Beat R. Rudolf: Walzprozess mit Lasermesssystem optimiert

| Redakteur: Hermann Jörg

Das Laser-Messsystem befindet sich unmittelbar hinter der Stranggussanlage und muss dort Temperaturen bis zu 900 °C standhalten und diese exakt ermitteln. (Bild: LAP GmbH)
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Das Laser-Messsystem befindet sich unmittelbar hinter der Stranggussanlage und muss dort Temperaturen bis zu 900 °C standhalten und diese exakt ermitteln. (Bild: LAP GmbH)

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>> Der weltweit agierende finnische Stahlgigant Outokumpu installierte im Rahmen eines laufenden Forschungsprojekts ein innovatives Lasermesssystem von LAP, um den Produktionsprozess von Halbzeugen zu verbessern. Mit dem speziell an die Anforderungen angepassten Lasersystem kann der Materialverzug bereits während der Herstellung berücksichtigt werden. Das ermöglicht endkonturnähere Fertigung und vermindert teure Nacharbeit.

joe. Grundlage für den Erfolg des finnischen Stahlunternehmens Outokumpu ist seine Markt- und Kundenorientierung, mit klarem Fokus auf die Bedürfnisse, Anforderungen und Herausforderungen der Kunden und Märkte. Die gesamte Firmenpolitik des Konzerns ist darauf ausgerichtet, die Position als einer der weltweit führenden Hersteller von rostfreien Edelstählen zu festigen und auszubauen. Die Wettbewerbsfähigkeit sichert sich das gegen 8000 Personen beschäftigende Unternehmen durch Forschung und Entwicklung in Anwendung und Technik, es verbessert seine Produktionsprozesse kontinuierlich.

In einem aktuellen Forschungsprojekt ermittelt das Unternehmen Möglichkeiten, Halbzeuge (Brammen) endkonturnäher zu fertigen, bevor diese in den nächsten Fertigungsschritt im Walzwerk kommen. Deshalb suchte das Stahlunternehmen nach einem Messsystem, das trotz den für eine Giesserei typischen rauen Umgebungsbedingungen zuverlässige Daten liefert.

Stahlwerk arbeitet jetzt genauer

Schon jetzt steht fest: Der Einsatz des LAP-Messsystems hat die Einhaltung der masslichen Toleranz deutlich verbessert. Diese Verbesserung ist jedoch zurzeit noch nicht quantifizierbar, da für eine abschliessende Bewertung noch weitere Daten ermittelt und ausgewertet werden müssen. Allerdings hat sich gezeigt, dass das Messsystem uneingeschränkt giessereitauglich ist, denn trotz widriger Umgebungsbedingungen arbeitet es zuverlässig und liefert verlässliche Werte mit einer hohen Genauigkeit.

«Mit den Erkenntnissen aus dem aktuellen Forschungsprojekt können wir jetzt schon engere Toleranzen fertigen. Sobald wir die Daten vollständig ausgewertet haben und Trends im Verzug der Brammen bereits in sehr frühen Stadien erkennen, können wir den Produktionsprozess noch weiter optimieren», freut sich Marko Petäjäjärvi, Projektleiter bei Outokumpu.

Die Investition in das optische Messsystem hat sich damit zweifellos bereits gelohnt. Die enge Zusammenarbeit von Outokumpu und LAP führte zu einer kurzen Installationsdauer und einem robusten System. Von der Entscheidung für das Messsystem bis zur Inbetriebnahme verstrichen lediglich vier Monate.

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Anspruchsvoller Forschungsansatz

Ziele des Projekts sind unter anderem: präzise Bestimmung der Temperaturverteilung, der korrekten Länge und Breite sowie des Kantenprofils.

Das Laser-Messsystem befindet sich dazu unmittelbar hinter der Stranggussanlage und muss dort Temperaturen bis zu 900 °C standhalten und diese exakt ermitteln. Im Weiteren muss es die Breite der Brammen, die zwischen 800 und 1700 mm liegt, vermessen, ausserdem die Länge der zwischen 2 und 15 m langen Halbzeuge sowie die Dicke, die mit 170 mm festgelegt ist. Bei einer Rollganggeschwindigkeit von 30 m/min muss die Messeinrichtung aber noch mehr leisten: Outokumpu benötigt von jeder Bramme zuverlässige Messdaten über das gesamte Profil mit Dicke, Breite, Länge, dem Kantenprofil sowie der Wölbung. Mit den exakten Abmassen und der spezifischen Dichte der jeweiligen Legierung lässt sich in einem nächsten Schritt das genaue Gewicht errechnen, ohne dass die Halbzeuge gewogen werden müssen.

Das Forschungsprojekt verlangte darüber hinaus ein Messsystem, das die präzise Verteilung der Temperatur an den Flanken der Brammen bestimmt. Die Ingenieure planten, die Temperaturverteilung der Brammen hinter der Stranggussanlage mit dem Verzug und der Formänderung der erkalteten Brammen zu vergleichen. Anhand dieses Vergleichs wollten sie die Zusammenhänge von Verzug und Temperaturverteilung besser verstehen.

Konkretes Ziel des Forschungsprojekts war schliesslich, anhand dieser Daten den nachfolgenden Walzprozess zu optimieren. Dieser kann auf den hochmodernen Walzanlagen sehr präzise gesteuert werden. Mit den Daten aus dem Forschungsprojekt möchte man den Walzprozess so beeinflussen, dass der Temperaturverzug weitestgehend ausgeglichen wird. Dadurch entstehen endkonturnahe Brammen, eine Voraussetzung für die exakte Fertigung von Endprodukten wie Coils und Bandware. Zusätzlich spart der Stahlhersteller das kostenintensive Nachbearbeiten ein.

Scannende Lasersensoren liefern exakte Messdaten

Seit 25 Jahren stellt LAP lasergestützte Systeme für die berührungsfreie Messung von Abstand, Breite, Dicke, Länge, Durchmesser, Kontur und Ebenheit her, somit kennen die Ingenieure die Bedingungen, unter denen die Messsysteme arbeiten müssen, sehr genau. Sie wissen, dass mechanische Stabilität, Beständigkeit gegen Vibrationen und Verschmutzung, thermische Isolation, autarke Kühlsysteme und leichte Wartung genauso zur Leistungsfähigkeit eines Messsystems beitragen wie der einzelne Sensor. Der Stahlhersteller vertraute auf die lange Erfahrung von LAP und investierte in ein innovatives System, das inline zuverlässige Werte vom gesamten Profil liefert.

Die scannenden Lasersensoren der Baureihe Antaris liefern auch bei grossen Messabständen präzise Messdaten, sie eignen sich damit besonders zur Vermessung heisser oder gar glühender Materialien. Denn so können sie in sicherem Abstand montiert werden; die thermische Belastung ist gering und eine Kollisionsgefahr ist ausgeschlossen. Die Optik wird permanent mit gefilterter Luft umspült, was eine Verschmutzung verhindert und gleichzeitig das Schutzgehäuse der Optik klimatisiert.

Masskonfektioniertes Laser-Triangulationsverfahren

Die eingesetzten Sensoren arbeiten nach dem Triangulationsverfahren: Ein Laserstrahl wird an der Oberfläche des Messobjektes reflektiert und über eine Optik und einen Umlenkspiegel auf eine lichtempfindliche Zeilenkamera projiziert. Abhängig von der Entfernung des Messobjektes verändert sich die Position des Lichtpunktes. Hieraus ermittelt der Signalprozessor den Abstand zwischen dem Sensor und der Oberfläche der Blöcke.

Um den spezifischen Anforderungen des Stahlherstellers gerecht zu werden und um das exakte Kantenprofil zu bestimmen, erweiterte LAP die reguläre Breitenmessung mit den Scan-Sensoren zu einer zweidimensionalen Messung. Zwei zusätzliche Sensoren wurden neben dem Sensor für die Breitenmessung installiert. Diese 3+1-Anordnung ermöglicht, Wölbungen zu erkennen, auch wenn die Brammen gekippt oder schräg durch die Messeinrichtung rollen.

Der vertikale Scanbereich und die Scanfrequenz wurden an der Nenndicke und der Position der Brammen auf dem Rollgang ausgerichtet. Der Messspezialist hat dafür ein automatisches System installiert, das die Dicke und Position des Materials selbstständig erkennt. Das System justiert sich automatisch so, dass die glühenden Brammen bestmöglich gescannt werden können. Auf diese Weise folgt der Scanbereich dem Material sogar bei vertikaler Bewegung oder bei starker Krümmung.

Die Sensoren geben die so ermittelten Messdaten an einen PC weiter. Dieser filtert die Daten und berechnet die Abmasse in Echtzeit. Ein weiterer PC visualisiert an einem Bildschirm die Breite als Liniendiagramm und das Kantenprofil mit drei farbigen Linien über die Länge der Bramme. Die Brammenlänge wird über Lichtschranken und einen zusätzlichen Antaris-Sensor ermittelt und als numerischer Wert ausgegeben. <<

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