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Die vorliegende Erfindung befaßt sich
mit einem Verfahren zum Erfassen eines Walzenausfalls einer Walze
in einer Stranggießanlage.
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Eine Stranggießanlage erzeugt Stahlvorprodukte
aus geschmolzenem Stahl, die beispielsweise als Ausgangsmaterial
in Walzverfahren für
die Herstellung von Stahlblech für
beispielsweise Fahrzeuge verwendet werden können.
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Bei einer Stranggießanlage
fließt
der geschmolzene Stahl aus einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne,
von welcher er weiter nach unten in eine Form transportiert wird.
In der Form, die wassergekühlt
ist, beginnt die Bramme aus Stranggußmaterial eine feste Außenhaut
zu bilden. Dann wird die Bramme kontinuierlich entlang einer gekrümmten Bahn
durch eine große
Anzahl von Walzen transportiert, die in Abschnitten angeordnet sind,
die die Bramme fortgesetzt auf die abschließende Stärke des Stahlvorproduktes formen
und abkühlen.
Am Ende der Bahn wird das Produkt in geeignete Stücke geschnitten.
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Die Walzen der Stranggießanlage
sind mit ihren Achsen im wesentlichen senkrecht zu der Längserstreckung
der gebogenen Bahn montiert und sind, um in der Lage zu sein, die
Bramme aus Stranggußmaterial
zu führen
und abzustützen,
in Paaren angeordnet, die jeweils eine obere Walze und eine untere
Walze aufweisen.
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Zudem sind die Walzen in Lagern an
beiden Enden der Walzen abgestützt
und wegen der Länge der
Walzen und damit ihrem Ge wicht sind die Walzen im allgemeinen in
wenigstens zwei Walzabschnitte aufgeteilt, die entweder unabhängig in
Lagern abgestützt
sind oder nicht drehbar auf einer gemeinsamen Welle vorgesehen sind,
die in Lagern abgestützt
ist.
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Ein schwerwiegendes Problem, das
während
des Stranggießens
auftreten kann, sind in dem Gießmaterial
auftretende Risse infolge von Walzenausfällen. Meisterts können solche
Walzenausfälle durch
einen oder mehrere Lagerausfälle
und/oder Montagefehler verursacht werden, was beides dazu führt, daß eine oder
mehrere Walzen nicht länger
in Flucht mit der gedachten Erstreckung der Walzenbahn liegen. Ein
weiterer Grund kann im übermäßigen Verschleiß einer
Walze im Vergleich zu den übrigen
liegen.
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Im allgemeinen ist ein Ausfall eines
Lagers und/oder Lagergehäuses
auf ein Versagen zurückzuführen, das
während
des Betriebes der Stranggießanlage
auftritt und oftmals durch Lasten, die die zulässigen Lasten überschreiten,
oder durch beispielsweise Schmutz verursachten Verschleiß in den
Lagern verursacht wird. Ein Lager- und/oder Lagergehäuseausfall
wird als Kollaps bezeichnet. Die Folge eines solchen Kollaps ist,
daß die
in dem kollabierten Lager und/oder Lagergehäuse abgestützte Walze die Bramme nicht
mehr wie zuvor abstützen
kann als Folge der Tatsache, daß sich
die Position der Walze in einer Richtung im wesentlichen weg von
der Bramme verändert,
d. h. die kollabierte Walze ist nicht länger in Flucht mit der gedachten
Erstreckung der Bahn der Walzen und daher verschlechtert sich der
Kontakt mit der Bramme. In den Fällen,
in welchen der flüssige
Kern der Bramme sehr klein ist, d. h. in dem Abschnitt der Maschine,
wo die Bramme mehr oder weni ger vollständig erstarrt ist, verliert
die Walze ihren Kontakt mit der Bramme vollständig.
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In diesem Zusammenhang ist unter
einem Montagefehler eine ursprüngliche
Fehlausrichtung von einer oder mehreren Walzen und/oder Abschnitten
im Vergleich zu der gedachten Erstrekkung der Walzenbahn zu verstehen. Üblicherweise
werden beim Aufstellen einer Anlage zunächst eine Anzahl von Walzen
zum Bilden von Bahnabschnitten zusammengebaut, wobei die Abschnitte
später
in die Maschine gehoben werden. Diese Vorgehensweise spart Montagezeit,
weil der Rahmen der Maschine und die Bahnabschnitte gleichzeitig
montiert werden können.
Zudem werden Bahnabschnitte oftmals im voraus montiert und für den Fall
auf Vorrat gehalten, daß ein
Abschnitt in der Maschine infolge eines Ausfalles schnell ausgetauscht
werden muß.
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Beim Zusammenbau der Walzen zu Abschnitten
werden die Walzen innerhalb eines Segments zueinander mit herkömmlicher
Meßausrichtung
ausgerichtet, wie z. B. einer Lehre. Wenn diese Abschnitte später jedoch
in die Stranggießanlage eingebaut
werden, ist es sehr wahrscheinlich, daß die Ausrichtung zwischen
den Walzen in den Abschnitten mehr oder weniger wegen der Größe, des Gewichts
und Unhandlichkeit der Abschnitte gestört wird. Aus den gleichen Gründen ist
es auch sehr wahrscheinlich, daß gesamte
Abschnitte in der Anlage mit der gedachten Erstreckung der Walzenbahn nicht
korrekt ausgerichtet sind, d. h. mit Abschnitten, die nicht korrekt
in der Bahn positioniert sind.
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Da die Größen der Walzen und der Abschnitte
bei einer Stranggießanlage
sehr groß sind
und die Abweichung zwischen der Normalstellung der Walzen und/oder
Abschnitte und der feh 1ausgerichteten Stellung klein ist, ist es
im allgemeinen sehr schwierig, eine fehlausgerichtete Walze und/oder
einen fehlausgerichteten Abschnitt vom Rest der Walzen und/oder
Abschnitte zu unterscheiden. Dies ist unglücklich, da die von diesen Fehlausrichtungen,
d. h. von der geringeren Unterstützung
oder der plötzlichen
Materialknappheit her rührenden
Risse dem Vorprodukt großen
Schaden zufΰgen
können.
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Diese Risse können entweder innere Risse oder
Oberflächenrisse
sein und beide Arten führen
zu einer verschlechterten Qualität,
da es fast unmöglich ist,
ein Material mit Rissen zu walzen. Oberflächenrisse können durch eine kostenaufwendige
Behandlung nach dem Gießvorgang
behandelt werden. Ein Weg zur Behandlung von Oberflächenrissen
ist deren Schweißen,
ein anderer Weg ist das Abschleifen der Oberflächenschicht des Vorproduktes.
Beide Alternativen sind teuer, und der Stahl muß, weil diese kein optimales
Ergebnis bringen können,
in eine niedrigere Qualitätsstufe
eingeordnet werden. Vorprodukte mit inneren Rissen können nicht
behandelt werden und müssen
ausgemustert werden.
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Aus der
DE 24 27 895 C3 ist eine
Vorrichtung zur Messung des Abstandes zwischen Paaren von parallel
zueinander angeordneten Walzen einer Stranggießanlage bekannt. Mit Hilfe
dieser Vorrichtung kann zwar die Verschleißgrenze einer Walze ermittelt
werden, jedoch nicht kontinuierlich während des Betriebes ein Ausfall
festgestellt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht daher darin, ein Verfahren zum Erfassen von Walzenversagen
zu schaffen, beispielsweise Lagerausfällen oder Montagefehlern bei
Walzen und/oder Abschnitten in einer Stranggießanlage.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine radiale
Ziellast, die durch das Material auf eine Walze ausgeübt wird,
bestimmt wird, der tatsächliche
Lastwert an wenigstens jeder zweiten Walze in der Reihe von Walzen
erfaßt
wird, der gemessene tatsächliche
Lastwert mit dem bestimmten Ziellastwert verglichen wird, eine mögliche Abweichung
zwi schen dem tatsächlichen
Lastwert und dem Ziellastwert erfaßt wird und das Vorhandensein eines
Walzenausfalls bei einer solchen Abweichung festgestellt wird.
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Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen
näher auf
Ausführungsbeispiele
der Erfindung eingegangen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schrägansicht
eines Satzes von Walzen einer Stranggießanlage;
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2 eine
schematische Seitenansicht eines Teils der Bramme, die auf einer
Reihe von Walzen A bis E transportiert wird, in welcher eine Walze C
infolge eines Lagerausfalls kollabiert ist und die Reaktionskräfte der
Walzen A, C und D gemessen werden und daher durch Pfeile angedeutet
sind;
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3 eine
Ansicht entsprechend 2 einer
Ausführungsform,
bei welcher statt dessen die Reaktionskräfte der Walzen B und D gemessen
werden.
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In 1 ist
eine schematische Schrägansicht
einer Reihe von Walzen 10 eines typischen Abschnittes einer
Stranggießanlage
gezeigt, die einen oberen Abschnitt 12, eine innere Kühlkammer 14 und eine äußere Kühlkammer 16 aufweist,
wobei die Paare von Walzen 10 die Bramme 18 durchlaufender Länge aus
Stranggießmaterial
führen
und abstützen. Im
oberen Abschnitt 12 besitzt die Bramme 18 einen mehr
oder weniger flüssigen Kern,
jedoch erstarrt die Bramme 18 während des Zustellens unter
fortlaufender Bewegung in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung,
da sie abgekühlt
wird.
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Die Walzen 10 sind jeweils
mit ihren Achsen im wesentlichen senkrecht zu der Längserstreckung der
Bahn montiert und sind in Lagern 20 an beiden Enden jeder
Walze 10 drehbar abgestützt.
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Meistens sind die Walzen 10 in
wenigstens zwei Walzenabschnitte 22 geteilt, die axial
nebeneinander angeordnet sind und jeweils unabhängig in Lagern 20 abgestützt oder
undrehbar auf einer gemeinsamen Welle vorgesehen sind, die in Lagern
abgestützt
ist.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 2 ein Ausführungsbeispiel
des Verfahrens bei einem durch einen Lagerkollaps verursachten Walzenausfall
beschrieben. Wie zuvor erwähnt,
kann der Grund für
einen Walzenausfall auch ein Montagefehler sein, bei welchem eine
oder mehrere Walzen in einem Abschnitt bereits ursprünglich mit
Bezug auf die gedachte Erstreckung der Bahn der Walzen fehlausgerichtet
sein können.
Eine weitere Möglichkeit
im Hinblick auf Montagefehler besteht darin, daß ein gesamter Abschnitt oder
mehrere Abschnitte in der Maschine fehlausgerichtet sind. Die Art
der Erfassung von Montagefehlern ist jedoch ähnlich zu der Erfassung von
Lagerausfällen.
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Das Beispiel erläutert das Grundprinzip der Erfindung
und es wird nur eine Reihe von Walzen 10 in einer Stranggießanlage
betrachtet. Um das Beispiel zu vereinfachen, sind die Walzen 10 nicht
in Abschnitte untergliedert.
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In der Stranggießanlage wird die Bramme 18 aus
Stranggießmaterial
längs der
Reihe von Walzen 10 in der durch den Pfeil angedeuteten
Richtung transportiert. Das Prinzip der Erfindung besteht darin, daß, solange
die Lastverteilung an den Walzen 10 gleich oder innerhalb
gleicher Lastintervallgrenzen im Vergleich zu der Lastverteilung
zu Beginn des Gießens
liegt, festgestellt wird, daß keine
Lager und/oder Lagergehäuse 2 kollabiert
sind. Wenn jedoch ein solcher Ausfall auftritt, verteilt sich die
Last des Stranggießmaterials über die
Walzen 10 in einem leicht abweichenden Muster, da eine
oder mehrere Walzen nicht in der Lage sind, die gleiche Last wie
zuvor oder überhaupt
eine Last aufzunehmen. Dies bedeutet, daß benachbarte Walzen ebenfalls Last
aufnehmen müssen,
die andernfalls von der kollabierten Walze abgestützt würde, und
daher werden solche benachbarten Walzen mit einer erhöhten Last beansprucht,
die die Normallast übersteigt.
Durch kontinuierliches Messen des Lastmusters ist es daher möglich, kollabierte
Walzen zu erfassen.
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Eine Meßvorrichtung 24 ist
in wenigstens einem Lager oder Lagergehäuse 20 jeder Walze 10 vorgesehen.
Die Meßvorrichtung 24 ist
in der Lage, die Radialkraft F zu messen, die in dem Lager oder Lagergehäuse 20 während des
Gießvorgangs
infolge der auf die Walze 10 wirkenden Last der Bramme 18 anliegt.
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Zunächst erfolgt eine Bestimmung
einer ersten Radiallast – eines
Ziellastwertes – welcher
die auf einer Walze 10 durch das Material. 18 ausgeübte Last
darstellt, wenn sich die Walze 10 in ihrer normalen Position
befindet, d. h. wenn ihre Lager und Lagergehäuse 20 nicht kollabiert
sind, sondern in normaler Weise funktionieren. Die Bestimmung dieses radialen
Ziel lastwertes kann auf wenigstens zwei verschiedenen Wegen erfolgen,
sie kann entweder im voraus berechnet werden oder durch die Mel3vorrichtung 24 nach
dem Beginn des Gießvorgangs
gemessen werden. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ist es ausreichend, den Lastwert jeder zweiten Walze 10 zu
bestimmen.
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Um in der Lage zu sein, einen eventuellen Lager-
und/oder Lagergehäuseausfall
während
des Gießvorganges
zu erfassen, wird weiterhin eine zweite Radiallast – ein tatsächlicher
Lastwert – während des
Vorganges in vorbestimmten Zeitintervallen, beispielsweise jede
Sekunde, gemessen. Der tatsächliche
Lastwert stellt die momentane Last der Bramme 18 auf die
Walze 10 bei jeder Messung dar. Vorzugsweise wird diese
Messung bei denjenigen Walzen 10 durchgeführt, deren
Ziellastwert bestimmt worden ist.
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Nach jeder Messung des tatsächlichen
Lastwertes wird der tatsächliche
Lastwert wenigstens jeder zweiten Walze 10 mit dem zugehörigen vorbestimmten
Ziellastwert für
die Walzen 10 verglichen. Solange die tatsächlichen
Lastwerte gleich sind oder innerhalb der gleichen Lastintervallgrenzen
wie die Ziellastwerte liegen, kann dies dahingehend interpretiert
werden, daß kein
Versagen eines Lagers und/oder Lagergehäuses 20 vorliegt.
Im Falle einer Abweichung zwischen den Ziellastwerten und den tatsächlichen
Lastwerten kann festgestellt werden, daß etwas mit dem Lastmuster
geschehen ist, und es ist sehr wahrscheinlich, daß eine oder
mehrere Walzen 10 infolge eines Versagens in. ihrem Lager und/oder
Lagergehäuse 20 kollabiert
ist.
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Wie zuvor erwähnt, wird bei dieser Ausführungsform
nur jede zweite Walze 10 gemessen. Solange der Ziellastwert
und der tatsächliche
Lastwert der entsprechenden Walze im wesentlichen gleich sind, ist
das Lastmuster unverändert
und es tritt kein Lagerversagen auf. Falls jedoch ein Lagerausfall
eintritt, entsteht eine Abweichung zwischen dem Ziellastwert und
dem tatsächlichen
Lastwert, wobei die Abweichung entweder negativ oder positiv sein
kann, abhängig
davon, welche Walzen gemessen werden.
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Im Falle einer negativen Abweichung
(siehe 2), bei welcher
der tatsächliche
Lastwert FC auf eine Walze C kleiner als
der Ziellastwert für
diese Walze ist, ist offensichtlich, daß die gemessene Walze C nicht
mehr in der Lage ist, soviel Last wie zuvor aufzunehmen. Der wahrscheinlichste
Grund hierfür ist,
daß die
Walze C infolge eines Versagens eines Lagers und/oder Lagergehäuses kollabiert
ist. In anderen Worten wird eine negative Abweichung als ein Lagerversagen
an einer Walze interpretiert, an welcher der negativ abweichende
Wert gemessen worden ist.
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Wenn eine Walze kollabiert ist (siehe
Walze C) und nicht länger
die gleiche Last wie zuvor oder gar keine Last mehr aufnehmen kann,
müssen
die benachbarten Walzen B, D diesen Verlust durch Aufnahme einer
größeren Last
wie zuvor kompensieren. Daher kann die Abweichung auch positiv sein
(siehe 3), d. h. der
tatsächliche
Lastwert FB auf eine Walze B ist größer als
der Ziellastwert für
diese Walze. Entsprechend tragen Walzen mit einer positiven Abweichung,
in diesem Fall die Walzen B und D, eine zusätzliche Last und der Grund
hierfür
besteht darin, daß sie
neben einer Walze C angeordnet sind, die die Bramme infolge eines
Versagens eines Lagers und/oder Lagergehäuses nicht mehr in einem Ausmaß wie zuvor
unterstützen
kann. Man kann daher sagen, daß eine
positive Abweichung als ein Lagerausfall an einer Walze neben der
Walze interpretiert werden kann, an welcher der positiv abweichende Wert
gemessen worden ist.
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In dieser Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert
worden, bei welcher die Erfassung von Walzenausfällen, wie z. B. kollabierter
Walzen, relativ einfach durchzuführen
ist. In komplexen Anlagen mit mehreren Walzabschnitten an jeder
Walze und/oder bei welchen mehrere Walzen und/oder Walzabschnitte
kollabiert sind, wird die Erfassung von Ausfällen jedoch durch Erkennen
von Last-/Kraftmustern durch Verwendung geeigneter mathematischer
Verfahren durchgeführt.
Diese mathematischen Verfahren werden hier jedoch nicht dargelegt.
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Es versteht sich, daß Abwandlungen
der Erfindung von der hier beschriebenen und in den Abbildungen
gezeigten Ausführungsform
im Rahmen der beigefügten
Ansprüche
möglich
sind.