DE102009035402A1

DE102009035402A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion der Druckverteilung des in einer Stranggießanlage oder Walzstraße aufgebrachten Kühlmediums

Info

Publication number: DE102009035402A1
Application number: DE200910035402
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Vogl; Dirk Dr. Lieftucht; Uwe Plociennik
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-03
Also published as: EP2459336B1; CN102497940A; WO2011012303A2; EP2459336A2; WO2011012303A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) sowie ein Verfahren zur Detektion der Druckverteilung von Kühlmedium in einer Stranggießanlage oder Walzstraße, wobei die Stranggießanlage oder Walzstraße mindestens ein Rollenpaar zweier Rollen (3) umfasst, die einen Rollenspalt bilden in dem ein Strang hindurchgeführt werden kann, wobei in Gießrichtung vor und/oder hinter dem mindestens einen Rollenpaar Spritzwasserdüsen angeordnet sind, die einen Strang mit Kühlmedium beaufschlagen können, wobei die Vorrichtung im Wesentlichen die Abmessungen eines Strangs in Bezug auf die Breitenrichtung und/oder die Dickenrichtung aufweist und dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Druckmessfolie (2) aufweist, die an der Oberfläche der Vorrichtung (1) angeordnet ist, so dass die Druckverteilung des Kühlmediums durch die Druckmessfolie (2) detektiert werden kann, wenn die Vorrichtung (1) anstelle eines Strangs in die Stranggießanlage oder Walzstraße eingeführt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bewegt sich auf dem Gebiet der Detektion der Druckverteilung des in einer Stranggießanlage oder Walzstraße aufgebrachten Kühlmediums. Zur Messung der Drücke von aufgebrachtem Spritzwasser, werden Vorrichtungen mit Sensoren in den Rollenspalt der Stranggießanlage oder Walzstraße eingeführt.
Stand der Technik
Bekannt sind Vorrichtungen und Verfahren, bei denen Vorrichtungen in den Rollenspalt eingeführt werden, die in der Lage sind, die Sprühwasserverteilung binär an wenigen diskreten Punkten zu bestimmen.
Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist der „Roll Gap Checker” der Firma Vatron GmbH, Linz, Österreich. Dieser Roll Gap Checker verfügt über 8 Mikrofone, die in Breitenrichtung verteilt angeordnet sind. Über diese Mikrofone lassen sich die Geräusche jeder einzelnen Spritzwasserdüse auswerten, wodurch erkannt werden kann, ob einzelne Düsen verstopft sind. Durch Softwarefilter werden zwar unerwünschte Nebengeräusche ausgeblendet, aber diese Vorrichtung weist den großen Nachteil auf, dass der eigentlich wichtige Sprühkegel der Düsen nicht detailliert betrachtet werden kann. Zusätzlich kann auch keine Information über die auftretende so genannte Schwallwasserbildung vor den Rollen gesammelt werden. Schwallwasser tritt in Gießrichtung vor den Rollen auf und beeinflusst gerade im Bereich der Rollen die Kühlung eines Strangs. Durch Mittenlager der Rollen wird die Führung des Schwallwassers zusätzlich beeinflusst, indem Kühlwasser nach unten abgeführt wird. Diese Effekte werden durch den beschriebenen Roll Gap Checker nicht erfasst.
Eine weitere Vorrichtung, die die Funktion von Spritzwasserdüsen in einer Stranggießanlage überwacht, ist in der Patentanmeldung EP 0 011 896 A1 gezeigt. Diese Vorrichtung wird, ähnlich dem Roll Gap Checker, anstatt eines Strangs in den Rollenspalt der Anlage eingeführt. In der Vorrichtung ist eine Aussparung vorhanden in der sich eine Anordnung von mehreren einzelnen Sensoren befindet, die in einer Reihe senkrecht zur Gießrichtung angeordnet sind. Nachteilig an dieser Anordnung ist unter anderem die Anordnung von Sensoren in einem gewissen Abstand, so dass die Spritzwasserkegel nur ungenau charakterisiert werden können. Weiterhin ist durch die große Aussparung, in der sich die Sensoren befinden keine Untersuchung der Schwallwasserbildung möglich.
Die technische Aufgabe, die sich aus dem oben genannten Stand der Technik ergibt, ist es die genannten Nachteile zu überwinden.
Offenbarung der Erfindung
Die technische Aufgabe wird durch die vorliegend beanspruchte Erfindung gelöst, wobei die Erfindung zunächst eine Vorrichtung zur Detektion der Druckverteilung von Kühlmedium in einer Stranggießanlage oder Walzstraße umfasst, wobei die Stranggießanlage oder Walzstraße mindestens ein Rollenpaar umfasst, das einen Rollenspalt bildet in dem ein Strang hindurch geführt werden kann, wobei in Gießrichtung vor und/oder hinter dem mindestens einen Rollenpaar Spritzwasserdüsen angeordnet sind, die einen Strang mit Kühlmedium beaufschlagen können und wobei die Vorrichtung im Wesentlichen die Abmessungen eines Strangs in Bezug auf die Breitenrichtung und/oder die Dickenrichtung aufweist und die Vorrichtung mindestens eine Druckmessfolie aufweist, die an der Oberfläche der Vorrichtung angeordnet ist, so dass die Druckverteilung des Kühlmediums durch die Druckmessfolie detektiert werden kann, wenn die Vorrichtung anstelle eines Strangs in die Stranggießanlage oder Walzstraße eingeführt wird.
Eine solche Vorrichtung kann ohne weiteres die Spritzwasserbereiche bzw. die Sprühkegel einzelner Düsen mit einer sehr hohen örtlichen Auflösung detektieren bzw. charakterisieren. Auch der Druck von auftretendem Schwallwasser kann detektiert werden, wodurch Kenntnis über die genaue Kühlmittelverteilung auf der Strangoberfläche erlangt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die mindestens eine Druckmessfolie über die gesamte Breite der Vorrichtung angeordnet.
Durch diese Anordnung der Druckmessfolie kann die Funktion der Spritzwasserdüsen über die gesamte Breite eines Strangs geprüft werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Druckmessfolie auf der Ober- und/oder der Unterseite der Vorrichtung angeordnet.
Dadurch kann die Kühlwirkung von Spritzwasserdüsen auf beiden Seiten eines Strangs getestet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die Druckmessfolie eine Dicke von weniger als 0,5 mm auf.
Eine so dünn gewählte Messfolie weist den Vorteil auf, dass sie die Dicke der Vorrichtung nur minimal erhöht und somit nahezu keinen Einfluss auf Dicke der Vorrichtung nimmt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Druckmessfolie in einer Aussparung der Vorrichtung angeordnet, deren Tiefe der Dicke der Druckmessfolie entspricht.
Durch eine solche Ausgestaltung der Vorrichtung wird zwar eine zusätzliche Aussparung benötigt, allerdings kann die Druckmessfolie dann bündig zur Oberfläche der Vorrichtung verbaut werden, wodurch noch realistischere Messbedingungen im Vergleich mit einem tatsächlichen Strang gegeben sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Druckmessfolie als ein flexibles Gitternetz von druckempfindlichen Sensoren ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist jeder Sensor durch eine Matrix aus Zeilen und Spalten eines Halbleitermaterials gebildet, dessen elektrischer Widerstand sich ändert, wenn auf diesen eine Kraft ausgeübt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, umfasst die Vorrichtung eine Düsenaustauscheinrichtung zum Wechseln von Düsen.
Sind etwaige defekte Düsen durch die oben beschriebene Vorrichtung gefunden worden, so können diese direkt durch eine Austauscheinrichtung in der Vorrichtung getauscht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Düsenaustauscheinrichtung einen Roboterarm, der Düsen aus- und/oder einbauen kann.
Neben der beschriebenen Vorrichtung umfasst die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Detektion der Druckverteilung von Kühlmedium in einer Stranggießanlage oder Walzstraße, wobei die Stranggießanlage oder Walzstraße mindestens ein Rollenpaar umfasst, das einen Rollenspalt bildet und zwischen dem ein Strang hindurch geführt werden kann, wobei in Gießrichtung vor und/oder hinter dem mindestens einen Rollenpaar Spritzwasserdüsen angeordnet sind, die einen Strang mit Kühlmedium beaufschlagen können, wobei eine Vorrichtung anstelle eines Strangs in die Stranggießanlage oder Walzstraße eingeführt wird, so dass die Druckverteilung des Kühlmediums detektiert werden kann, wobei die Vorrichtung im Wesentlichen die Abmessungen eines Strangs in Bezug auf die Breitenrichtung und/oder die Dickenrichtung aufweist und die Vorrichtung mindestens eine Druckmessfolie zur Detektion der Druckverteilung umfasst.
Das Verfahren weist im Wesentlichen die gleichen Vorteile auf wie die vorliegende Vorrichtung zur Detektion der Druckverteilung von Kühlmedium.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung, mit der die detektierte Druckverteilung des Kühlmediums rechnergestützt dargestellt wird.
Somit ist es möglich, dass ein genaues Bild der Druckverteilung und damit der Kühlmittelverteilung auf der Strangoberfläche dargestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden durch die Druckmessfolie detektierte Daten, vorzugsweise drahtlos, an die Auswerteeinrichtung übermittelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird durch die Druckmessfolie die Schwallwasserbildung in Gießrichtung vor den Rollen erfasst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Vorrichtung eine Düsenaustauscheinrichtung, durch die defekte Düsen ausgetauscht werden.
Mit der Auswerteeinrichtung kann zusätzlich der Wärmeübergang zwischen Strang und Spritzwasser und Schwallwasser, durch Vergleich mit Referenzwerten, ermittelt werden. Dies ermöglicht die Berechnung der Temperaturverteilung des Stranges mit der aktuellen Wasserbeaufschlagung. Diese Berechnung ist Teil der Auswerteeinheit.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden kurz die Figuren der Ausführungsbeispiele beschrieben. Weitere Details sind der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Es zeigen:
1a: Eine perspektivische Ansicht eines Rollenteppichs samt Rollen und eingezeichneten Düsenstöcken sowie Spritzkegeln; und
1b: Den Rollenteppich aus 1a in einer anderen Perspektive; und
2: Eine erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung zur Einführung in einen Rollenspalt; und
3: Die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 2 im Rollenspalt eines Rollenteppichs gemäß 1.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1a und 1b zeigen eine übliche Anordnung von Rollen 3 in einem Rollenteppich einer Stranggießanlage in zwei verschiedenen Perspektiven. Die Rollen 3 bilden gegenüberliegende Rollenpaare. Zwischen den Rollen 3 sind in Gießrichtung (zum Beispiel in 1a und 1b von oben nach unten) Spritzwasserdüsen angeordnet. Gezeigt sind in und 1b deren Düsenstöcke 5, an deren Enden sich die Düsen (nicht explizit dargestellt) befinden. Diese Düsen sprühen Kühlmedium bzw. Wasser auf einen Strang. Ein solcher Strang (nicht gezeigt) bewegt sich im Rollenspalt zwischen den Rollen 3 eines jeweiligen Rollenpaars. Das Spritzwasser bildet dabei ein Spritzwasserkegel 5 bzw. einen Spritzwasserbereich auf einem zwischen den Rollen hindurch laufenden Strang.
In 2 ist nun eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dargestellt. Diese kann anstelle eines Strangs in die Stranggießanlage, wie sie bspw. in den 1a und 1b gezeigt ist, eingefahren werden.
Dabei wird die Vorrichtung 1 aus einem Körper gebildet, der bezüglich der Breitenabmessung und der Dickenabmessung mit einem Strang im Wesentlichen übereinstimmt, das heißt also zum Beispiel den gleichen Querschnitt wie ein Strang besitzt.
Erfindungsgemäß wird nun eine Druckmessfolie 2 auf der Oberfläche der Vorrichtung 1, vorzugsweise auf einer der Breitseiten, des Strangs angebracht. Die Druckmessfolie 2 kann dabei, wie in 2 zu sehen, über die gesamte Breite der Vorrichtung angeordnet sein. Solche Druckmessfolien 2 sind kommerziell erhältlich, wie bspw. durch die Firma Tekscan Inc., South Boston, USA. Entsprechende Druckmessfolien weisen hohe Auflösungen von bspw. 248 Messpunkten pro cm² auf. Erfassungsraten können 10.000 Hz oder mehr betragen. Dicken solcher Druckmessfolien 2 können zum Beispiel lediglich 0,1 mm betragen, so dass sie eine Messung durch ihre Eigendicke nahezu nicht beeinflussen. Insbesondere sind derartige Folien 2 so ausgebildet, dass sie ein flexibles Gitternetz von druckempfindlichen Sensoren darstellen, wobei jeder Sensor durch eine Matrix aus Zeilen und Spalten eines Halbleitermaterials gebildet sein kann, dessen elektrischer Widerstand sich ändert, wenn auf diesen eine Kraft ausgeübt wird.
Die durch die Druckmessfolie 2 ermittelten Daten können, vorzugsweise über eine drahtlose Verbindung, an eine, vorzugsweise externe, Auswerteeinrichtung übermittelt werden, die die Spritz- und Schwallwasserverteilung auf der Oberfläche auch graphisch darstellt. Auch können mit Referenzwerten die Wärmeübergangsverhältnisse ermittelt und die Temperaturen des Stranges berechnet werden.
Wahlweise ist es auch möglich, dass ein Datenspeicher und/oder zumindest ein Teil der Auswerteeinrichtung innerhalb der Vorrichtung 1 angeordnet wird.
Weitere Konstruktionsdetails der Form des Körpers einer Vorrichtung 1 sind dem Fachmann geläufig und aus dem Stand der Technik bekannt. Oft bestehen, solche sogenannten „Strang-Dummies” aus Stahlelementen, die über Gelenke miteinander verbunden sind.
Wie auch in der 2 zu sehen, können weitere Sensoren zusätzlich zur Druckmessfolie 2 an der Oberfläche der Vorrichtung angeordnet sein, wie zum Beispiel Drucksensoren anderen Typs oder Temperaturfühler und andere Sensoren zur Messung der Bedingungen auf der Stahloberfläche.
Insbesondere kann aber auch eine Düsenaustaucheinrichtung 6 im Körper der Vorrichtung 1 angeordnet sein. Diese Einrichtung 6 kann dazu dienen, defekte Düsen auszutauschen. Dies kann zum Beispiel durch einen Roboterarm übernommen werden, der innerhalb der Vorrichtung in einer Aussparung unter einem schwenkbaren Deckel angeordnet ist und der bei Bedarf Düsen ein- und ausbauen kann.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Druckmessfolie
3: Rolle
4: Düsenstock
5: Spritzkegel
6: Düsenaustauschvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0011896 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Detektion der Druckverteilung von Kühlmedium in einer Stranggießanlage oder Walzstraße, wobei die Stranggießanlage oder Walzstraße mindestens ein Rollenpaar umfasst, das einen Rollenspalt zum Durchführen eines Strangs bildet, wobei in Gießrichtung vor und/oder hinter dem mindestens einen Rollenpaar Spritzwasserdüsen angeordnet sind, die den Strang mit dem Kühlmedium beaufschlagen können, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) im Wesentlichen die Abmessungen eines Strangs in Bezug auf die Breitenrichtung und/oder die Dickenrichtung aufweist und dass die Vorrichtung mindestens eine Druckmessfolie (2) aufweist, die an der Oberfläche der Vorrichtung (1) angeordnet ist, zum Detektieren der Druckverteilung des Kühlmediums, wenn die Vorrichtung (1) anstelle eines Strangs in die Stranggießanlage oder Walzstraße eingeführt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Druckmessfolie (2) über die gesamte Breite der Vorrichtung (1) angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmessfolie (2) auf der Ober- und oder der Unterseite der Vorrichtung (1) angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmessfolie (2) eine Dicke von weniger als 0,5 mm aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmessfolie (2) in einer Aussparung der Vorrichtung (1) angeordnet ist, deren Tiefe der Dicke der Druckmessfolie (2) entspricht.
Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckmessfolie (2) als ein flexibles Gitternetz von druckempfindlichen Sensoren ausgebildet ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jeder Sensor durch eine Matrix aus Zeilen und Spalten eines Halbleitermaterials gebildet ist, dessen elektrischer Widerstand sich ändert, wenn auf diesen eine Kraft ausgeübt wird.
Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Düsenaustauscheinrichtung (6) zum Wechseln von Düsen umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Düsenaustauscheinrichtung (6) einen Roboterarm umfasst, der Düsen aus- und/oder einbauen kann.
Verfahren zur Detektion der Druckverteilung von Kühlmedium in einer Stranggießanlage oder Walzstraße, wobei die Stranggießanlage oder Walzstraße mindestens ein Rollenpaar umfasst, das einen Rollenspalt bildet und zwischen dem ein Strang hindurch geführt werden kann, wobei in Gießrichtung vor und/oder hinter dem mindestens einen Rollenpaar Spritzwasserdüsen angeordnet sind, die den Strang mit dem Kühlmedium beaufschlagen können, wobei eine Vorrichtung anstelle eines Strangs in die Stranggießanlage oder Walzstraße eingeführt wird, so dass die Druckverteilung des Kühlmediums detektiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) im Wesentlichen die Abmessungen eines Strangs in Bezug auf die Breitenrichtung und/oder die Dickenrichtung aufweist; und dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Druckmessfolie (2) zur Detektion der Druckverteilung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung umfasst und die detektierte Druckverteilung des Kühlmediums mithilfe der Auswerteeinrichtung rechnergestützt dargestellt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei durch die Druckmessfolie (2) detektierte Daten vorzugsweise drahtlos an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei durch die Druckmessfolie (2) die Schwallwasserbildung in Gießrichtung vor den Rollen erfasst wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Vorrichtung eine Düsenaustauscheinrichtung (6) umfasst und durch diese Düsenaustauscheinrichtung (6), insbesondere einen Roboterarm, defekte Düsen ausgetauscht werden.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 11 bis 14, wobei die Auswerteinheit aus den Signalen der Druckmessfolie über Referenzwerte die Wärmeübergangsverhältnisse zwischen Strang und Spritz-, Schwallwasser ermittelt und die Temperaturen des Stranges berechnet.