DE4234215C1 - Vorrichtung zur Prüfung von Fehlern auf der Oberfläche heißer Brammen im Kantenbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Fehlern auf der Oberfläche heißer Brammen im Kantenbereich, die bei Temperaturen über 500° Celsius arbeitet. Die Prüfung erfolgt berührungslos.

Bisher werden Stranggußbrammen im Zuge der Verarbeitung nach dem Gießen abgekühlt, zwischengelagert, hinsichtlich Fehler begutachtet, zur Fehlerbeseitigung geflämmt, und in Stoßöfen wieder aufgeheizt, um dann verwalzt zu werden.

Aus Gründen der Kostensenkung und Energieersparnis sollen die Brammen unter Nutzung der ersten Hitze sofort weiterverarbeitet werden. Um eine ausreichende Qualität der gewalzten Bänder sicherstellen zu können, müssen die Brammen dann aber im heißen Zustand auf Fehler, vor allem Oberflächenfehler, geprüft werden. Hierdurch können fehlerhafte Stellen frühzeitig beseitigt werden.

Ein besonderes, bisher noch nicht befriedigend gelöstes, Prüfproblem stellt die Detektion von Rissen im Kantenbereich der heißen Brammen dar.

Im Sonderdruck "Eisen und Stahl" 109 (1989, Heft 3, Seite 73/74, Verlag Stahleisen GmbH) wird eine Heißbrammen- Prüfanlage für Oberflächenfehler vorgestellt, die bei Temperaturen oberhalb des Curiepunktes mit dem Wirbelstromverfahren Fehler detektiert. Es wird ein, in einer Schiene befindliches, Prüfsystem mit einem Prüfwagen über die Bramme gefahren, wobei die Abtastung der Strangoberfläche bei 5 Hz mit einem Schwingungssystem erfolgt, das je einen Riß- und Abstandssensor enthält.

Das Detektieren von Rissen, die im Kantenbereich von Brammen auftreten, ist mit dieser Vorrichtung nicht befriedigend lösbar. Die Wirbelstromanzeige im Kantenbereich wird auch bei einwandfreiem Material von der Kante selbst beeinflußt und erlaubt in diesem Bereich keine vernünftige Fehleranzeige.

Eine andere Möglichkeit, Fehler zu detektieren, ist die Ultraschallprüfung. Mit ihr können neben den oberflächennahen Fehlern auch Innenfehler detektiert werden.

In der deutschen Zeitschrift Materialprüfung 32, 1990 1-2, S. 11-15, werden Prüfverfahren beschrieben, die herkömmliche Prüfköpfe bei Temperaturen bis lediglich 200°C einsetzen und keine Oberflächenfehler sondern Innenfehler prüfen. Das dort genannte Prüfverfahren setzt weiterhin ein Koppelmedium zwischen den Prüfkopf und der zu prüfenden Stahlplatte voraus, was einen Einsatz bei hohen Temperaturen unmöglich macht.

In GBM 70 16 371 ist eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung der Randzonen von metallenen Blechen und Bändern beschrieben, bei der ein Prüfschlitten mit Ultraschallprüfköpfen auf Rollen mittels Federkraft oder Eigengewicht auf dem zu prüfenden Blech gehalten und geführt wird. Für Heißbrammen ist diese Vorrichtung, die einen Kontakt des Prüfkopfes über eine Wasserankopplung mit dem Prüfling vorsieht, ungeeignet, da die Temperatur am Prüfkopf 100° Celsius nicht überschreiten darf, wenn die piezoelektrischen Eigenschaften des Wandlers nicht verlorengehen sollen, was einen erheblichen Kühlaufwand voraussetzt.

Die leichte Bauweise des Prüfschlittens, zum Beispiel Trageplatte für das Halten und Tragen der Prüfanordnung, die an den Kanten von Blechen entlangfährt, eignet sich für einen Einsatz an den heißen Kanten beiderseits der Schmalseite von Brammen nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Prüfung von Fehlern auf der Oberfläche von heißen Brammen im Kantenbereich zu finden, die unter Produktionsbedingungen, das heißt, die bei einer sehr rauhen Oberfläche der Brammen kontinuierlich, zerstörungsfrei und bei Temperaturen oberhalb von 500° Celsius funktioniert und die die Mängel des Standes der Technik beseitigt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 genannt.

Zur Detektion von Fehlern, vorzugsweise von Kantenrissen an heißen Brammen mit Temperaturen über 500° Celsius wird ein Wandler, der elektromagnetische Rayleigh-Wellen, speziell Oberflächenwellen, erzeugen und empfangen kann und ohne Wasserankopplung arbeitet, in einem Prüfkopf in Relativbewegung zur Brammenkante verfahren. Der Erfolg der Fehlerdetektion an der Brammenkante hängt vom Winkel des Schallstrahles zur Brammenkante ab.

Der Wandler ist daher auf der Oberfläche der Bramme in einem Winkel zur Kante horizontal zur Kante schwenkbar und wird auf einem bestimmten Winkel in Abhängigkeit vom zu erwartenden Fehler eingestellt. Dabei hat sich beispielsweise für Stahl ein Winkel von 26 Grad als vorteilhaft erwiesen.

Mit dem schwenkbaren Wandler besteht auch die Möglichkeit, von der Kante weglaufende Fehler in der Bramme zu verfolgen, indem man den Wandler dem Fehlerverlauf entsprechend schwenkt.

Für die Prüfung ist die Brammenoberfläche, z. B. mit Druckwasser, zu entzundern.

Um einen gleichbleibenden Abstand zur Brammenoberfläche zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Prüfkopf auf Rollen über die Brammenoberfläche zu fahren.

Vorteilhaft ist es weiterhin, an der Unterseite des Prüfkopfes als Temperatur- und Verschleißschutz vor dem Ultraschall-Wandler eine Keramikplatte aus Aluminiumoxyd von 0,6 mm Dicke anzuordnen.

Zwischen der Prüfkopfunterseite und der Brammenoberfläche sollte ein möglichst geringer und konstanter Luftspalt bestehen.

Als vorteilhaft hat sich für Stahl erwiesen, bei Temperaturen oberhalb von 500° Celsius aufgrund der sehr rauhen Oberfläche einen Luftspalt von 2,5 mm zu wählen. Bei feineren Oberflächen sollte der Luftspalt kleiner als 2,5 mm sein.

Um ein Überhitzen des Prüfkopfes zu verhindern, sollte dieser im Inneren wassergekühlt sein, wobei die Temperatur im Prüfkopf mittels eines Temperaturfühlers überwacht wird.

Prüfköpfe können sowohl an der oberen als auch an der unteren Fläche der Brammen an der Brammenkante angeordnet werden.

Ebenso ist es möglich, eine Anordnung herzustellen, die eine Prüfung der Bramme von beiden Seiten gleichzeitig vorsieht.

Um einen gleichbleibenden parallelen Abstand des Prüfkopfes zur Brammenkante einzustellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine an der Brammenkante anliegende Führungsrolle zu verwenden.

Um eine Relativbewegung zwischen Bramme und dem Prüfkopf herzustellen, kann der Prüfkopf über die Bramme gefahren werden oder auch die Bramme, zum Beispiel mittels einem Rollgang oder einem Prüfwagen, unter dem Prüfkopf verfahren werden.

Eine andere Möglichkeit, die Brammenkante zu prüfen, besteht darin, den Prüfkopf mittels eines verfahrbaren Kantenprüfwagens an der Brammenkante entlang zu fahren. Dieser Kantenprüfwagen kann sowohl an einem festen als auch an einem fahrbaren Portal kardanisch verstellbar angeordnet sein.

Für die Variante, daß die Brammen mit einem verfahrbaren Brammenprüfwagen oder einem Rollgang am Prüfkopf vorbeigefahren werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen, in Richtung auf die Bramme verfahrbaren Kantenprüfwagen, an dem der Prüfkopf befestigt ist, zu verwenden. Damit kann die Prüfapparatur bedarfsgerecht an die Brammenkante herangefahren werden.

Die Wellenlänge der benutzten Oberflächen-Welle wird in Abhängigkeit vom kleinsten noch nachweisbaren Fehler vorgegeben. Dabei hat sich für Stahlbrammen eine Wellenlänge von λ = 12 mm als vorteilhaft erwiesen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 Heißbrammenprüfvorrichtung mit einem verfahrbaren Kantenprüfwagen an einem feststehenden Portal über einem Rollgang

Fig. 2 Heißbrammenprüfvorrichtung mit einem quer zur Bramme verfahrbaren Prüfwagen

Fig. 3 Heißbrammenprüfvorrichtung von Fig. 2 in der Draufsicht

Fig. 4 Heißbrammenprüfvorrichtung mit einem verfahrbaren Kantenprüfwagen an einem verfahrbaren Portal

Fig. 5 Heißbrammenprüfvorrichtung mit einem verfahrbaren Kantenprüfwagen an einem feststehenden Portal über einem Brammenprüfwagen

Fig. 6 einen drehbaren Prüfkopf (symbolisch) in ver­ schiedenen Winkeln zur Schadstelle im Bereich der oberen Brammenkante

Die Fig. 1 zeigt eine Heißbrammenprüfvorrichtung mit zwei verfahrbaren Kantenprüfwagen 8, 8a an einem feststehenden Portal 9, wobei sich ein Kantenprüfwagen 8 in Prüfposition und der andere Kantenprüfwagen 8a in Warteposition befindet. Die Vorrichtung weist vier Prüfköpfe 2 auf, so daß alle vier Kanten 11a, 11b, die beiderseits der Brammenschmalseiten 11 liegen, gleichzeitig detektierbar sind. Die Prüfköpfe 2 sind wassergekühlt und vorn und hinten mit Führungsrollen 3 versehen, die einen konstanten Abstand zur Brammenoberfläche 12 herstellen. Zwischen dem oberen und dem unteren Prüfkopf 2 ist die Kantenführungsrolle 10 angeordnet, so daß ein konstanter Abstand zur Schmalseite 11 der Bramme und somit zu den Brammenkanten 11a, 11b einstellbar ist.

Für die Prüfung der Brammenkanten 11a, 11b wird die heiße Bramme 1 mittels Rollgang 6 in Prüfposition unter das feststehende Portal 9 gebracht, wobei die Entzunderung der Bramme 1 mittels Hochdruckreiniger 4, Fig. 3, erfolgt.

Der verfahrbare Kantenprüfwagen 8a in Warteposition wird dann in Richtung auf die Brammenschmalseite 11 so lange verfahren, bis die Prüfposition 8 erreicht ist. Das ist dann der Fall, wenn die Prüfköpfe 2 mit ihren Führungsrollen 3 auf der Brammenoberfläche 12 angeordnet sind und die Kantenführungsrolle 10 zwischen den Prüfköpfen 2 fest an der Brammenschmalseite 11 anliegt. Das feste Anliegen der Führungs- und Kantenführungsrollen 3, 10 kann durch geeignete Sensoren festgestellt werden. Die verfahrbaren Kantenprüfwagen 8 können gleichzeitig oder einzeln an die Brammenschmalseite 11 geführt werden.

Die Prüfköpfe 2 sind auch in senkrechter Richtung auf die Brammenoberfläche 12 verfahrbar.

Die Brammenkanten 11a, 11b werden im vorliegenden Beispiel durch die Kantenprüfwagen 8 mit Prüfköpfen 2 abgefahren, indem die Bramme 1 auf dem Rollgang 6 entlang bewegt wird.

Die in den Prüfköpfen 2 angeordneten Ultraschallwandler senden dabei Wellen mit einer Wellenlänge von λ = 12 mm auf die Kanten, um deren Reflexionen wieder zu empfangen und in einer dem Fachmann bekannten Weise auszuwerten.

Befinden sich Schäden, beispielsweise Risse, im Bereich der Brammenkanten 11a, 11b, so wird das Ultraschallsignal reflektiert und vom als Empfänger E wirkenden Ultraschallwandler empfangen; was aus den Prüfprotokollen ersichtlich wird.

Liegen Brammen 1 schräg zum Kantenprüfwagen 8 auf dem Rollgang 6, so sorgt die kardanische Aufhängung des Prüfkopfes 2 dafür, daß die Ultraschallwellen immer im gleichen Abstand und im gleichen Winkel zur Kante gesendet und empfangen werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Heißbrammenprüfvorrichtung mit einem quer zur Bramme 1 verfahrbaren Brammenprüfwagen 8. Bei dieser Vorrichtung wird die Bramme mittels Brammenprüfwagen 14 auf Schienen 5 an den Prüfköpfen 2, die auf Rollen 3 geführt sind, vorbeigeführt, wobei die Prüfköpfe 2 mittels Kantenjoch 13 an Brammenprüfwagen 8 an die Brammenschmalseite 11 herangefahren werden.

Die Fig. 3 zeigt die gleiche Vorrichtung in der Draufsicht, wobei die Anlage 4 zum Entzundern der Brammenoberfläche 12 eingezeichnet ist.

Eine andere Möglichkeit, die Prüfköpfe 3 kardanisch an der Brammenschmalseite 11 vorbeizuführen, besteht darin, die Bramme 1 auf einer festen Unterlage 16 (Fig. 4) zu lagern und mit einem fahrbaren Portal 15 auf Schienen 5, an dem sich verschiebbare Kantenprüfwagen 8 befinden, über die Länge der Bramme zu fahren.

Die Fig. 5 zeigt eine ähnliche Vorrichtung, bei der an einem feststehenden Portal 9 die verfahrbaren Kantenprüfwagen 8 angeordnet sind, wobei die Relativbewegung zwischen Prüfkopf 2 und Brammenschmalseite 11 dadurch erreicht wird, daß der Brammenwagen 14 auf Schienen 5 verfahrbar ist.

Die Fig. 6 zeigt symbolisch einen drehbaren Prüfkopf 2, bestehend aus Sender S und Empfänger E auf der Brammenoberfläche 12, in einem Winkel Alpha zur oberen Brammenkante 11a von 26 Grad. Die Schwenkbarkeit des Prüfkopfes 2 erlaubt es auch, den Verlauf von Schäden, zum Beispiel Rissen, von der Brammenkante 11a weg zu verfolgen, so daß sich auch ein Winkel Alpha von 0 Grad zur Brammenkante 11a ergeben kann. Verläuft ein Fehler genau parallel zur Schmalseite 11, dann erfordert die gute Detektion des Fehlers eine Einstellung des schwenkbaren Prüfkopfes 2 in einem Winkel von 90 Grad auf die Brammenkante 11a.

Mit den oben genannten Vorrichtungen lassen sich reproduzierbare Detektionen von Kantenrissen an Brammen mit einer Oberflächentemperatur von über 500° Celsius erreichen. In Abhängigkeit von der Entzunderung, des möglichen Luftspaltes und der vorliegenden Oberflächenrauhigkeit liegt die kleinste erkennbare Ersatzfehlerfläche bei ca. 10 mm². Die Mindest-Rißtiefe liegt bei ca. 2 bis 3 mm.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Prüfen von Fehlern auf der Oberfläche von heißen Brammen über 500°C im Kantenbereich, mit einem auf der Oberfläche (12) der heißen Bramme (1) in konstantem Abstand zur Brammenoberfläche und in Relativbewegung parallel zur Brammenschmalseite (11) geführten gekühlten Prüfkopf (2), in dem ein in Bezug auf die Brammenkante (11a, 11b) schwenkbarer Ultraschall-Wandler angeordnet ist, welcher auf elektromagnetischem Wege Rayleigh-Wellen erzeugt und empfängt deren Schallrichtung zur Brammenkante (11a, 11b) vorzugsweise 26 Grad betragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rayleigh-Wellen eine Wellenlänge von λ = 12 mm haben.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (2) als Temperatur- und Verschleißschutz an seiner Unterseite vor dem Ultraschall-Wandler eine Keramikplatte aus Aluminiumoxid von 0,6 mm Dicke aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (2) in einem Wagen angeordnet ist, der auf Rollen (3) auf der Brammenoberfläche (12) fährt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (2) mit einem nominellen Luftspalt von ca. 2,5 mm von der Brammenoberfläche (12) zur Prüfkopfunterseite betrieben wird.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Prüfköpfe (2) an den oberen und unteren Brammenoberflächen angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Prüfköpfe (2) an beiden Längsseiten der Bramme (1) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichbleibende parallele Abstand der Prüfköpfe (2) zur Brammenkante (11a, 11b) mit Hilfe einer an der Brammenschmalseite (11) anliegenden Führungsrolle (10) realisiert wird.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren der Bramme (1) unter dem Prüfkopf (2) mittels Rollgang (6) oder Prüfwagen (7) erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (2) in einem nach oben und unten verstellbaren Kantenwagen (8) verfahrbar an einem, in die Längsrichtung zur Bramme (1) verfahrbaren Portal (15) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (2) an einen nach oben und unten verstellbaren Kantenprüfwagen (8), verfahrbar an einem feststehenden Portal (9) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (2) nach oben und unten verstellbar an einem quer zur Bramme (1) verfahrbaren Kantenprüfwagen (14) angeordnet ist.