen Parameter für einen zweiten Gussblock. Das Subskript 2 bezieht sich auf die höhere des Paars der Temperaturen in allen Fällen. T&sub2;(GRUPPE) bezieht sich auf den Durchschnittswert von T&sub2; für eine Gruppe von Gussblöcken, die zusammengenommen werden, wenn eine solche Gruppe besteht. Zusätzlich stellt T&sub2;(A)-T&sub2;(A) die Absolutdifferenz zwischen zwei Werten dar und < T&sub2;(A),T&sub2;(B)> stellt den Mittelwert der zwei Werte dar.
Das erste Flussdiagramm stellt einen Gussblock zu Gussblock Vergleich dar und das zweite einen Gussblock-Gruppe von Gussblöcken Vergleich. Die Flussdiagramme werden für jeden Gussblock wiederholt, für den eine Messungsvalidierung gewünscht ist.
Die Logik kann an einem Ort durch eine Positionierungsbasis (d. h., wenn die Daten für einen speziellen Ort ermittelt werden) angewendet werden oder eine Reihe von Daten kann für eine Reihe von Orten ermittelt werden und die Vergleiche können auf der Reihe durchgeführt werden und die validierten Ergebnisse für die komplette Reihe dargestellt werden.

Claims

1. Verfahren zum Kontrollieren der Temperatur einer Oberfläche eines Direkt-Kokillenguss-Gussblocks in einer Gussmaschine mit einer Form (2) mit offenem Ende, die mit einem Bodenblock (5) versehen ist, während der frühen Schritte des Gießens, wenn der Gussblock (7) von der Form (2) mit offenem Ende austritt, wobei das Verfahren das Richten einer Kühlmittelströmung (8) auf mindestens eine Oberfläche des Gussblocks (7) umfasst, der von einer Form (2) mit offenem Ende austritt, so das er auf die Oberfläche an einem normalen Aufprallpunkt (10) trifft und die Oberfläche kühlt, das Messen einer Oberflächentemperatur auf dem austretenden Gussblock an mindestens einem Messort (12), zum Erzeugen einer gemessenen Oberflächentemperatur, und das Verwenden der gemessenen Oberflächentemperatur zum Kontrollieren einer Gussvariablen und dadurch Kontrollieren der Temperatur der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur an einer vorbestimmten Position (12) ausreichend nahe an dem normalen Aufprallpunkt, (10) gemessen wird, dass die Oberflächentemperatur durch die Kühlmittelströmung (8) beeinflusst wird, und die Länge (13) des Gussblocks (7) entsprechend jeder Oberflächentemperaturmessung bestimmt wird, wobei die Länge (13) die Verschiebung des Bodenblocks (5) der Gussmaschine aus einer Anfangsposition am Beginn des Gießens ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Temperatur verwendet wird, um mindestens eine zusätzliche Gussvariable zu kontrollieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperaturmessungen und die entsprechenden Gussblocklängen (13) verwendet werden, um den Gussblock (7) mit einem vorbestimmten Oberflächentemperaturprofil zu versehen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Oberflächentemperatur des Gussblocks (7) verwendet wird, um die Oberflächentemperatur so zu kontrollieren, dass die Oberflächentemperatur innerhalb eines Temperaturkontrollbands liegt, das einen ersten Abschnitt über eine erste Gussblocklänge aufweist und einen benachbarten zweiten Abschnitt bei einer größeren Gussblocklänge als der erste Abschnitt, dass die Oberflächentemperatur innerhalb des ersten Abschnitts so kontrolliert wird, dass die Oberflächentemperatur größer als eine untere Temperaturgrenze ist, die über 120ºC liegt, und geringer als eine obere Temperaturgrenze bei der ersten Gussblocklänge, und dass die Oberflächentemperatur innerhalb des zweiten Abschnitts so kontrolliert wird, dass die Oberflächentemperatur auf 120ºC innerhalb einer zusätzlichen inkrementellen Gussblocklänge verringert wird und danach unter 120ºC gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Temperaturgrenze des ersten Abschnitts größer als eine obere Grenze eines Blasensiedebereichs des Kühlmittels ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Temperaturgrenze des ersten Abschnitts größer als 200ºC ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gussblocklänge geringer als etwa 600 mm ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gussblocklänge geringer als etwa 400 mm ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gussblocklänge größer als etwa 100 mm ist.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche inkrementelle Gussblocklänge im Bereich von 5 bis 100 mm liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Gussblock zuerst gemäß einer ersten Kühlsequenz gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Kühlsequenz gefolgt wird indem für den ersten Guss ein Satz von Parametern bestimmt wird, der mindestens einen Parameter umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus (a) der spezifischen ersten Gussblocklänge, bei der die gemessene Temperatur stark fällt, bestimmt durch ein Maximum in einer Ableitung der gemessenen Temperatur, (b) dem Wert der gemessenen Temperatur an der spezifizierten ersten Gussblocklänge, (c) einem einzigen Parameter, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Mittelwert, einem Gradienten oder einem Integral der gemessenen Oberflächentemperatur für Gussblocklängen bis zu der spezifizierten Gussblocklänge besteht, und (d) dem spezifischen Inkrement der Gussblocklänge, über das die gemessene Temperatur von dem Wert an der spezifischen ersten Gussblocklänge zu einem Wert geringer als 120ºC fällt, der Parameter mit einem bekannten Satz von Parametern verglichen wird und die Kühlsequenz für einen nachfolgenden Gussblockguss gemäß der Differenz zwischen dem Satz von Parametern und dem vorbestimmten Satz von Parametern verändert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlsequenz einen Satz von Gussvariablen umfasst, die ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus der Temperatur des geschmolzenen Metalls, der Gussgeschwindigkeit und dem Maß des Kühlens durch den Verwendungen Kühlmittelstrom, um eine Sekundärkühlung für die Form vorzusehen.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlsequenz das Maß des Kühlens umfasst, das durch dien Kühlmittelstrom vorgesehen wird, der verwendet wird, um eine Sekundärkühlung für die Form vorzusehen.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlsequenz gemäß der Differenz zwischen Kombinationen von Parametern aus dem ersten Satz von Parametern und den gleichen Kombinationen, die aus dem vorbestimmten Satz von Parametern genommen werden, verändert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur unter Verwendung eines Sensors (101) gemessen wird, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus optischen Nichtkontaktsensoren und kontaktierenden Temperaturmesssensoren.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur durch Vorsehen von mindestens zwei Kontakttemperatursensoren (101) an dem Messort (12) gemessen wird, wobei periodisch die Sensoren in gleichzeitigen Kontakt mit der Oberfläche gebracht werden, die Ausgaben von jedem der Sensoren verglichen werden, die Ausgaben verworfen werden, wenn sich die Ausgaben um mehr als eine festgelegte Menge unterscheiden, und, wenn sich die Ausgaben weniger als die festgelegte Menge unterscheiden, eine oder ein Mittelwert der Ausgaben als eine Messung der Temperatur angenommen wird, die für die Steuerung des Kühlmittels zu verwenden ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgaben eine Ausgabe umfassen, die eine höhere Temperatur als andere der Ausgaben anzeigt, und Annehmen der höheren Ausgabe als eine Messung der Oberflächentemperatur, wenn sich die Ausgaben um weniger als die festgelegte Menge unterscheiden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (101) mindestens zwei beabstandete Punktkontakte haben, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt sind, um eine EMF zu erzeugen, wenn sie in Kontakt mit der Oberfläche sind.

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Position (12) zwischen 5 mm über dem normalen Aufprallpunkt (10) bis zu 400 mm unter dem normalen Aufprallpunkt (10) liegt.

20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Position (12) zwischen 5 mm über dem normalen Aufprallpunkt (10) bis zu 100 mm unter dem normalen Aufprallpunkt (10) liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Position (12) zwischen 5 mm über bis zu 40 mm unter dem normalen Aufprallpunkt (10) liegt.

22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel durch ein Verfahren kontrolliert wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus vaiierenden An-Aus-Zykluszeiten einer pulsierenden Kühlmittelströmung, dem Ändern einer Gesamtströmung des Kühlmittels, dem Zuführen von Gas an das Kühlmittel und dem Variieren der Gaskonstante, dem Richten der Strömung des Kühlmittels weg von dem normalen Aufprallpunkt und dem Zusetzen von Additiven zu dem Kühlmittel und dem Variieren des Anteils der Additive besteht.

23. Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur einer Oberfläche eines Direkt-Kokillen-Gussblocks während der Anfangszustände des Gießens aus einer Gussmaschine mit einer Gussblock (2) mit offenem Ende, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch einen ersten Temperatursensor (101), der sich eine vorbestimmte Position (12) in bezug auf einen normalen sekundären Kühlmittelaufprallpunkt (10), der für die Gussblock festgelegt ist, befindet, wobei der Temperatursensor (101) einen Teil eines Steuersystems zum Kontrollieren der Oberflächentemperatur des Gussblocks bildet; einen Signalkonditionierer (102), damit Signale der Temperatursensoren an einen Steuerkreis nur dann geschickt werden können, wenn die Signale validiert sind; einen Signalkomparator, der eine Ausgabe des Signalkonditionierers mit einer vorbestimmten Steuerfunktion vergleicht; und einen Controller (50) zum Kontrollieren einer Gussvariable der Gussform als Antwort auf eine Ausgabe des zweiten Signalkomparators.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller mindestens eine zusätzliche Gussvariable der Gussform steuert.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (101) ein optischer Nichtkontaktsensor oder ein Kontakttemperaturmesssensor ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen zusätzlichen Temperatursensor aufweist, der in der Nähe des ersten Temperatursensors positioniert ist, und dadurch, dass der Signalkonditionierer ein Signalkomparator zum Vergleichen einer Ausgabe jedes der Temperatursensoren ist und die Validierung auftritt, wenn sich die Signale um weniger als eine festgelegte Menge unterscheiden.

27. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor eine Zweipunktkontaktprobe umfasst, jeder Punkt aus einem unterschiedlichen Metall gefertigt ist, so dass ein EMF entwickelt wird, wenn die Punkte mit der Oberfläche in Kontakt gebracht werden.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Sensoren eine Punktkontakt teilen.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Punkt des Sensors eine unabhängige Aufhängung hat, um sich Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Gussblocks anzupassen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussvariable die Kühlmittelströmung ist oder Eigenschaften und die Einrichtung zum Kontrollieren der Kühlmittelströmung oder der Eigenschaften ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus einer Einrichtung zum Variieren der An-Aus-Zykluszeiten der pulsierenden Kühlmittelströmung, einer Einrichtung zum Ändern einer Totalströmung des Kühlmittels, einer Einrichtung zum Zufügen von Gas zu dem Kühlmittel und zum Variieren der Gaskonstante, einer Einrichtung zum Richten der Strömung des Kühlmittels weg von dem normalen Aufprallpunkt und einer Einrichtung zum Zufügen von Additiven zu dem Kühlmittel und zum Variieren des Anteils der Additive.