DE102008056912A1

DE102008056912A1 - Sensoranordnung zur Darstellung mechanischer Spannungen an der Oberfläche von Ferromagnetischen Materialien

Info

Publication number: DE102008056912A1
Application number: DE102008056912A
Authority: DE
Inventors: Carl Udo Dr. Maier; Jochen Ostermaier
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Sensoranordnung zur Überwachung von Walzprozessen bei ferromagnetischen Werkstoffen, bestehend aus einer Sensoranordnung (2), bestehend aus einer Vielzahl von in einer Zeile angeordneter Sensoren (1), wobei die zeilenförmige Sensoranordnung (2) quer zur Bewegungsrichtung eines gewalzten Bleches (3) ausgerichtet ist und eine Länge aufweist, die etwa der Breite des Bleches (3) entspricht mit Sensoren (1) nach dem magnetoelastischen Prinzip zur Erfassung magnetischer Eigenschaften des Bleches. Weiterhin können in Längsrichtung relativ zum Blech Sensoren bewegt werden, wodurch die Sensoren (1) zur Erfassung magnetischer Eigenschaften eines Bleches außerhalb von Walzprozessen einsetzbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur im Wesentlichen zweidimensionalen Darstellung mechanischer Spannungen an der Oberfläche von ferromagnetischen Materialien. Insbesondere werden Walzbleche, die einem Walzprozess entstammen, betrachtet.
Die Erzeugung von metallischen Gegenständen geschieht zu einem großen Teil über die flüssige Phase. Es werden unterschiedlichste Materialien aufgeschmolzen und in entsprechenden Formen zu Halbzeug vergossen. Um gewünschte Formen der nun festen Materialien zu erzielen, werden diese Halbzeuge zum Teil verschiedenen Walzprozessen unterworfen.
Handelt es sich bei derart zu bearbeitenden Werkstoffen um ferromagnetische Materialien, wie beispielsweise Stahl, so ist in vielen Fällen eine Überwachung der Walzprozesse erforderlich, um möglichst genau die Eigenschaften des Materials während der Bearbeitungsprozesse zerstörungsfrei zu ermitteln.
Zur Erkennung der Qualität von bestimmten gewalzten Materialien kann beispielsweise die mechanische Spannung an der Oberfläche verwendet werden.
Bisher können mechanische Spannungen an der Oberfläche von beispielsweise ferromagnetischen Stählen im Walzwerk noch nicht zumindest zweidimensional, beispielsweise als Karte, dargestellt werden. Mechanische Spannungen können lediglich mittels Zugversuch oder durch Schwingungsanregung der Walzprodukte untersucht werden. Aus derartigen Verfahren können jedoch keine Rückschlüsse auf die durch vorangegangene Walzprozesse eingebrachten, als eingefrorene mechanische Spannungen bezeichneten, Erscheinungen getroffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zerstörungsfrei an gewalzten Materialien mechanische Spannungen zu erfassen und nach Möglichkeit eine zumindest zweidimensionale Darstellung von mechanischen Oberflächenspannungen aufzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die jeweilige Merkmalskombination der Patentansprüche 1 bzw. 7.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die mechanischen Spannungen an der Oberfläche von ferromagnetischen Materialien mittels einer Sensoranordnung erfassbar sind, die dargestellt wird durch Sensoren, die nach dem magnetoelastischen Prinzip arbeiten. Derartige Sensoren erfassen die Permerabilität ferromagnetischer Materialien, welche von der mechanischen Spannung des Materials an der Oberfläche abhängig ist. Dies wird als magnetoelastischer Effekt bezeichnet.
Die Sensoranordnung wird über dem gewalzten Material in Form einer Zeile, bestehend aus einer Mehrzahl von einzelnen Sensoren, angebracht. Die Sensoren arbeiten nach dem magnetoelastischen Prinzip. Derartige Sensoren registrieren die Veränderung der magnetischen Eigenschaften während ein Stahlblech unter den Sensoren hindurchbewegt wird. Hierzu ist die Sensoranordnung insbesondere als mindestens eine Sensorzeile ausgebildet.
Besondere Vorteile werden erzielt, falls die Sensoren als eine Sensoranordnung in konstantem Abstand zu einem gewalzten Blech positioniert sind. Der konstante Abstand kann in vorteilhafter Weise durch einen nicht magnetisierbaren Abstandshalter zwischen Sensor und Blech realisiert werden. Der Abstandshalter ist unter Umständen als vorderes Teil von Sensoren bzw. von einer Sensoranordnung ausgeführt.
Mittels einer Auswerteeinheit werden die von den eingesetzten Sensoren gelieferten Signale, die jeweils die Permeabilität des Bleches erfassen, in mechanische Spannungen gewandelt.
Von der Auswerteeinheit ausgegebene Signale können in vorteilhafter Weise für die Überwachung, Steuerung oder Regelung des Walzvorganges weiterführend ausgewertet oder eingesetzt werden.
In vorteilhafter Weise kann eine Karte von Oberflächenspannungen, bzw. für die Verteilung von Oberflächenspannungen, generiert werden.
Eine andere Lösungsvariante umfasst eine Sensoranordnung, welche relativ zu einem bearbeiteten gewalzten Objekt, welches sich nicht weiter im Walzprozess befindet, bewegt werden kann. Durch die Relativbewegung ist auch hier die Aufnahme einer flächigen Karte mit entsprechenden punktuell gemessenen Permeabilitäten, die in mechanische Spannungen umgewandelt werden, ausführbar.
Im Folgenden werden anhand der begleitenden, schematischen Figur Ausführungsbeispiele beschrieben.
Die Figur zeigt ein gewalztes Blech 3, welches in Bewegungsrichtung 4 bewegt wird, in Relation zu einer Sensoranordnung 2.
Die Kenntnis von Spannungen an der Oberfläche, möglichst über die gesamte Blechbreite, kann helfen, Probleme im Walzprozess zu erkennen und durch die Korrektur von Walzparametern kann Ausschuss vermieden werden bzw. die Qualität insgesamt verbessert werden.
Die über dem gewalzten Material angeordneten Sensoren 1, die nach dem magnetoelektrischen Prinzip funktionieren, sind auf das Material gerichtet. Sie sind mit Mitteln der Abstandshaltung vorteilhaft auf einen konstanten Abstand eingestellt. Diese Sensoren registrieren die Veränderung der magnetischen Eigenschaften, während beispielsweise ein Stahlblech unter den Sensoren hindurchbewegt wird. Da die magnetischen Eigenschaften des Materials in Bezug zu den mechanischen Spannun gen an der Oberfläche stehen, können diese mechanischen, eingefrorenen Spannungen, erkannt werden. Es werden entsprechende Auswertealgorithmen verwandt, die aus den Sensordaten beispielsweise eine räumlich aufgelöste Karte bzw. ein Profil mit den mechanischen Spannungen an der Oberfläche des gewalzten Bleches darstellt. Diese Spannungen sind charakteristisch für Güte und Qualität des Walzprozesses. Damit können von einer Auswerteeinheit ausgegebene Signale insbesondere für die Überwachung, Steuerung und Regelung des Walzvorganges eingesetzt werden.
Durch die Messung der magnetischen Eigenschaften des Walzbleches ergeben sich somit durch Einsatz geeigneter Auswertealgorithmen Spannungsvereilungen an der Oberfläche von Walzblechen. Diese Karten können auch als Qualitätsnachweis genutzt werden. Insgesamt können Ausschuss und Betriebskosten reduziert werden.
In der Figur ist die relative Positionierung der Sensoranordnung 2 relativ zum Blech 3 angegeben. Die nach unten gerichteten Sensoren 1 erfassen jeweils punktpartiell Oberflächenspannungen, wobei durch Relativbewegung zwischen Sensoranordnung und Blech die zweidimensionale Darstellung für die gesamte Blechoberfläche ermöglicht wird.
Eine Variante der Erfindung funktioniert ebenfalls durch die Relativbewegung zwischen Sensoranordnung und Blech. Ist jedoch ein Coil/Blechrolle eines Stahlbleches fertig bearbeitet und befindet sich bereits außerhalb von Walzprozessen, so kann auch hier durch die Bewegung der Sensoranordnung 2, relativ zum statischen Walzblech 3, eine entsprechende Aufnahme von Permereabilitätswerten, eine Wandlung in mechanische Spannungswerte und die Darstellung zweidimensionaler Spannungsverteilungen erzielt werden.

Claims

Sensoranordnung zur Überwachung von Walzprozessen bei ferromagnetischen Werkstoffen bestehend aus: – mindestens einer Sensoranordnung (2) jeweils bestehend aus einer Vielzahl von in einer Zeile angeordneter Sensoren (1), – wobei die zeilenförmige Sensoranordnung (2) quer zur Bewegungsrichtung eines gewalzten Bleches (3) ausgerichtet ist und eine Länge aufweist, die etwa der Breite des Bleches (3) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) magnetoelastische Sensoren zur Erfassung magnetischer Eigenschaften des Bleches sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) in konstantem Abstand zum Blech (3) positioniert sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht magnetisierbarer Abstandshalter zwischen Sensor und Blech vorhanden ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auswerteeinheit vorhanden ist zur Wandlung von erfassten magnetischen Eigenschaften des Bleches in mechanische Spannungen an der Oberfläche des Bleches.
Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit aufgrund ermittelter Spannungen Signale für eine Überwachung, Steuerung oder Regelung des Walzvorganges generiert.
Sensoranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit Signale zur Generierung einer Oberflächenspannungsverteilung ausgibt.
Sensoranordnung zur Überwachung von Walzprozessen bei ferromagnetischen Werkstoffen, bestehend aus: – mindestens einer Sensoranordnung (2), jeweils bestehend aus einer Vielzahl von in einer Zeile angeordneter Sensoren (1), – wobei die zeilenförmige Sensoranordnung (2) quer zu einem Blech (3) ausgerichtet ist und eine Längserstreckung aufweist, die etwa der Breite des Bleches entspricht und in Längsrichtung relativ zum Blech bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) magnetoelastische Sensoren zur Erfassung magnetischer Eigenschaften eines Bleches außerhalb von Walzprozessen sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) in konstantem Abstand zum Blech (3) positioniert sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht magnetisierbarer Abstandshalter zwischen Sensor und Blech vorhanden ist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auswerteeinheit vorhanden ist zur Wandlung von erfassten magnetischen Eigenschaften des Bleches in mechanische Spannungen an der Oberfläche des Bleches.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit Signale zur Generierung einer Oberflächenspannungsverteilung ausgibt.