EP3429772B1

EP3429772B1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines werkstücks eines vorbestimmten typs

Info

Publication number: EP3429772B1
Application number: EP17712086.2A
Authority: EP
Inventors: Angela ANTE; Jan Schröder; Wolfgang Fuchs
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP2019512398A; EP3429772A1; CN108778545B; KR20180110085A; WO2017158166A1; DE102016223721A1; CN108778545A; KR102141427B1; RU2701595C1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Werkstücks eines vorbestimmten Typs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und ein entsprechendes Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 8. Eine gattungsgemässe Vorrichtung sowie ein gattungsgemässes Verfahren sind aus DE 43 02 331 A1 bekannt. Bei dem Werkstück handelt es sich insbesondere um ein Warmwalzgut.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, zum Entzundern von Werkstücken, insbesondere von Warmwalzgut, auf die Oberflächen des Werkstücks Wasser mit hohem Druck zu spritzen. Für ein lückenloses Entzundern der Oberflächen des Werkstücks wird das Hochdruck-Spritzwasser in der Regel aus mehreren Düsen eines Zunderwäschers ausgespritzt. In diesem Zusammenhang wird als Zunderwäscher bei einer Warmwalzanlage eine Baugruppe bezeichnet, die zur Entfernung von Zunder, d. h. von Verunreinigungen aus Eisenoxid, von der Oberfläche des Walzgutes vorgesehen ist.
Nach dem Stand der Technik wird eine Produktionsanlage zum Erzeugen eines Werkstücks bislang in der Weise betrieben, dass für die Entzunderung des Werkstücks ein konstant vorinstallierter Betriebswert eingestellt wird, der im Betrieb der Produktionsanlage unverändert bleibt. Ein Nachteil einer solchen Betriebsweise besteht darin, dass dem Zunderwäscher Hochdruckwasser stets mit maximalem Druck zugeführt wird, um eine entsprechende maximal mögliche Entzunderung zu erzielen. Dies führt bei einfach zu entzundernden Stahlgüten, die z.B. einen hohen Kohlenstoffgehalt und/oder eine geringe Konzentration an Legierungselementen aufweisen, zu einem unnötig großen Bedarf an Energie und Menge an eingesetztem Hochdruckwasser. Ein weiterer Nachteil besteht insbesondere für einfach zu entzundernde Stahlgüten darin, dass durch die soeben genannte Betriebsweise eines Zunderwäschers die Temperatur des Werkstücks über das erforderliche Maß hinaus abgesenkt wird, was folglich dann wiederum eine große Menge an Heizenergie erforderlich macht, falls das Werkstück nach dem Entzundern, zur Vorbereitung von weiteren Bearbeitungsschritten, bei Bedarf wiederaufgeheizt wird. Gleichermaßen wird auch die Temperaturführung eines vorgelagerten Heizvorgangs beeinträchtigt, da das Walzgut zu hoch bzw. stark aufgeheizt wurde, was wiederum zu vermehrtem Zunderaufbau führt. Durch den bisherigen unveränderlichen Betrieb einer Produktionsanlage wurde der Entzunderungsvorgang nicht als dynamische Komponente in bisher bekannten thermischen Prozessmodellen berücksichtigt.
Bekannte Prozessmodelle, die bei herkömmlichen Produktionsanlagen zum Einsatz kommen, regeln und steuern üblicherweise umformtechnische und/oder thermische Vorgänge in der Produktionsanlage. Dabei wirken umformtechnische Prozessmodelle meist über die Stichplangestaltung und technologische Regelungen mit dem Ziel, eine optimale Bandgeometrie zu erreichen. Thermische Prozessmodelle dienen der Einstellung und Regelung von Gefügestrukturen über gezielte Heiz - und Abkühlungsvorgänge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Erzeugen eines Werkstücks mit einfachen Mitteln zu optimieren, dahingehend, dass eine Minimierung des Energieeinsatzes und eine minimale Temperaturerniedrigung beim Entzundern des Werkstücks erreicht wird, bei gleichbleibend optimalem Produktionsergebnis.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dient zum Erzeugen eines Werkstücks eines vorbestimmten Typs, insbesondere eines Warmwalzgutes, und umfasst zumindest eine erste Strahldüsen-Anordnung mit einer Mehrzahl von Strahldüsen, aus denen eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auf eine Oberfläche des Werkstücks unter Hochdruck ausbringbar ist, um dadurch das Werkstück zu entzundern, und eine Steuereinrichtung, wobei ein mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundener Datenspeicher vorgesehen ist. In diesem Datenspeicher können Soll-Daten eines Oberflächen-Prozessmodells für das Werkstück nach zumindest einem vorbestimmten Typ gespeichert sein. Ein spezifischer Energieeintrag, mit dem eine Oberfläche des Werkstücks durch die aus den Strahldüsen gespritzte Flüssigkeit zum Entzundern beaufschlagt wird, ist mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ des Werkstücks steuerbar, vorzugsweise regelbar, derart, dass der spezifische Energieeintrag und damit verbunden eine Temperaturabsenkung für das Werkstück jeweils einen minimalen Wert annehmen.
In gleicher Weise sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Erzeugen eines Werkstücks eines vorbestimmten Typs, vorzugsweise eines Warmwalzguts, vor, das relativ zu einer zumindest ersten Strahldüsen-Anordnung mit einer Mehrzahl von Strahldüsen entlang einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Hierbei wird aus den Strahldüsen eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, unter Hochdruck auf eine Oberfläche des Werkstücks gespritzt, um dadurch das Werkstück zu entzundern. Eine Steuereinrichtung ist mit einem Datenspeicher signaltechnisch verbunden, wobei in dem Datenspeicher Soll-Daten eines Oberflächen-Prozessmodells für das Werkstück nach zumindest einem vorbestimmten Typ gespeichert sind. Der spezifische Energieeintrag, mit dem eine Oberfläche des Werkstücks durch die aus den Strahldüsen gespritzte Flüssigkeit zum Entzundern beaufschlagt wird, wird mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ des Werkstücks gesteuert, vorzugsweise geregelt, derart, dass der spezifische Energieeintrag und damit verbunden eine Temperaturabsenkung für das Werkstück jeweils einen minimalen Wert annehmen.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass beim Erzeugen eines Werkstücks eines vorbestimmten Typs Soll-Daten eines neuen Oberflächen-Prozessmodells berücksichtigt werden, welches bisher bekannte Prozessmodelle, z.B. umformtechnische Prozessmodelle und/oder thermische Prozessmodelle, ergänzt. Auf Grundlage eines solchen Oberflächen-Prozessmodells und der dafür vorgesehenen Soll-Daten für das Werkstück nach zumindest einem vorbestimmten Typ wird der spezifische Energieeintrag, mit dem eine Oberfläche des Werkstücks durch die aus der Strahldüsen-Anordnung ausgebrachte Flüssigkeit beaufschlagt wird, stets an den vorbestimmten Typ eines Werkstücks angepasst, und mittels der Steuereinrichtung geeignet gesteuert, vorzugsweise geregelt, solange bis das vorgegebene, qualitative Entzunderungsergebnis gerade soeben erreicht wird. Die sich aus den jeweiligen Betriebsparametern der Entzunderung ergebende Abkühlung des Werkstücks wird kontinuierlich dem Prozessmodell zugeführt. Die verschiedenen Intensitäten, die für die Entzunderung von verschiedenen Stahlgüten notwendig sind, und die Veränderung des spezifischen Energieeintrags nach Maßgabe einer erfindungsgemäßen Steuerung/ Regelung der Strahldüsen-Anordnung, führen zu unterschiedlichen Abkühlungsraten des Werkstücks durch das Ausspritzen von Wasser unter Hochdruck.
Die Einbindung eines Oberflächen-Prozessmodells und von dafür vorgesehenen Soll-Daten für das Werkstück nach zumindest einem vorbestimmten Typ führt dazu, dass innerhalb eines Gesamt-Prozessmodells, insbesondere des thermischen Prozessmodells, die Vorgaben und die Ansteuerung von Prozessschritten, die dem Entzundern vor- oder nach gelagert sind, neu konfiguriert werden. Bei diesen Prozessschritten handelt es sich insbesondere um die Ansteuerung einer Heizeinrichtung, die dem Entzunderungsvorgang vorgelagert ist, und/oder um die Ansteuerung einer weiteren Heizeinrichtung, meist eine Induktionsheizung, die dem Entzunderungsvorgang nachgelagert ist. Für den Fall, dass ein Werkstück nur mit geringem spezifischen Energieeintrag entzundert zu werden braucht, kann die Temperatur einer Heizeinrichtung gesenkt werden. Für den Fall, dass ein Werkstück mit höherem spezifischen Energieeintrag entzundert werden muss, steht die Möglichkeit der Temperaturerhöhung der jeweiligen Heizeinrichtung zur Verfügung.
In dieser Weise wird auch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Werkstücks eines vorbestimmten Typs vor, bei dem es sich vorzugsweise um ein Warmwalzgut handelt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Produktionsanlage in der Weise betrieben, dass deren Betriebsparameter genau auf den soeben notwendigen spezifischen Energieeintrag gesteuert und/oder geregelt werden, um ein qualitativ gerade hinreichendes Entzunderungsergebnis für das Werkstück zu erreichen und die hieraus resultierenden Abkühlungseffekte des Werkstücks/Warmbands über ein erweitertes Prozessmodell für die Anlagensteuerung zu verwenden. Hierbei beeinflusst das Oberflächen-Prozessmodell die Steuer - und/oder Regelung z.B. eines Zunderwäschers bzw. einer Strahldüsen-Anordnung zum Entzundern eines Werkstücks, mit dem Ziel, eine vorgegebene und in der Regel zunderfreie Oberfläche zu erhalten, wobei der spezifische Energieeintrag und damit verbunden eine Temperaturabsenkung so gering wie möglich eingestellt oder geregelt wird.
Bei der Produktionsanlage handelt es sich z.B. um eine Warmwalzanlage. Bei dem Werkstück kann es sich um ein Warmwalzgut bzw. um Warmbands handeln. Das Werkstück wird in seiner Bewegungsrichtung entweder einem oder mehreren Aufheiz-, Abkühl-, Entzunderungs- und Umformvorgang bzw. -gängen unterworfen.
Die Erfindung führt zu dem Vorteil, dass beim Erzeugen eines Werkstücks eines vorbestimmten Typs die zumindest erste Strahldüsen-Anordnung zum Entzundern dieses Werkstücks stets in Anpassung an den aktuellen behandelten Typ des Werkstücks, z.B. mit einer bestimmten Stahlgüte, betrieben wird. Zu diesem Zweck sind in dem Datenspeicher für diesen bestimmten Typ eines Werkstücks zugehörige Soll-Daten insbesondere des Oberflächen-Prozessmodells gespeichert. Das Speichern der Soll-Daten bezieht sich sowohl auf Daten, die auf Basis vorgegebener Werte hinterlegt sein können, als auch auf Daten, die durch Berechnungsvorgänge innerhalb des Modells kontinuierlich erzeugt werden können. Diese Soll-Daten werden dann von der Steuereinrichtung ausgelesen und geeignet verarbeitet. Durch eine solch bedarfsgerechte Betriebsweise der Strahldüsen-Anordnung wird sowohl ein übermäßiges als auch ein unzureichendes Entzundern des Werkstücks vermieden. Die variablen Betriebsparameter, die in Anpassung an einen jeweils bestimmten Typ eines Werkstücks eingestellt werden, schlagen sich vorteilhaft in einer variablen, d.h. vorzugsweise verminderten Abkühlung des Werkstücks während des Entzunderungsvorgangs nieder.
Verschiedene Stahlgüten können sich durch einen unterschiedlich hohen Kohlenstoffgehalt unterscheiden. Hierbei gilt die Regel, dass die Entzunderung eines Werkstücks umso einfacher ist, desto höher sein Kohlenstoffgehalt ist. Dies gilt insbesondere für unlegierte Stähle, die zugleich einen vergleichsweise hohen Kohlenstoffgehalt aufweisen. Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung der spezifische Energieeintrag, mit dem das Werkstück zwecks Entzunderung beaufschlagt wird, stets an einen bestimmten Typ des Werkstücks, und vorzugsweise an dessen Kohlenstoff- und Legierungselementegehalt angepasst, wodurch eine Einsparung an Wasser und Energie gewährleistet ist.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Werkstücks und zumindest eine angrenzend und ortsnah zur ersten Strahldüsen-Anordnung angeordnete Temperatur-Messeinrichtung vorgesehen sein, die jeweils mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbunden sind. Mittels der Temperatur-Messeinrichtung kann eine Temperatur des Werkstücks an dessen Oberfläche gemessen werden. In diesem Zusammenhang ist ebenfalls vorgesehen, dass in dem Datenspeicher Soll-Daten insbesondere auch eines thermischen Prozessmodells für das Werkstück nach zumindest einem vorbestimmten Typ gespeichert sind. Hierbei ist die Steuereinrichtung programmtechnisch derart eingerichtet, dass die mittels der Temperatur-Messeinrichtung gemessene Temperatur des Werkstücks mit einer Soll-Temperatur gemäß der Soll-Daten des thermischen Prozessmodells verglichen wird, wobei auf Grundlage dessen die Temperatur der Heizeinrichtung regelbar ist bzw. geregelt wird. Dies führt zu dem Vorteil, dass die gemessene bzw. tatsächliche Temperatur des Werkstücks an seine Soll-Temperatur angeglichen wird. Zweckmäßigerweise kann hierbei die Heizeinrichtung - in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des Werkstücks - stromaufwärts der ersten Strahldüsen-Anordnung angeordnet sein.
Infolge des vorstehend bereits genannten minimierten spezifischen Volumenstroms einer Hochdruck-Flüssigkeit für die Entzunderung wird einem Werkstück lediglich die minimal erforderliche Wärmemenge entzogen. Durch eine solcherart verminderte Abkühlung ergeben sich folgende Vorteile:

Senkung der Endtemperatur einer Heizeinrichtung bzw. eines Ofens, die bzw. der stromaufwärts der Strahldüsen-Anordnung angeordnet ist, und/oder einer Induktionsheizung, die sich stromaufwärts vor den Zunderwäscher oder stromabwärts zur Zwischenerwärmung nach einer variablen Anzahl von Walzgerüsten eingebaut ist. Hieraus resultiert eine direkte Energieeinsparung für die Heizleistung des Ofens bzw. der Induktionsheizung, wodurch sich auch die Lebensdauer von Ofenrollen, falls vorhanden, erhöht.
Bei Beibehaltung der Temperatur einer Heizeinrichtung bzw. eines Ofens wird der erforderliche Energiebedarf für den Umformvorgang gesenkt, nämlich infolge einer höheren Temperatur des Werkstücks, die aus dessen verminderten Abkühlung resultiert.
Erhöhung des Produktspektrums für zu erzeugende Werkstücke, wenn die Ofentemperatur beibehalten wird und die resultierende höhere Temperatur dazu genutzt wird, Werkstücke bzw. Walzgüter mit verminderter End-Dicke zu erzeugen .

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundene Oberflächeninspektionseinrichtung vorgesehen sein, die in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des Werkstücks stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung und unmittelbar ortsnah hierzu angeordnet ist. Die Steuereinrichtung ist programmtechnisch derart eingerichtet, dass auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung eine Oberflächenqualität des Werkstücks bestimmt und mit einem vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks verglichen wird. In dieser Weise ist es bei Durchführung der vorliegenden Erfindung möglich, eine direkte Überprüfung der Entzunderungsqualität des Werkstücks vorzunehmen, im Wege eines Vergleichs mit einem vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundene Hochdruckpumpeneinheit vorgesehen, die mit den Strahldüsen der Strahldüsen-Anordnung in Fluidverbindung steht und die Strahldüsen mit der Flüssigkeit speist. Die Hochdruckpumpeneinheit wird mittels der Steuereinrichtung gesteuert, vorzugsweise geregelt, derart, dass der Druck und/oder der Volumenstrom, mit dem die Flüssigkeit den Strahldüsen zugeführt wird, an die Soll-Daten insbesondere des Oberflächen-Prozessmodells für das Werkstück nach einem vorbestimmten Typ angepasst wird. Falls beispielsweise die Oberflächenqualität des Werkstücks den entsprechenden vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells überschreiten sollte, wird der Druck und/oder der Volumenstrom für die den Strahldüsen zugeführte Flüssigkeit entsprechend vermindert. Dies gilt auch umgekehrt: Falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den entsprechenden vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells unterschreiten sollte, wird der Druck und/oder der Volumenstrom für die den Strahldüsen zugeführte Flüssigkeit entsprechend erhöht. In dieser Weise wird gewährleistet, dass der spezifische Energieeintrag nur auf einen solchen Wert eingestellt wird, der für ein gerade hinreichendes Entzunderungsergebnis notwendig ist. Wie bereits erläutert, wird hierdurch Energie eingespart und gleichzeitig eine übermäßige Abkühlung des Werkstücks verhindert.
Zur möglichst exakten Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit ist es zweckmäßig, wenn diese mit zumindest einem Frequenzregler ausgestattet ist.
Falls mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung wie erläutert die Oberflächenqualität des entzunderten Werkstücks bestimmt und mit einem entsprechenden Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells verglichen wird, kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in Abhängigkeit dieses Vergleichs der spezifische Energieeintrag, mit dem eine Oberfläche des Werkstücks des vorbestimmten Typs durch die aus den Strahldüsen ausgebrachte bzw. gespritzte Flüssigkeit beaufschlagt wird, mittels der Steuereinrichtung gesteuert, vorzugsweise geregelt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks in seiner Bewegungsrichtung vermindert werden, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells unterschreitet. Im Umkehrschluss ist es auch möglich, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks in seiner Bewegungsrichtung solange erhöht wird, solange die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells gerade noch einhält. Hierdurch ist für die vorliegende Erfindung eine gesteigerte Produktivität beim Erzeugen eines Werkstücks gewährleistet, weil die Vorschubgeschwindigkeit, mit der das Werkstück in einer Produktionsanlage bewegt wird, wie erläutert in Richtung eines Grenzwertes erhöht wird, bei dem die Entzunderungsqualität für das Werkstück gerade noch den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells einhält.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann mittels der Steuereinrichtung ein Abstand, den die Strahldüsen-Anordnung zu einer Oberfläche des Werkstücks aufweist, gesteuert, vorzugsweise geregelt werden. Im Zuge dessen wird der Abstand der Strahldüsen-Anordnung zur Oberfläche des Werkstücks vermindert, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ unterschreitet. Im Umkehrschluss wird der Abstand der Strahldüsen-Anordnung zur Oberfläche des Werkstücks solange vergrößert, solange die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks einhält. In dieser Weise ist durch die Erfindung gewährleistet, dass ein Abstand der Strahldüsen, in welchem die Strahldüsen-Anordnung zur Walzgutoberfläche angebracht ist, nicht zu klein wird, sondern auf einen Wert eingestellt wird, bei dem der spezifische Energieeintrag zum Beaufschlagen der Oberfläche des Werkstücks mit einer Hochdruck-Flüssigkeit gerade hoch genug ist, um die gewünschte Entzunderungsqualität gemäß der Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells zu erreichen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine zweite Strahldüsen-Anordnung mit einer Mehrzahl von Strahldüsen vorgesehen sein, die angrenzend zur ersten Strahldüsen-Anordnung angeordnet ist. Falls die Oberflächenqualität des Werkstücks den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells unterschreitet, kann diese zweite Strahldüsen-Anordnung ergänzend zu der ersten Strahldüsen-Anordnung zugeschaltet werden, um auf eine Oberfläche des Werkstücks eine Flüssigkeit unter Hochdruck auch aus den Strahldüsen der zweiten Strahldüsen-Anordnung auszubringen, zwecks einer Entzunderung des Werkstücks. Sollte also ein Entzundern des Werkstücks allein durch den Betrieb der ersten Strahldüsen-Anordnung ungenügend sein, jedenfalls die gewünschte Oberflächenqualität für das Werkstück nicht erreichen, so wird wie erläutert die zweite Strahldüsen-Anordnung hinzugeschaltet, um das Entzundern des Werkstücks zu optimieren bzw. zu intensivieren.
Weitere Vorteile der Erfindung liegen in verringerten Wartungskosten und in einem verminderten Verschleiß von Strahldüsen. In gleicher Weise erhöht sich die Lebensdauer der Hochdruckpumpeneinheit, wobei deren Wartungskosten aufgrund des erläuterten verminderten Druckniveaus ebenfalls abnehmen.
Nachstehend sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und deren Details anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer Produktionsanlage, mit der die Erfindung durchführbar ist,
Fig. 2: ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Oberflächen-Prozessmodells, eines thermischen Prozessmodells und eines umformtechnischen Prozessmodells und einer Betriebsweise, wie diese Prozessmodelle miteinander kommunizieren,
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm zur Ausführung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihren signaltechnischen Verbindungen
Fig. 5: eine prinzipiell vereinfachte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 6+7: jeweils Ablaufdiagramme, mit denen die Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht wird.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Werkstücks eines vorbestimmten Typs vor. Hierzu ist eine Produktionsanlage 1 vorgesehen, wobei Komponenten hiervon in der Fig. 1 in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht dargestellt sind. In dieser Produktionsanlage 1 wird ein Werkstück 12 erzeugt, bei dem es sich vorzugsweise um Warmband handelt. Ohne hierin eine Einschränkung zu sehen, wird das Werkstück 12 nachfolgend stets als Warmband bezeichnet. Das Warmband 12 wird in einer bestimmten Bewegungsrichtung durch die Produktionsanlage 1 bewegt, wobei diese Bewegungsrichtung in der Fig. 1 durch den Pfeil mit der Bezeichnung "X" symbolisiert ist.
Die Produktionsanlage 1 umfasst u.a. folgende Komponenten:

eine Mehrzahl von Heizeinrichtungen, nachfolgend kurz "Heizung" genannt, die in der Fig. 1 mit den Bezugszeichen 2.1 und 2.2 versehen sind;
eine Mehrzahl von Zunderwäschern, nachfolgend jeweils allgemein als "Strahldüsen-Anordnung" bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 14 versehen;
einen Zwischengerüst-Bereich 6, in dem das Warmband 12 gekühlt, geheizt und/oder entzundert werden kann;
eine oder mehrere Kühlungseinrichtungen 7, die - in der Bewegungsrichtung X des Warmbands 12 gesehen - stromabwärts des Zwischengerüst-Bereichs 6 angeordnet sind;
eine Schere 8, stromabwärts der Kühlungseinrichtungen 8 angeordnet, und
eine Haspeleinrichtung 9, zum Aufwickeln des Warmbands 12.

Die Strahldüsen-Anordnung 14 umfasst eine Mehrzahl von Strahldüsen 16, und ist Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 noch im Detail erläutert ist. An dieser Stelle wird bereits darauf hingewiesen, dass mittels der Vorrichtung 10 und deren Strahldüsen-Anordnung 14 eine Flüssigkeit 18, vorzugsweise Wasser, unter Hochdruck auf das Warmband 12 gespritzt wird, um dessen Oberflächen geeignet zu entzundern.
Für die Durchführung der vorliegenden Erfindung, d.h. beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 und eines entsprechenden Verfahrens, ist ein Oberflächen-Prozessmodell von Bedeutung, das ggf. ergänzend zu einem thermischen Prozessmodell und einem umformtechnischen Prozessmodell vorgesehen ist. Diese Prozessmodelle sind in dem Diagramm von Fig. 2 veranschaulicht. Hierin sind wesentliche Parameter für diese einzelnen Prozessmodelle in Form einer Matrix genannt.
Das Oberflächen-Prozessmodell basiert darauf, dass bei minimalem Energieeinsatz für das Warmband 12 eine vorbestimmte Oberflächenqualität erreicht wird. Hierzu sind in einem Datenspeicher 21 (vgl. Fig. 4) der Vorrichtung Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells für das Warmband 12 nach zumindest einem vorbestimmten Typ gespeichert.
Das thermische Prozessmodell stellt - vereinfacht formuliert - auf Gefügestrukturen des Warmbands 12 ab, und steht in Verbindung mit einer Heizung/Kühlung für das Warmband 12.
Das umformtechnische Prozessmodell betrifft - vereinfacht formuliert - u.a. einen Stichplanrechner, einen Anlagen-Setup für die Produktionsanlage 1 und die geometrische Bandqualität.
Für alle drei der genannten Prozessmodelle sind Stellglieder vorgesehen, wie in der Matrix gemäß Fig. 2 veranschaulicht. Des Weiteren veranschaulicht das Diagramm mögliche Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Prozessmodellen, wie durch die einzelnen Doppelpfeile in Querrichtung symbolisiert.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, nach dem die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann. Im Detail ist in der Fig. 3 ein Regelkreis mit einer Einbindung der vorstehend genannten drei Prozessmodelle veranschaulicht. Von wesentlicher Bedeutung ist, dass eine Oberfläche des Warmbands 12 nach dem Entzundern hinsichtlich der Entzunderungsqualität überprüft wird. Dies erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch eine Oberflächeninspektionseinrichtung 26 (vgl. Fig. 4), die in Bezug auf die Bewegungsrichtung X des Warmbands 12 stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung 14 und unmittelbar ortsnah hierzu angeordnet ist. Die von der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 gemessene Qualität einer Oberfläche des Warmbands 12 wird mit einem vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells verglichen. Hierzu ist eine Steuereinrichtung 22 vorgesehen, mit welcher der Datenspeicher 21, in dem die Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells gespeichert sind, signaltechnisch verbunden ist.
Durch die Raute gemäß Fig. 3, im Bildbereich rechts gezeigt und mit dem Eintrag "Sollergebnis erreicht?" versehen, wird verdeutlicht, dass für den Fall, wonach die an einer Oberfläche des Warmbands 12 gemessene Oberflächenqualität den Sollwert nicht erreicht, dann der spezifische Energieeintrag, mit dem diese Oberfläche des Warmbands 12 durch die aus den Strahldüsen 18 gespritzte Flüssigkeit zum Entzundern beaufschlagt wird, erhöht wird. Zu diesem Zweck werden - bei Bedarf - zugehörige Stellglieder der jeweiligen Prozessmodelle angepasst.
Falls demgegenüber die von der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 bei dem Warmband 12 gemessene Qualität das hierzu vorgegebene Sollergebnis erreicht, verdeutlicht der von der Raute nach unten abgehende Zweig "JA", das dann der spezifische Energieeintrag zum Entzundern des Warmbands 12 verringert wird. In gleicher Weise werden hierzu -bei Bedarf - zugehörige Stellglieder der jeweiligen Prozessmodelle angepasst. Somit wird durch die vorliegende Erfindung gewährleistet, dass eine Oberfläche des Warmbands 12 stets nur mit einem solch hohen spezifischen Energieeintrag durch die unter Hochdruck ausgebrachte Flüssigkeit beaufschlagt wird, wie es gerade eben zur Erreichung der erforderlichen Entzunderungsqualität notwendig ist. Hierdurch gelingt sowohl eine Einsparung an Energie + Menge an benötigter Flüssigkeit zum Entzundern, als auch eine möglichst geringe Abkühlung des Warmbands 12.
Das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 3 veranschaulicht einen Regelkreis, um damit den gewünschten spezifischen Energieeintrag E, mit dem das Warmband 12 entzundert wird, festzulegen bzw. einzustellen. Hierbei werden die vorstehend genannten Möglichkeiten solange durchgeführt bzw. angewendet, bis die Oberflächenqualität für das Warmband 12 einen vorbestimmten Sollwert (in Fig. 3 als "Sollergebnis" bezeichnet) erreicht.
In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gezeigt, in einer prinzipiell vereinfachten Seitenansicht. Nach dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung 10 in Form eines sog. Rotorentzunderers ausgebildet, bei dem die Strahldüsen-Anordnung 14 die Form eines Rotorkopfes aufweist, der von Antriebsmitteln- in der Fig. 4 vereinfacht mit "M" symbolisiert - um eine Rotationsachse R rotiert wird. Wie oben bereits genannt, sind an der Strahldüsen-Anordnung mehrere Strahldüsen 16 vorgesehen, aus denen jeweils eine Flüssigkeit 18, in einer Spritzrichtung S, auf eine Oberfläche 20 des Warmbands 12 gespritzt wird. Der Rotorkopf 14 ist mit seiner Rotationsachse R gegenüber der vertikalen um einen Winkel γ geneigt angeordnet, so dass die Spritzrichtung S mit einer Orthogonalen zur Oberfläche 20 des Warmbands 12 den Winkel α einschließt und entgegen der Bewegungsrichtung X ausgerichtet ist.
Die Antriebsmittel M der Strahldüsen-Anordnung 14 sind signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 22 verbunden, was in der Darstellung von Fig. 4 durch die Punktlinie 23.3 symbolisiert ist. Hierdurch erfolgt die Ansteuerung der Rotordrehzahl der Strahldüsen-Anordnung 14.
In der Darstellung von Fig. 4 ist die Bewegungsrichtung, in der das Warmband 20 an der Vorrichtung 10 und deren Strahldüsen-Anordnung 14 vorbeibewegt wird, ebenfalls durch den Pfeil "X" symbolisiert. Zusätzlich ist hierin die Vorschubgeschwindigkeit für das Warmband mit "v" bezeichnet.
Die Strahldüsen-Anordnung 14 ist höhenverstellbar ausgebildet, z.B. durch Anbringung an einer höhenverstellbaren Halterung, die in der Fig. 4 vereinfacht durch den Doppelpfeil "H" symbolisiert ist. Eine solche Halterung H kann einen Stellantrieb (in der Zeichnung nicht gezeigt) aufweisen. Dieser Stellantrieb ist signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 22 verbunden, in der Fig. 4 durch die Punktlinie 23.5 symbolisiert. Somit lässt sich ein Abstand A, den die Strahldüsen-Anordnung 14 zu der Oberfläche 20 des Warmbands 12 aufweist, bei Bedarf durch eine Ansteuerung dieses Stellantriebs mittels der Steuereinrichtung 22 verstellen. Bei einer Verringerung bzw. Vergrößerung des Abstands A nimmt der resultierende spezifische Energieeintrag, mit dem die Flüssigkeit 18 auf die Oberfläche 20 des Warmbands 12 gespritzt wird, entsprechend zu bzw. ab.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Hochdruckpumpeneinheit 24, die mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden ist, was in der Fig. 4 symbolisch durch die Punktlinie 23.1 verdeutlicht ist. Hierbei sind die Strahldüsen 16 der Strahldüsen-Anordnung 14 über eine Verbindungs- bzw. Druckversorgungsleitung D an die Hochdruckpumpeneinheit 24 angeschlossen, so dass die Strahldüsen 16 durch diese Druckversorgungsleitung D mit Flüssigkeit gespeist werden. Bei der Flüssigkeit 18, die dann unter Hochdruck aus den Strahldüsen 16 auf eine Oberfläche 20 des Warmbands 12 gespritzt wird, handelt es sich vorzugsweise um Wasser, ohne dass hierin für die vorliegende Erfindung eine Einschränkung allein auf das Medium Wasser zu sehen ist.
Mindestens eine Pumpe der Hochdruckpumpeneinheit 24 ist mit einem Frequenzregler 25 ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, die Hochdruckpumpeneinheit 24 mittels der Steuereinrichtung 22 insbesondere stufenlos anzusteuern, um einen Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, auch in kleinen Schritten zu verändern.
Wie bereits erläutert, ist der Datenspeicher 21 der Vorrichtung 10 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden. Dies ist in der Fig. 4 durch die Punktlinie 23.4 symbolisiert. In dem Datenspeicher 21 sind Soll-Daten eines Prozessmodells, insbesondere eines Oberflächen-Prozessmodells, für ein Warmband 12 nach zumindest einem vorbestimmten Typ gespeichert. Vorzugsweise sind in dem Datenspeicher 21 Soll-Daten für ein Prozessmodell für eine Vielzahl von unterschiedlich vorbestimmten Typen eines Warmbands 12 gespeichert. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem vorbestimmten Typ eines Werkstücks bzw. eines Warmbands 12 z.B. eine jeweilige Materialgüte und -dicke verstanden, die je nach Art des zu entzundernden Warmbands bzw. für verschiedene Stahlgüten variieren kann. In diesem Zusammenhang ist auch die Ofenliegezeit und -atmosphäre für ein jeweiliges Warmband 12 von Bedeutung.
Die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 kann auf einem optischen Meßprinzip basieren, bei dem ein einer Oberfläche 20 des Warmbands 12 eine 3D- Messung erfolgt und hieraus ein Höhenprofil für die Oberfläche 20 des Warmbands 12 abgeleitet wird.
Die Darstellung von Fig. 4 verdeutlicht weiters, dass die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 - in Bezug auf die Bewegungsrichtung X des Warmbands 12 - stromabwärts der Strahldüsen-Anordnung 14 angeordnet ist, und - wie mit der Punktlinie 23.2 symbolisiert - mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden ist. Somit kann mittels der Oberflächeninspektionseinrichtung 26 und einer entsprechenden Auswertung in der Steuereinrichtung 22 Zunder bzw. Restzunder auf der Oberfläche 20 des Warmbands 12 detektiert werden. In dieser Weise erfüllt die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 die Funktion einer Zunderdetektionseinrichtung. Zu diesem Zweck ist die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 derart ausgebildet, dass sowohl eine Oberseite als auch eine Unterseite des Warmbands 12 überprüft bzw. analysiert werden kann.
Ergänzend darf an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 auch auf dem Meßprinzip der Spektralanalyse beruhen kann.
In Bezug auf die Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird an dieser Stelle hervorgehoben, dass die Ausbildung der Strahldüsen-Anordnung 14 als Rotorentzunderer für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft zu verstehen ist. Dies bedeutet, dass eine Strahldüsen-Anordnung 14 in gleicher Weise auch in Form eines stationären Spritzbalkens ausgebildet sein kann, d.h. ohne einen Rotorkopf, wobei dann die einzelnen Strahldüsen positionsfest in Richtung einer Oberfläche 20 des Warmbands ausgerichtet sind.
Die Steuereinrichtung 22 ist ebenfalls mit geeigneten Mitteln der Vorrichtung 10 signaltechnisch verbunden, um dadurch die Vorschubgeschwindigkeit v für das Warmband 12 einzustellen bzw. verändern zu können. Dies ist in der Fig. 4 durch die Punktlinie 23.6 symbolisiert.
In der Fig. 5 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gezeigt, in einer prinzipiell vereinfachten Draufsicht. Gleiche Merkmale wie bei der Fig. 4 sind hierin jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Draufsicht gemäß Fig. 5 kann es sich um einen Teilbereich der Produktionsanlage 1 von Fig.1 handeln.
Bei der Ausführungsform von Fig. 5 ist mit dem Bezugszeichen 14.1 eine erste Strahldüsen-Anordnung bezeichnet, bei der es sich um die Ausführungsform gemäß Fig. 4 handeln kann. Des Weiteren ist - in der Bewegungsrichtung X des Warmbands 12 gesehen - stromabwärts der ersten Strahldüsen-Anordnung 14.1 eine zweite Strahldüsen-Anordnung 14.2 angeordnet, die z.B. in Form eines stationären Kühlbalkens mit einer Mehrzahl von Strahldüsen 16 ausgebildet sein kann. Beide Strahldüsen-Anordnungen 14.1 und 14.2 sind mit ihren Strahldüsen 16 jeweils an die Hochdruckpumpeneinheit 24 angeschlossen, wie im Zusammenhang mit der Fig. 4 bereits erläutert.
Bei der Ausführungsform von Fig. 5 ist die Oberflächeninspektionseinrichtung 26 stromabwärts von der zweiten Strahldüsen-Anordnung 14.2. angeordnet, und - wie ebenfalls bereits erläutert - mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden.
In einem Normalbetrieb der Erfindung ist für die Ausführungsform von Fig. 5 vorgesehen, dass die Flüssigkeit 18 allein aus den Strahldüsen 16 der ersten Strahldüsen-Anordnung 14.1 auf die Oberfläche(n) 20 des Warmbands 12 unter Hochdruck gespritzt wird. Anders ausgedrückt, ist hierbei die zweite Strahldüsen-Anordnung 14.2. zunächst nicht in Betrieb. Diese zweite Strahldüsen-Anordnung 14.2 kann bei Bedarf zugeschaltet werden, wie nachstehend noch erläutert ist.
Durch das Aufspritzen der Flüssigkeit 18, vorzugsweise Wasser, unter Hochdruck werden die Oberflächen 20 des Werkstücks 12 mit einem spezifischen Energieeintrag E (bzw. "Spray Energy") beaufschlagt, der sich wie folgt bestimmt: $E = I \cdot \frac{{\dot{V}}_{spez}}{V}$
Hierin bedeuten:

E:: Spezifischer Energieeintrag [kJ/m²]
I:: Aufpralldruck [N/mm²]
V̇_spez:: Spezifischer Volumenstrom pro m Breite des Warmbands [l/s•m]
v:: Vorschubgeschwindigkeit des Warmbands [m/s]

Hierbei ist der Aufpralldruck, mit dem die Flüssigkeit 18 auf die Oberfläche 20 des Warmbands 12 auftrifft, abhängig sowohl von dem Druck und dem Volumen, mit dem die Flüssigkeit aus den Strahldüsen 16 ausgespritzt wird, als auch von dem Abstand der Strahldüsen 16 von der Oberfläche 20 des Warmbands 12.
Des Weiteren bestimmt sich der spezifische Volumenstrom V̇_spez zu: ${\dot{V}}_{spez} = \frac{\dot{V}}{b}$
Hierin bedeuten:

V̇_spez:: Spezifischer Volumenstrom pro m Breite des Warmbands [l/s•m]
V̇:: Volumenstrom der ausgespritzen Flüssigkeit [l/s]
b:: Spritzbreite in Bewegungsrichtung X [m]

Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Für ein gewünschtes Entzundern der Oberflächen 20 des Warmbands 12 wird dieses relativ zur erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in der Bewegungsrichtung X bewegt. Hierbei wird aus den Strahldüsen 16 die Flüssigkeit 18 unter Hochdruck auf die Oberflächen 20 des Warmbands 12 gespritzt, vorzugsweise sowohl an dessen Oberseite als auch an dessen Unterseite.
Vorstehend ist bereits darauf hingewiesen worden, dass in dem Datenspeicher 21 Soll-Daten eines Prozessmodells, insbesondere eines Oberflächen-Prozessmodells, für eine Mehrzahl von vorbestimmten Typen eines zu entzundernden Warmbands 12 gespeichert sind. Ergänzend können in dem Datenspeicher auch Soll-Daten für ein thermisches Prozessmodell und/oder für ein umformtechnisches Prozessmodell gespeichert sein, wozu auf das Diagramm von Fig. 2 und die entsprechende Erläuterung hierzu verwiesen wird.
Durch eine (nicht gezeigte) Bedientafel oder dergleichen kann eingestellt werden, welcher Typ eines Warmbands 12 an der Vorrichtung 10 bzw. deren Strahldüsen-Anordnung 14 aktuell vorbeibewegt wird. Auf Grundlage dessen können dann von der Steuereinrichtung 22 die Soll-Daten eines Prozessmodells für genau diesen Typ eines Warmbands 12 ausgelesen werden, und als Preset-Vorgaben für einen Betrieb eines Zunderwäschers bzw. der Strahldüsen-Anordnung 14 verwendet werden.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen jeweils ein Ablaufdiagramm, zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Angrenzend und ortsnah zur Strahldüsen-Anordnung 14 (in Fig. 6 mit "Zunderwäscher" bezeichnet) wird eine Temperatur des Warmbands 12 gemessen, wobei diese gemessene Temperatur mit "T1" bezeichnet ist. Des Weiteren ist mit "T2" eine Soll-Temperatur bezeichnet, die durch z.B. das thermische Prozessmodell eines vorbestimmten Typs eines Werkstücks 12 in dem Datenspeicher 12 gespeichert ist. Auf Grundlage dessen wird mittels der Steuereinrichtung 22 eine Vergleichsrechnung durchgeführt, bei der die gemessene Temperatur T1 mit der Soll-Temperatur T2 verglichen wird.
Gemäß dem Ablaufdiagramm von Fig. 6 ist - in Bezug auf die Bewegungsrichtung X des Warmbands 12 - stromaufwärts der Strahldüsen-Anordnung 14 ein Ofen 46 angeordnet. Bei diesem Ofen kann es sich um die Heizung 2.1 von Fig. 1 handeln. Der Ofen 46 ist mit der Steuereinrichtung 22 signaltechnisch verbunden, derart, dass eine Temperatur des Ofens 46 mittels der Steuereinrichtung 22 eingestellt werden kann. Eine solche Anlagenkonfiguration ist auch in der Darstellung von Fig. 7 symbolisch vereinfacht gezeigt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Heizeinrichtung 48 vorgesehen ist, z.B. zwischen der Strahldüsen-Anordnung 14 und dem Ofen 46.
Die Temperatur des Werkstücks 12, die wie in Bezug auf die Fig. 6 erläutert angrenzend und ortsnah zur Strahldüsen-Anordnung 14 gemessen wird, kann gemäß der Darstellung in Fig. 7 sowohl stromabwärts als auch stromaufwärts der Strahldüsen-Anordnung 14 (in Fig. 7 als "Zunderwäscher" bezeichnet) gemessen werden. Dies ist in Fig. 7 durch "T_A" (=stromaufwärts) bzw. "T_B" (=stromabwärts) symbolisiert. Hierbei werden dann diese beiden gemessenen Temperaturen T_A und T_B geeignet miteinander korreliert, und anschließend mit der Soll-Temperatur T2 des Prozessmodells für ein Warmband eines vorbestimmten Typs verglichen.
Das Diagramm von Fig. 7 verdeutlicht, dass eine Mehrzahl von Strahldüsen-Anordnungen 14 vorgesehen sein können, die - entlang der Bewegungsrichtung X des Werkstücks 12 - hintereinander angeordnet sind, in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 5 gezeigt und erläutert. Die Temperaturen, die stromaufwärts und stromabwärts einer in Fig. 7 im rechten Bildbereich gezeigten Strahldüsen-Anordnung 14 gemessen werden, sind hier jeweils mit "T_n" und "T_n+1" bezeichnet.
In der Fig. 7 sind mit "W" jeweils verschiedene Walzgerüste symbolisiert, wobei zwischen diesen Walzgerüsten W jeweils Zunderwäscher bzw. Strahldüsen-Anordnungen 14 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind.
Auf Grundlage der Vergleichsrechnung, zum Vergleichen der Ist-Temperatur T1 bzw. der Ist-Temperaturen T_A und T_B, mit der Soll-Temperatur T2, kann die Walzguttemperatur mittels der Steuereinrichtung 22 eingestellt werden, z.B. durch eine geeignete Ansteuerung der Ofen- bzw. Induktionsheizungstemperatur, um die Walzguttemperatur nach der Entzunderung an die Abkühlung des Warmbands 12, die tatsächlich aufgrund des hierfür jeweils erforderlichen Volumenstroms der Flüssigkeit 18 stattfindet, gezielt zu verändern.
Ergänzend und/oder alternativ ist es für das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 6 bzw. Fig. 7 möglich, dass die Temperatur des Ofens 46 in Abhängigkeit der Vergleichsrechnung bezüglich der Ist-Temperatur T1 (bzw. T_A und T_B) und der Soll-Temperatur T2 des Prozessmodells mittels der Steuereinrichtung 22 eingestellt bzw. geregelt wird. Dies wird durch den in der Fig. 6 gezeigten Regelkreis veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von Fig. 5 bzw. das Ablaufdiagramm von Fig. 7 wird gesondert darauf hingewiesen, dass es nach der vorliegenden Erfindung möglich ist, eine zusätzliche Strahldüsen-Anordnung, bei der Ausführungsform von Fig. 5 mit "14.2" bezeichnet, bei Bedarf zuzuschalten. Dies bedeutet, dass dann, wenn die Oberflächenqualität für das Warmband 12 den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells unterschreiten sollte, die zweite Strahldüsen-Anordnung 14.2 zugeschaltet wird, so dass in Folge dessen die Flüssigkeit 18 unter Hochdruck aus den Strahldüsen 16 sowohl der ersten Strahldüsen-Anordnung 14.1 als auch der zweiten Strahldüsen-Anordnung 14.2 auf eine Oberfläche 20 des Warmbands 12 gespritzt wird, um dieses zu entzundern. Sobald nicht mehr erforderlich, nämlich dann, wenn die geforderte Oberflächenqualität für das Warmband 12 wieder erfüllt ist, wird die Zuschaltung der zweiten Strahldüsen-Anordnung 14.2. wieder rückgängig gemacht. Anders ausgedrückt, wird dann die zweite Strahldüsen-Anordnung 14.2. wieder abgeschaltet bzw. außer Betrieb gesetzt.
Die Tatsache, dass in einem Normalbetrieb der Erfindung lediglich eine einzige Strahldüsen-Anordnung - für das vorstehende Beispiel die erste Strahldüsen-Anordnung 14.1 - zum Einsatz kommen, leistet einen Beitrag zur Einsparung von Energie und Hochdruck-Wasser, und gewährleistet eine gewünschte minimale Abkühlung des Warmbands 12 bei dessen Entzunderung.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann auch eine Anpassung der Betriebsparameter der Vorrichtung 10 vorgenommen werden: Durch eine geeignete Ansteuerung der Hochdruckpumpeneinheit 24 mittels der Steuereinrichtung 22 kann der Druck, mit dem die Flüssigkeit 18 den Strahldüsen 16 zugeführt wird, solange gesenkt werden, bis erkennbarer Restzunder das Unterschreiten eines minimalen spezifischen Energieeintrags E anzeigt und dann dieser Druck wieder leicht erhöht werden muss. Hierbei wird der Druck für die den Strahldüsen 16 zugeführten Flüssigkeit 18 auf einen hinreichend großen Wert eingestellt, mit dem die Oberflächenqualität den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells erreicht.
Ergänzend und/oder alternativ kann eine Veränderung des spezifischen Energieeintrags E auch dadurch erfolgen, dass der Abstand A der Strahldüsen-Anordnung gegenüber dem Warmband 12 verändert wird. Zu diesem Zweck wird der Stellmotor der Halterung H (vgl. Fig. 4) durch die Steuereinrichtung 22 geeignet angesteuert. Beispielsweise bewirkt eine Vergrößerung des Abstands A eine Verminderung des spezifischen Energieeintrags E, und umgekehrt.
Schließlich ist es nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung möglich, die Erkenntnisse in Bezug auf die einzelnen Betriebsparameter für die Vorrichtung 10 für die in dem Datenspeicher 21 gespeicherten Soll-Daten eines jeweiligen Prozessmodells zu berücksichtigen, bzw. die Soll-Daten an diese Erkenntnisse anzupassen. Zu diesem Zweck ist es möglich, dass die in dem Datenspeicher 21 gespeicherten Soll-Daten eines Prozessmodells für einen bestimmten Typ eines Warmbands 12 mittels der Steuereinrichtung 22 angepasst bzw. überschrieben werden. Eine solche Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist durch den Doppelpfeil für die signaltechnische Verbindung 23.4 (vgl. Fig. 4) zwischen dem Datenspeicher 21 und der Steuereinrichtung 22 symbolisiert, und entspricht einem sog. "Teach-In" in Bezug auf den Datenspeicher 21 und die darin gespeicherten Soll-Daten eines Prozessmodells.

Bezugszeichenliste

1: Produktionsanlage
2.1; 2.2: Heizungen
4: Vorgerüst
6: Zwischengerüst-Bereich
7: Kühleinrichtungen
8: Schere
9: Haspeleinrichtung
10: Vorrichtung (gemäß der vorliegenden Erfindung)
12: Werkstück (insbesondere Warmband)
13: Seitlicher Rand (des Werkstücks)
14: Strahldüsen-Anordnung
14.1: Erste Strahldüsen-Anordnung
14.2: Zweite Strahldüsen-Anordnung
16: Strahldüsen
18: Flüssigkeit
20: Oberfläche (des Werkstücks 12)
21: Datenspeicher
22: Steuereinrichtung
23.1-23.6: Signaltechnische Verbindungen
24: Hochdruckpumpeneinheit
25: Frequenzregler
26: Oberflächeninspektionseinrichtung
A: Abstand der Strahldüsen-Anordnung 14 zur Oberfläche des Werkstücks
D: Druckversorgungsleitung
L: Längsachse (der Strahldüsen)
R: Rotationsachse
S: Spritzrichtung
v: Vorschubgeschwindigkeit (des Werkstücks)
X: Bewegungsrichtung (des Werkstücks 12)

Claims

Vorrichtung (10) zum Erzeugen eines Werkstücks (12) eines vorbestimmten Typs, insbesondere eines Warmwalzgutes, umfassend
zumindest eine erste Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) mit einer Mehrzahl von Strahldüsen (16), aus denen eine Flüssigkeit (18), insbesondere Wasser, auf eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) unter Hochdruck ausbringbar ist, um dadurch das Werkstück (12) zu entzundern, und

eine Steuereinrichtung (22),
dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit der Steuereinrichtung (22) signaltechnisch (23.4) verbundener Datenspeicher (21) vorgesehen ist, wobei in dem Datenspeicher (21) Soll-Daten eines Oberflächen-Prozessmodells für das Werkstück (12) nach zumindest einem vorbestimmten Typ speicherbar sind, wobei ein spezifischer Energieeintrag (E), mit dem eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) durch die aus den Strahldüsen (16) gespritzte Flüssigkeit (18) zum Entzundern beaufschlagt wird, mittels der Steuereinrichtung (22) in Abhängigkeit der Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ des Werkstücks (12) steuerbar, vorzugsweise regelbar, ist, derart, dass der spezifische Energieeintrag (E) und damit verbunden eine Temperaturabsenkung für das Werkstück (12) jeweils einen minimalen Wert annehmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (2.1; 2.2) zum Erwärmen des Werkstücks (12) und zumindest eine angrenzend und ortsnah zur Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) angeordnete Temperatur-Messeinrichtung, mittels der eine Temperatur des Werkstücks (12) messbar ist, vorgesehen sind, wobei die Heizeinrichtung und die Temperatur-Messeinrichtung jeweils mit der Steuereinrichtung (22) signaltechnisch verbunden sind, wobei in dem Datenspeicher (21) Soll-Daten eines thermischen Prozessmodells für das Werkstück (12) nach zumindest einem vorbestimmten Typ speicherbar sind, wobei die Steuereinrichtung (22) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass die mittels der Temperatur-Messeinrichtung gemessene Temperatur des Werkstücks (12) mit einer Soll-Temperatur gemäß der Soll-Daten des thermischen Prozessmodells vergleichbar ist und auf Grundlage dessen die Temperatur der Heizeinrichtung regelbar ist, vorzugsweise, dass die Heizeinrichtung (2.1) in Bezug auf eine Bewegungsrichtung (X) des Werkstücks (12) stromaufwärts der ersten Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) angeordnet ist
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuereinrichtung (22) signaltechnisch verbundene Oberflächeninspektionseinrichtung (26) vorgesehen ist, die in Bezug auf eine Bewegungsrichtung (X) des Werkstücks (12) stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung (14) und unmittelbar ortsnah hierzu angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (22) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung (26) eine Oberflächenqualität des Werkstücks (12) bestimmt und mit einem vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks (12) verglichen wird.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuereinrichtung (22) signaltechnisch verbundene Hochdruckpumpeneinheit (24) vorgesehen ist, die mit den Strahldüsen (16) der Strahldüsen-Anordnung (14) in Fluidverbindung steht und die Strahldüsen (16) mit der Flüssigkeit (18) speist, wobei die Hochdruckpumpeneinheit (24) mittels der Steuereinrichtung (22) steuerbar, vorzugsweise regelbar, ist, so dass der Druck, mit dem die Flüssigkeit (18) den Strahldüsen (16) zugeführt wird, veränderlich ist, vorzugsweise, dass der Druck für die den Strahldüsen (16) zugeführten Flüssigkeit (18), falls die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert überschreitet oder unterschreitet, entsprechend vermindert oder erhöht wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpeneinheit (24) mit zumindest einem Frequenzregler (25) ausgestattet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (22) ein Abstand (A), den die Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1; 14.2) zu einer Oberfläche (20) des Werkstücks (12) aufweist, steuerbar, vorzugsweise regelbar ist, wobei der Abstand (A) der Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1; 14.2) zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12) verminderbar ist, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks (12) unterschreitet, oder wobei der Abstand (A) der Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1; 14.2) zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12) solange vergrößerbar ist, solange die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks (12) einhält.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Strahldüsen-Anordnung (14.2) mit einer Mehrzahl von Strahldüsen (16) vorgesehen ist, die angrenzend zur ersten Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) angeordnet ist, wobei, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells unterschreitet, die zweite Strahldüsen-Anordnung (14.2) ergänzend zu der ersten Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) zuschaltbar ist und dann aus den Strahldüsen (16) der zugeschalteten zweiten Strahldüsen-Anordnung (14.2) Flüssigkeit (18) unter Hochdruck auf eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) ausbringbar ist, um dadurch das Werkstück (12) zu entzundern.
Verfahren zum Erzeugen eines Werkstücks (12) eines vorbestimmten Typs, vorzugsweise eines Warmwalzguts, das relativ zu einer zumindest ersten Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) mit einer Mehrzahl von Strahldüsen (16) entlang einer Bewegungsrichtung (X) bewegt wird, wobei aus den Strahldüsen (16) eine Flüssigkeit (18), insbesondere Wasser, unter Hochdruck auf eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) gespritzt wird, um dadurch das Werkstück (12) zu entzundern,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuereinrichtung (22) mit einem Datenspeicher (21) signaltechnisch (23.4) verbunden ist, wobei in dem Datenspeicher (21) Soll-Daten eines Oberflächen-Prozessmodells für das Werkstück (12) nach zumindest einem vorbestimmten Typ gespeichert sind, wobei der spezifische Energieeintrag (E), mit dem eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) durch die aus den Strahldüsen (16) gespritzte Flüssigkeit (18) zum Entzundern beaufschlagt wird, mittels der Steuereinrichtung (22) in Abhängigkeit der Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ des Werkstücks (12) gesteuert, vorzugsweise geregelt, wird, derart, dass der spezifische Energieeintrag (E) und damit verbunden eine Temperaturabsenkung für das Werkstück (12) jeweils einen minimalen Wert annehmen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Datenspeicher (21) Soll-Daten eines thermischen Prozessmodells für das Werkstück (12) nach zumindest einem vorbestimmten Typ gespeichert sind und eine mit der Steuereinrichtung (22) signaltechnisch verbundene Heizeinrichtung (2.1; 2.2) zum Erwärmen des Werkstücks (12) vorgesehen ist, wobei eine Temperatur des Werkstücks (12) angrenzend und ortsnah an die Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) gemessen und durch eine Vergleichsrechnung mit einer Soll-Temperatur gemäß der Soll-Daten des thermischen Prozessmodells verglichen wird, wobei anschließend die Temperatur der Heizeinrichtung (2.1; 2.2) mittels der Steuereinrichtung (22) in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur des Werkstücks (12) und dessen Soll-Temperatur gemäß der Soll-Daten des thermischen Prozessmodells geregelt wird, so dass die gemessene bzw. tatsächliche Temperatur des Werkstücks (12) an seine Soll-Temperatur angeglichen wird, vorzugsweise, dass die Heizeinrichtung (2.2) stromaufwärts der Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) angeordnet ist
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (22) eine Hochdruckpumpeneinheit (24), durch die die Strahldüsen (16) mit der Flüssigkeit (18) gespeist werden, gesteuert, vorzugsweise geregelt wird, um den Druck und/oder den Volumenstrom, mit dem die Flüssigkeit (18) den Strahldüsen (16) zugeführt wird, an die Soll-Daten des Oberflächen-Prozessmodells für das Werkstück (12) nach einem vorbestimmten Typ anzupassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuereinrichtung (22) signaltechnisch (23.2) verbundene Oberflächeninspektionseinrichtung (26) vorgesehen ist, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung (X) des Werkstücks (12) stromabwärts von der Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) und unmittelbar ortsnah hierzu angeordnet ist, wobei mit der Oberflächeninspektionseinrichtung (26) verbleibender Zunder auf der Oberfläche (20) des Werkstücks (12) detektiert wird, wobei die Steuereinrichtung (22) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung (26) eine Oberflächenqualität des Werkstücks (12) bestimmt und mit einem vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks (12) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Vergleichs der auf Grundlage der Signale der Oberflächeninspektionseinrichtung (26) bestimmten Oberflächenqualität mit dem entsprechenden Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für ein Werkstück (12) eines vorbestimmten Typs der spezifische Energieeintrag (E), mit dem eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) des vorbestimmten Typs durch die aus den Strahldüsen (16) gespritzte Flüssigkeit (18) beaufschlagt wird, mittels der Steuereinrichtung (22) gesteuert, vorzugsweise geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und/oder der Volumenstrom (V) für die den Strahldüsen (16) zugeführten Flüssigkeit (18) erhöht wird, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert unterschreitet, oder dass der Druck und/oder der Volumenstrom (V) für die den Strahldüsen (16) zugeführten Flüssigkeit (18) solange vermindert wird, solange die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert einhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubgeschwindigkeit (v) des Werkstücks (12) in seiner Bewegungsrichtung (X) vermindert wird, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells unterschreitet, oder dass eine Vorschubgeschwindigkeit (v) des Werkstücks (12) in seiner Bewegungsrichtung (X) solange erhöht wird, solange die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells einhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (22) ein Abstand (A), den die Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1; 14.2) zu einer Oberfläche (20) des Werkstücks (12) aufweist, gesteuert, vorzugsweise geregelt wird, wobei der Abstand (A) der Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1; 14.2) zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12) vermindert wird, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks (12) unterschreitet, oder wobei der Abstand (A) der Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1; 14.2) zur Oberfläche (20) des Werkstücks (12) solange vergrößert wird, solange die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells für den vorbestimmten Typ eines Werkstücks (12) einhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Strahldüsen-Anordnung (14.2) vorgesehen ist, die angrenzend zur ersten Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) angeordnet ist, wobei, falls die Oberflächenqualität des Werkstücks (12) den vorbestimmten Sollwert des Oberflächen-Prozessmodells unterschreitet, die zweite Strahldüsen-Anordnung (14.2) ergänzend zu der ersten Strahldüsen-Anordnung (14; 14.1) zugeschaltet wird und dann aus den Strahldüsen (16) der zugeschalteten zweiten Strahldüsen-Anordnung (14.2) Flüssigkeit (18) unter Hochdruck auf eine Oberfläche (20) des Werkstücks (12) gespritzt wird, um dadurch das Werkstück (12) zu entzundern.