Optimierter Walzprozess

In einem aktuellen Forschungsprojekt ermittelt das finnische 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 der für eine Gießerei typischen Umgebungsbedingungen zuverlässige Daten liefert.

Schon jetzt steht fest: Der Einsatz des Messsystems hat die Einhaltung der maßlichen Toleranz deutlich verbessert. Diese Verbesserung ist jedoch noch nicht quantifizierbar, da für eine abschließende Bewertung noch weitere Daten ermittelt und ausgewertet werden müssen. Es zeigte sich allerdings, 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 bereits in sehr frühen Stadien erkennen, können wir den Produktionsprozess noch weiter optimieren,“ freut sich Marko Petäjäjärvi, Projektleiterbei Outokumpu.

Die Investition in das optische Messsystem von LAP hat sich zweifellos bewährt. 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 hat es lediglich vier Monate gedauert.

Das Laser-Messsystem befindet sich unmittelbar hinter der Stranggussanlage und muss dort Temperaturen bis zu 900°C standhalten und diese exakt ermitteln. Des Weiteren muss es die Breite der Brammen, die zwischen 800 und 1.700 Millimetern liegt, vermessen, außerdem die Länge der zwischen 2 und 15 Metern langen Halbzeuge sowie die Dicke, die mit 170 Millimetern festgelegt ist. Bei einer Rollganggeschwindigkeit von 30 Metern in der Minute muss die Messeinrichtung aber noch mehr leisten: Outokumpu benötigt von jeder Bramme zuverlässige Messdaten über das gesamte Profil mit Dicke, Breite, Länge, das 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.

Für das Forschungsprojekts brauchte das Unternehmen ein Messsystem, das darüber hinaus die präzise Verteilung der Temperatur an den Flanken der Brammen bestimmt. Die finnischen 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.

Das konkrete Ziel des Forschungsprojekts war es schließlich, anhand dieser Daten den nachfolgenden Walzprozess zu optimieren. Die Ingenieure können den Walzprozess auf den hochmodernen Walzanlagen sehr präzise steuern. Mit den Daten aus dem Projekt möchten sie den Walzprozess so beeinflussen, dass der Temperaturverzug weitestgehend ausgeglichen wird. Dadurch entstehen endkonturnahe Brammen.

Outokumpu vertraute auf die lange Erfahrung von LAP aus Lüneburg. Die LAP Ingenieure kennen 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.

Die scannenden Lasersensoren der Baureihe Antaris liefern auch bei großen Messabständen präzise Messdaten und eignen sich besonders bei der Vermessung heißer oder 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.

Die bei Outokumpu eingesetzten Antaris 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 finnischen Stahlherstellers gerecht zu werden und auch das exakte Kantenprofil zu bestimmen, erweiterte LAP die reguläre Breitenmessung mit Antaris Scan Sensoren zu einer zweidimensionalen Messung. Zwei zusätzliche Sensoren wurden neben dem Sensor für die Breitenmessung installiert. Diese 3 + 1-Anordnung ermöglicht es, Wölbungen zu erkennen, auch wenn die Brammen gekippt oder schräg durch die Messeinrichtung rollen.

Den vertikalen Scanbereich und die Scanfrequenz hat LAP an der Nenndicke und der Position der Brammen auf dem Rollgang ausgerichtet. Das System erkennt Dicke und Position des Materials selbstständig und 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. Der 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 Länge der Brammen wird über Lichtschranken und einen zusätzlichen Antaris Scan Sensor ermittelt und als numerischer Wert ausgegeben.

LAP Laser Applikationen, Lüneburg www.lap-laser.com